GB T 1409-2006 测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长存内)下电容率和介质损耗因数的推荐方法.pdf

1、碍ICS 29.035.99 K 15 国家标?国本目圭七/飞、中华人民GB/T 1409-2006 代替GB/丁1409-1988测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电容率和介质损耗因数的推荐方法Recommended methods for the determination of the permittivity and dielectric dissipation fator of electrical insulating materials at power, audio and radio frequencies including meter wavelen

2、gths (lEC 60250: 1969 , MOD) 2006-06-01实施2006-但-15发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员人GB/T 1409-2006 前言本标准修改采用IEC60250: 1969(测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电容事和介质损耗因数的推蒋方法M英文版)。本标准根据IEC60250: 1969重新起草。在附录B中列出了本标准章条编号与IEC60250 :1 969 条编号的对照一览表。考虑到我回国情.在采用IEC60250: 1969时.本标准做了一些修改。有关技术性差异己编入正文中并在它们所涉及的条款的页边

3、空白处用垂直单线标识。为便于使用，本标准做了下列编辑性修改:a) 删除国际标准的日次和前言:b) 用小数点，代替作为小数点的逗号.: c) 引用的IEC60247.由Measurementof relative permittivity, dielectric dissipation factor and d. c. resistivity of insulating liquids即液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻的测量代替RecommendedTest cells for Measuring the Resistivity of Insulating Liquids and

4、Methods of cleaning the cells即.测量绝缘液体电阻率的试验油及清洗试验池的推荐方法:d) 用飞代替飞舍:e) 增加了术语;f) 增加公式中符号说明:g) 图按GB/丁1.1-2000标本标准与GB/T1409-1988的相比.主要变化如1) 增加.规范性引用文件(本标准第2章): 2) 增加.电介质用途(本标准4.1) : 3) 删去导电橡皮:4) 增加.石墨(本标准5.1.3):5) 增加.液体绝缘材料(本标准5.2)。本标准代替GB/丁1409-1988(固体绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波长在内)下相对介电常数和介质损起自数的试验方法儿本标准的附录A、附录

5、B为资料性附巾。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国绝缘材料标准化技术委员会归口。本标准起草单位:桂林电器科学研究所。本标准主要起草人:王先锋、谷晓丽。本标准所代替标准的历次版本发而情况为:一一一GB/T1409-1978: 一一一GB/T1409-1988 , i 1 范围测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电容率和介质损耗因数的推荐方法本标准规定了在15日z300MHz的数值，如损耗指数。本标准中所叙、本标准适用于测量液体、易湿度.在特殊情况下也与电场有时在超过1000 V白、论述。2 规范性引用文件是否可使用这些文3 术谐和定义下列术语和3.1 相对电容率r r

6、 容C。之比:式中:对电容率:Cx一充有绝缘材料时电容器GB/T 1409-2006 件.其随后所有，议的各方研究电在标准大气压下.不含二氧化服的干燥空气的相对电容率r等于1.000 530因此.用这种电报均形在空气中的电容c，来代替C测量相对电容率，时.也有足够的精确度。在一个测量系统中.绝缘材料的电容率是在该系统中绝缘材料的相对电容丰飞与真空电气常数(的乘积。在SI制中.绝对电容率用法/米(F/m)表示。而且.在SI单位中.电气常数I为:户。口8.854 h的两个电摄之间.这时-U-h -Bi -hh一飞( 13 ) 式中:6.Er ,E, ，h、6.h同式(12)。D GB/T 1409

7、-2006 f一试样浸入所用流体的相对电容率.对于在空气中的测量则町等于L对于相对电容率为10以上的无孔材料.可采用沉积金属电极。对于这些材料.电极应覆盖在试祥的整个表面上.并且不用保护电极。对于相对电容率在310之间的材料，能给出最高精度的电板是金属捕、宋或沉积金属，选择这些电极时要注意适合材料的性能。若厚度的测量能达到足够精度时，试样上不加电极的方法方便而更可取。假如有一种合适的流体.它的相对电容率已知或者能很准确地测出.则采用流体排出法是最好的。5. 1. 4. 2 管状试样对管状试样而言，最合适的电极系统将取决于它的电容率、管璧厚度、直径和所要求的测量精度c一般情况下.电极系统应为一个

8、内电极和一个稍为窄一些的外电极和外电极两端的保护电极组成.外电极和保护电极之间的问隙应比管壁厚度小。对小直径和中等直径的管状试样.外表面可加三条街带或沉积金属带.中间一条用作为外电极(测量电极)，两端各有条用作保护电极。内电极可用隶，沉积金膜或配合较好的金属芯轴。电容率的管状试样.其内电极和外电极可以伸展到管状i式样的全部长度上.可以不用保护电极。大直径的管状或困筒形试样.其电报系统可以是圆形或矩形的措接.并且只对管的部分圆周进行试验。这种试样可按板状试样对待.金属街、沉积金属膜或配合较好的金属芯轴内电极与金属馅或沉积金膜的外电极和保护电极一起使用。如采用金属筒故内电报.为了保证电报和试样之间

9、的良好接触.在管内采用一个弹性的可膨胀的夹具。对于非常准确的测量.在厚度的测量能达到足够的精度时.可采用试样上不加电极的系统。对于相对电容率?不超过10的管状i式样，最方便的电极是用金属筒、求或沉积金属膜。相对电容主存在10以上的管状试样，应采用沉积金属膜电极:瓷管上可采用烧熔金属电极。电极可像带材一样包覆在管状试样的全部盟周或部分圆周上。5.2 液体绝缘材料5.2.1 试验池的设计对于民介质损耗因数的侍测液体，电极系统最重要的特点是:容易清洗、再装配(必要时)和灌注液体时不移动电报的相对位置。此外还应注意:液体需要最少.电极材料不影响液体，液体也不影响电极材料.温度易于控制.端点和接线能适当

10、地屏蔽:支撑电报的绝缘支架应不浸沉在液体中.还有，试验池不应含有太短的爬电距离和尖锐的边绿.否则能影响测量精度。满足上述要求的试验?也见图2图4。电掖是不锈钢的.用础硅酸盐玻璃或石英玻璃作绝缘。图2和图3所示的试验地也可用作电阻率的测定.IEC60247: 1978对此巳详细叙述。由于有些液体如氧化物，其介质损耗囚数与电极材料有明显的关系.不锈钢电报不总是最合适的。有时.用铝和杜拉铝制成的电极能得到比较稳定的结果D5.2.2 试验池的准备应用一种或几种合适的溶剂来清洗试验池.或用不含有不稳定化合物的溶剂多次清洗。可以通过化学试验方法检查其纯度，或通过一个已知的假电容率和介质损耗因数的液体试样测

11、量的结果来确定。当试验池试验几种类型的绝缘液体时.若单独使用溶剂不能去跺污物，py用一种柔和的擦净剂和水来清洁试验池的表面。若使用一系列溶剂清洗时则最后要用最大沸点低于100C的分析级的石油醒来再次清洗.或者用任一种对一个已知俄电容率和介质损耗因数的液体测量能给出正确值的溶剂来清洗.并且这种i奋剂在化学性质上与被试液体应是相阳的。推荐使用下述方法进行清洗。试验池应全部拆开，1切成地清洗各部件.用j吝剂回流的方法或放在未使用溶剂中搅动反复洗涤方法均可去除各部件上的溶剂并放在清洁的烘箱中.在110(左右的温度下烘干30mi日c待试验池的各部件冷却到室温.再重新装配起来。池内应注入一些恃试的液体.停

12、几分钟后.倒出此液体再重新倒入待试液体.此时绝缘支架不应被液体弄湿在上述各步骤中.各部件可用干净的钩针或甜子巧妙地处理.以使试验池有效的内表面不与手接触。6 GB/T 1409-2006 注1，在民种质量泊的常规试验中，上面所说的清洗步骤可以代之为在每一次试验后用没有残留纸屑的干纸简单地擦擦试验池。注Z，采用溶剂时，有些溶剂特别是苯、四氯化碳、甲苯、二毕苯是有毒的，所以要注意防火及毒性对人体的影响，此外，氯化物溶剂受光作用会分解。5.2.3 试验池的校正需要高精度测定液体电介质的相对电容率时，Jiff.首先用一种己知相对电容率的校正液体(如苯)来那定电极常数。电极常数Cc的确定按式(14):

13、式中zCc -白电极常数;Co-空气中电极装置的电巧Cn -充有校正蔽体时电n一一校正液体的相对从Co和C的差值可并按照公式来计算接体未知相对式中zCg一一校正电mCo -一空气中C一-电极常Cx一一电极装假如Co、c和已采用上述方法测于寄生电容或电极间隙6 那最方法的选择测量电容率和介质损C一生二豆豆-En -1 . (14 ) 6. 1零点指示法适用于频率习湾地科生Hz时建噩噩醉梦阶质静的数可用替代法;也就是在接人试样和不接试样两种F先悉这调节涵魄的一个臂使电路挥笔者。通唏路采用西林电桥、变压器电桥(也就是互感藕合比例臂电桥和附件或过多操作，就可采用保护电极;它没6.2 谐振法适用于10k

14、Hz几百MHz的频率范围内的测囊。该方法为替代法测量，常用的是变电抗法。但该方法不适合采用保护电极。达2典型的电桥和电路示例见附录。附录中所举的例子自然是不全面的，叙述电桥和测量方法报导见有关文献和该种仪器的原理说明书。7 试验步骤7. 1 试样的制备试样应从固体材料上截取，为了满足要求，应按相关的标准方法的要求来制备。7 GB/T 1409-2006 应精确地测量原度，使偏差在土(0.2%土0.005rnm)以内，测量点应均匀地分布在试样表面。必要时，应测其有效面积。7.2 条件处理条件处理应按相关规范规定进行。7.3 测量电气测量按本标准或所使用的仪器(电桥)制造商推荐的标准及相应的方法进

15、行。在1MHz或更高频率下，必须减小接线的电感对测量结果的影响。此时，可采用同轴接线系统(见图1所示)，当用变电抗法测量时，应提供一个固定微调电容器。8 结果8. 1 相对电容率Sr试样加有保护电极时其相对电容率E，可按公式(1)计算，没有保护电极时试样的被测电容C包括了个微小的边缘电容C.，其相对电容率为:式中:Er-一相对电容率1c一一没有保护电极时试样的电容;C一一边缘电容;Co一一法向极间电容;C。和C.能从表l计算得来。=坠二Co ( 17 ) 必要时应对试样的对地电容、开关触头之间的电容及等值串联和并联电容之间的差值进行校正。即微计电极间或不接触电极间被测试样的相对电容率可按表2、

16、表3中相应的公式计算得来。8.2 介质损耗因数tano介质损耗因数tan按照所用的测量装置给定的公式，根据测出的数值来计算。8.3 精度要求在第5章和附录A中所规定的精度是:电容率精度为土1%，介质损耗因数的精度为土(5%士0.000 5)。这些精度至少取决于三个因素:即电容和介质损耗础数的实测精度;所用电极装置引起的这些量的校正精度;极间法向真空电容的计算精度(见表1)。在较低频率下，电容的测量精度能达土(0.1%土0.02pF)，介质损耗因数的测量精度能达士(2%士。.00005)。在较高频率下，其误差增大，电容的削量精度为土(0.5%士0.1pF)，介质损耗因数的测精度为士(2%士0.0

17、002)。对于带有保护电极的试样，其测量精度只考虑极间法向真空电容时有计算误差。但由被保护电极和保护电极之间的间隙太宽陌引起的误盏通常大到百分之零点几，而校正只能计算到其本身值的百分之几。如果试样厚度的测量能精确到土0.005rnm，则对平均库度为1.6 mm的试样，其厚度测量误差能达到百分之零点几。圆形试样的直径能测定到土0.1%的精度，但它是以平方的形式引入误差的，综合这柴因素.极间法向真空电容的测量误差为主0.5%。对表面加有电极的试样的电窑，若采用测微计电极测量时，只要试样直径比担tl做计电极足够小，则只需要进行极间法向电容的修正。采用其他的一些方法来翻量两电极试样时，边缘电容和对地电

18、容的计算将带来一些误差，盟为它们的误差都可达到试样电容的2%40%。根据目前有关这些电容资料，计算边缘电容的误差为10%，计算对地电容的误差为25%。因此带来总的误差是百分之几十到百分之几。当电极不接地时，对地电容误差可大大减小。采用测微计电极时，数蠢级是0.03的介质损耗因数可测到真值的士0.0003，数最级0.0002的介8 GB/T 1409-2006 质损耗因数可测到真值的土0.000050介质损耗因数的范围通常是O.000 lO. 1，但也可扩展到O.1 以上。频率在10MHz和20MHz之间时.有可能检测出0.00002的介质损耗囱数。15的相对电容率可测到其真值的土2%，该精度不

19、仅受到计算极间法向真空电容测量精度的限制，也受到测微计电极系统误差的限制。9 试验报告试验报告中应给出下列相关内容:绝缘材料的型号名称及种类、供货形式、取样方法、试样的形状及尺寸和取样日期(并注明试样厚度和试样在与电极接触的表面进行处理的情况); 试样条件处理的方法和处理时间;电极装置类型，若有加在试样上的电极应注明其类型;测量仪器;试验时的温度和相对湿度以及试样的温度;随加的电压;施加的频率;相对电容率Er(平均值); 介质损耗因数tanO(平均值); 试验日期;相对电容率和介质损耗因数值以及由它们计算得到的值如损耗指数和损耗角，必要时，应给出与温度和频率的关系。表1真空电窑的计算和边缘校正

20、极间法向电容边缘电容的校正(单位:皮法和厘米)(单位:皮法和厘米)(1) (2) (3) 1.有保护环的困盘状电极思乡孕妇41Co = .Eo A = 0.08854.主h C, =O 试样1 A=;队十g)2.没有保护环的困盘状电极a) 电极直径=试祥直径当日，.，. 头F的表现值.使电C A. 7) . C A.8 ) 式中:6.CH一一-CH的增主盐。在50kHz到50MHz的频率范围内能方便地设计这种网络.这种网络也容易有效地屏蔽。但其缺点是平衡随频卒的变化太灵敏，以致于电源频率的谐波很不平衡。为了能拓宽频率涟围，必须改变或换接电桥元件.在较高频率下接线和开关阻抗(若使用开关时)会引人

21、很大的误差。A.4 谐振法CQ表法)谐振法或Q表法是在10kHz到260MHz的频率范围内使用。它的原理是基于在一个谐振电路中感应一个已知的弱小电压时.测量在该电路出现的电压。图A.8表示这种电路的常用形式.在线路中通过一个共用电阻R将谐振电路祸合到振荡器上.也可用其他的搞合方法。操作程序是在规定的频率下将输入电压或电流调节到一个巳知值.然后调节谐振电路达到最大谐16 GB/T 1409-2006 振.观察此时的电压Uc然后将试样接到相应的接线端上.再调节可变电容器使电路重新谐振.观察新的电压队的值。在接入试样并重新调节线路时.只要RLGl(见围人.8)其总电容几乎保持不变。试样电容近似于今C

22、.即是可变电容器电容的变化髦。试样的损耗因数近以为:C / 1 1 (一一: ( A.们l:!.C飞QlQo J 式中:C一一一电路中的总电容.包括电压表且Ql、Q。一分别为有无试样联号Q值。测量误差主要来自两台入的阻扰。对于高的损耗图1所示的测P器的串联电感和试样连接的闰轴极.使电极系主消除这种误差。首先将试样放调节标准电容器来使按表2计算试样电损耗因数为:式中:汪品频下因接线和测量电容电极中使用了一个.否则在试.就可测微计电极间距或重新.(A. 10) l:!.C1一一接入试样后.在谐振的两侧当检测器输入电压等于谐振电压的12/2时可变电容器M(图1)的两个电容读数之差。Co在除去试样后与

23、上述相同情况下的两电容i卖数皇室。值得注意的是在整个试验过程中试验频率保持不变。注:贴在试样上的电极的电阻在高频下会变得相当大.如果试样不平整或厚度不均匀.将会引起试悖损耗因数的明显增加。这种变得明显起来的频率效应.取决于试样表面的平整度.该频率也可低到10MHz.因此.必须在10 MHz及更高的频率下.且没有贴电极的试样上做电容的损耗因数的附加测量。假设Cw和tan飞毛为不贴电极的试样的电容和损耗因数.则计算公式为:17 GB/T 1409-2006 式中:C咽一一带电极的试样电容aA.6 屏蔽Cp tanO = 主可tanOI飞I.(A. ll) 在一个线路两点之间的接地屏蔽，可消除这两点

24、之间的所有的电容，而被这两个点的对地电容所代替。因此，导线屏蔽和元件屏蔽可任意运用在那些各点对地的电容并不重要的线路中;变压器电桥和带有瓦格纳接地装置的西林电桥都是这种类型的电路。从另一方面来说，在采用替代法电桥里，在不管有没有试样均保持不变的线路部分是不需要屏蔽的。实际上，在电路中将试样、检测器和振荡器的连线屏蔽起来。并尽可能将仪器封装在金属屏蔽里，可以防止观察者的身体(可能不是地电位或不固定)句电路元件之间的电容变化。对于100kHz数蠢级或更高的频率，连线应可能短而粗，以减小白感和直感;通常在这样的频率下即使一个很短的导线其阻抗也是相当大的，因此若有几根导线需要连接在一起，则这些导线应尽

25、可能的连接于一点。如果使用一个开关将试样从电路上脱开，开关在打开时它的两个触点之间的电容必须不引人测量误差。在三电极测量系统中.要做到这点，可以在两个触点间接入一个接地屏蔽，或是用两个开关串联，当这两个开关打开时.将它们之间的连线接地.或将不接地且处于断开状态的电极接地。A.7 电桥的振荡器和检测器A. 7.1 交流电压源满足总谐波分蠢小于1%的电压和电流的任一电压源。A. 7. 2 检测器下列各类检测器均可使用，并可以带个放大器以增加灵敏度:1) 电话(如需要可带变频器): 2) 电子电压表或波分析器:3) 阴极射线示波器:4) 电眼调节指示器:5) 振动检流计(仅用于低频)。在电桥和检拥器

26、中间需加一个变ffi器.用它来匹配阻抗或者因为电桥的一输出端需接地。谐波可能会掩盖或改变平衡点.调节放大器或引人个低通滤波器可防止该现象。对测量频率的二次谐波有40甜的分辨率是合适的。A.8 频率范回方法频率的推荐范围试样形式注1.园林电桥0.10 MHz及以下2.变压器电桥15 Hz50 MHz 3并联1、型网络50 kHz 30 MHz 板或管4谐振法10 kHz 260 MHz 5.变电纳法10 kHz 100 MHz 晦18 GB/T 1409-2006 A C N Uf M , / r , y, 人(C2) 、8 图A.1西林电桥电路图A M 8 图A.2具有瓦格纳(Wagner)接

27、地电路的西林电桥t , 1 I t lz 1 _ f 图A.3变压器电桥电路图19 GB/T 1409-2006 斗JX X 图A.7并联T型剖络的实际线路图20 GB/T 1409-2006 C G 试样阁A.8谐振法的电路图21 GB/T 1409 2006 附录B(资料性附录)本标准章条编号与IEC60250: 1969章条编号对照B.l给出了标准章条编号与IEC60250:1969章条编号对照一览表。表B.1 本栋准章条编号与IEC60250: 1969章条编号对照本标准意条编号对应的国际标准章条编号1 1 ? 3 ? 3.13. 5 2且12.5 4 3 -1. 1-1. 2 3.

28、13. 2 4. 2. 14. 2. -1 3. 2. 13. 2. -1 D 4 51 -1. 1 5.1.15.1.2 -1.1.14. 1. 2 5. L 2. 1 5. 1. 2. 2 1协2.1-1. 1. 2. 2 51. 2. 2. li. L 2. 2. 2 4恤1.2. 2. 1-1. 1. 2. 2. 2 5. 1. 2.3 -1.1. 2. 3 5. 1. 3 4协1.35. 1. 3. 1 毛1.3. 1-l. 1. 3.7 5. 1. -l 4曲1.45. 1. 4. 15. 1. 4、24.1.Ll-l.1.-l.2 5. 2 -l. 2 5.2. 1 5. 2.

29、3 4. 2. 14. 2. 3 6 D 6. 16. 2 5.15.2 7 6 7. 17. 3 6.16.3 8 7 8. 18且37.17.3 9 8 22 SON-82H曲。华人民共和国家标准测量电气绝缘材料在工频、音频、高跟(包括米波波长在内)下电容率和介质损耗因数的推蒋方法GB/丁1409-2006国中-中臼标准出版社出版发行北京复兴门外三垦河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销-r. 印张1.75 字数46千字2006年7月第一次印刷开本880X12301/16 2006年7月第一版争斗定价15.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533 书号:155066 1币27633GBfT 1409 2006