GB T 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耗因数的试验方法.pdf
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1、中华人民共和国国家标准E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耗因数的试验方法Methods for the determina重ionof the permittivity and dielectric dissipation factor of solid electrical insulating materials at power, audio and radio fre quensies including metre wavelengths GB 1409-88 代替GB1409-78 本标准等效采用国际标准IEC2500969)瓣量电气绝缘材料在工
2、旗、音颜、高频(包括米波长在内下相对介电常数布介质损耗因数的推荐方法,只是去掉其中液体试样及其试验部分。1 主题内容与适用菇噩本标准规定了噩体绝缘材料在工旗、音频、高频(包括米波长在内下梧对介电常数和介质摸耗国数部试验方法b本标准适用于15Hz 300 MHz频率范雷内费量噩体绝缘材科的相对介电常数、分质损起因数,并串此计算某些数值,如损耗指数。现i量所得的数筐与一些物理条件,例如频率、渥度、湿度有关,在特殊情况下也与场强有关。2 定义2. 1 相对介电常数绝缘材料的梧对介电常数鸟是电摄闰及其属嚣的空前全部充以绝缘材料时,其电容Cx与同样构莹的真空电容器的电容Co之比zr = Cx/C0 .(
3、 I) 在标准大气压下,不含二氧化碳的子燥空气鸪相对分电常数等于I.000 53.因此,用这种电极构型在空气中的电容c.来代替Co澳y量相对分电常数时,有足够的精确度。在一个给定的测量系统中,绝缘材料的介电常数是该系统中绝缘材料的相对介电常数乌与真空升电常数0的乘积。真空介电常数E:o = 8. 854 10 12 F /m = _!_ io-9 F /m . ( 2 ) 36 在本标准中用pF/cm来计算,真空介电常数为。0. 088 54 pF/c囚2. 2介盾摄耗角6绝缘材科的分贡损耗角8,是吉该绝缘材料作为介庚的电容器上所施加的电压与流过夜电容器的电流之前的相位差的余角。2.3介盾摄辑
4、因数蚀n6中华人民共租嚣杭摄电子工业部1988-08-31批准1989 07-01实施GB 1409-88 绝缘材料的介贯损耗因数是介庚损耗角的正切tarno 2.4损耗指数式绝缘材料的损耗指数式,等于该材料的介贯损耗因数tan8与梧xt分电常数鸟的乘积。2.5 相对复介电常数E;绝缘材料的相对复分电常数是由相对分电常数和提耗指数结合丽得出的z,ff,-j飞 式中:,是2.1条中所定义的相对介电啻数。. ( 3 ) . ( 4 ) 茬二,tarn.“. ( 5 ) tan8 , r .“. ( 6 ) 有分质损耗的电容器,在任何给定的频率下既可用电容c.和电盟R.的串联回路来表示:Rs 寸it
5、an8 在C.R.-( 7 ) 也能用电容Cp和电盟Rp(或电导Gp)的并联囡路来表示R, ( G,) c. tan8 = 1/w CpRp ”( 8 ) 虽然一个有分质损耗的绝缘材料通常用并联西路来表示,程在单一旗率下有时也需要用电容Cs和电盟品的串联圄路来表示。串联元件与并联元件之间有下列关系:Cp = Cs/0十tan28)RP Itan28 一一一一一Rtan28 wC . R . = !一 w CpRp 不管采屠串联表示法还是并联表示法,其介庚摄耗医数tana是梧等的。注:本标准中的计算和测量是根据正弦波形电流(w=2作出的。3 影响介电性能拍因素3. 1 频率. ( 9 ) ( 1
6、0 ) . ( 11 ) 只有少数材料,如聚苯乙烯、聚丙烯、聚西氟乙稀等,在很宽的旗率范雷内相对分屯常数有介质损耗医数是基本恒定的,因商一般的绝缘材料必须在它所使用的频率下割量介质摄耗国数租相对介电常数。相对介电常数和介庚摄耗自数的变化是由于分质极化和电导而引起前,极性分子的偶摄极化租替GB 1409-88 料不均匀性导致的界面极化是引起上述变化的主要原因。3. 2 温度损耗指数在某一频率下可以出现最大值,这个频率值与绝缘材料的温度有关。介质损耗因数和相对介电常数的温度系数可以是正的也可以是负的,这由测量温度下的损耗因数与其最大值的相对位置来决定。3.3温度极化的程度随水分的吸收量或绝缘材料表
7、面水膜的形成而增加,其结果使相对介电常数、介质损能因数和直流电导率增大。3.4 电场强度存在界面极化时,自由离子的数目随电场强度的增加而增加,其损耗指数最大值的大小和位置也随此而变。在较高的频率下,只要绝缘材料不出现局部放电,相对介电常数和介质损耗因数与电场强度无关。4 试样和电极4. 1 试样的几何形状测定材料的相对介电常数和介质损耗因数,最好采用片状试样,也可以采用管状试样。在测定z值时,最大的误差来自试样尺寸的误差,尤其是厚度的误差。对于1%的精度来说,1.5mm的厚度就足够了;对于更高的精度要求,则试样应更厚些。测定tan8时,导线的串联电阻与试样电容的乘积应尽可能小,同时,又要求试样
8、电容在总电容中的比值尽可能大。因而,折衷的方案是试样具有几十皮法的电容。测量回路与试样并联的电容应小于5pF。试样的大小应适合所采用的电极系统。4.2 电极系统4.2. 1 接触式电极用4.3条所列电极材料之一加到试样上。电极型式有三电极系统和两电极系统两种。使用两电极系统且使上下两个电极对准有困难时,则下电极应比上电极稍大些,金属电极应稍小或等于试样上的电极。板状和管状试样使用不同电极时的电容计算公式以及边缘电容近似计算经验公式列于表1,这些公式仅适用于规定的几种试样形状。高频下测量时,为了避免接线电阻、分布电容的影响,推荐使用测微计电极。4. 2. 2 不接触电极表面电导率很低的试样可以不
9、用电极材料而将它插入电极系统,在这种电极系统中,试样的一侧或两侧有一个充满空气或液体的间隙,该间隙可以是固定的,也可以是可调的。用平板电极和圆柱形电极装置进行测量时,其计算公式由表2和表3给出。表1真空电容的计算和边缘电容的修正法向极间电容川| 边缘电容的修正川1. 有保护环的圆盘状电极可乒t Co什0. 088 54号C,=O A= fd1 + g)Z 2. 没有保护环的圆盘电极GB 14 0 9 88 续表1法向极间电容pF,cm 边缘电容的修iEpF ,cm a) 电极直径z试样直径当ah时争o. 029 0. 0581咐Pdi 机上下电极相等,假比试样小0191 O. 058logh十
10、0.Olv Co e。a“1 P=11:d1 T /W771T 出0069 54亏J2 式中gl试样相对介电常数的近似值,并且dhc) 上下电极不等争。叫一0川队十0.045I j :1 Pdi 式中:1试样相对介电常数的近回斗牛ZJ似慎,并且h3. 有保护,坏的圆柱形电极W 可C e: 2 11:(!1斗g)二。一。ln(ddd1)(l1 + g) =O. 241 6一兮子,.;og(d,/d1) C,=O 4. 没有保护环的圆柱形电极它 j川若、3C e: 2 11:l1 一。一。ln(ddd1)=O. 241 6一L一log(ddd1) s = 0. 019到一O.058logh + 0
11、. 010 2P p 工工(di 才h) 式中:1试样相对介电常数的近似值试样电容GB 1409-88 表2试样电容的计算一接触式测微计电极说明符号定义1. 井联个标准电容器来替代试样明C广试样的并联等值电容试样直径直少比测微计酬的直ILlC一取去试样后,为恢复平衡,标Cr= LlC + Cor 径小2r I 准电容器的电容增量在计算相对介电常数时,必须采用ICr 一在距离为r时,测微计电极的试样的真实厚度h和面积A| | 校正电容2. 取去试样后减少测微计电极间的距离来替代试样电容Cs一取去试样后,恢复平衡,电极距离为3时测微计电极的校正电 甘试样直径至少比测微计电极的直径小2r测微计电极间
12、丽积为所插在计算相对介电常数时,必须采用人的试样的面积、距离分Cp = C,叫Cr+c仙试样的真实厚度h和面积A| , 别为r或h时的空气电容,可用表l的式(1)来计3. 并联4个标准电容器来替代试样电容,当试样与电极的直径相同l算时,只有斗微小的误差(因电极边缘电场睛变引起0.2%0. 5%的误差), I r一试样与附加电极的厚度因而可以避免空气电容的瞅计算lh一试样厚度Cr= LlC t Cob 相对介电常数:Er工生试样直径等于测微计电极直径,施c 加于试样上的电极厚度为零GB 1409 88 表3相对介电常数和介质损辑朋数的计算一不接触电极相对介电常数介质损辑因数符号定义1. 测微计电
13、极(在空气中)6.C一试样插入时电容改变的值(电e:, 1 容增加时为十号)或,如果ho调到一个新值h。,而C=O电极空间装有试样时的电辑tan. = tanOc + Me:,6.tanO 口一一电极间仅有一种流体时的电辑,其值为e:1Coh e:,黠C。一所考虑的面积上的真空电容,h一(h0-h。)其值为EoA/ho2. 平板电极一流体排出法A一一试样一个面的面积,cmi(当试样与电极同样大小或当试样大4与于电极时即为电极圈职)鸟1十tanzO, tanO, = tancic十MAtanci er在试验温度下的流体相对介电Cr 十AC)(I+ tan2cic) Ci十AC)(l十tan2ci
14、c)常数(对空气而富e:1=1.00) C1+MCr (Cr + AC) (1 + tan30c).,+MCr一(Cr十C)(l十tan20c)eo真空介电常数,pF/cmAtanci拯一一一试样插入时,介质损艳因当试样的介质损辑因数小于0.1肘,可以用下列公式g数的增加值tanO,电极空间装有试样时的介E富市ff 质损耗因数1 啕咱“句C。M十AC幽h幽h幽o幽tanci, = tanOc十M丘AtanOtanO,一试样介质损辄阔数的计算ff 值3. 圆柱形电极一流体排出法(用于tanO篡小子0.1时)do内电极的外直径d1一一试样的内直径dz试样的外直径E注tanci. tancic十ta
15、nci .!:. d3一一外电极的内宽径e, = I /: log(ds/do) er h。一平行平板间的距离C1 log(ddd1) h一试样的平均厚度 log(d3/do)一1log(d2/d1) M阳守一l4. 两种流体楼平板电极(用于tanci篇小于0.1时)垃z在两种流体法的等式中,注脚1和2分别表示第一种和第二种流体e,出向1千AC1C2(句f/1) AC1C2 AC2C1 tanO.口tanOc1+ e,CL。uc一,Citan02 推荐使用下列两种型式的电极装置。4, 2. 2.1 空气填充测微计电极当试样插入和不插入电极时。电容都能调节到同一个值,不需作系统的电气校iE就能测
16、量相对介电常数(见阁1)。GB 14 09 88 图1用于固体绝缘材料测量的测微计电极一测徽计头;2用来连接可调电极B的金属软壁腔;3放试样的空间(试样电容器C1)14固定电极A;5一测微计头:6游标电容器C217一电极引出接头;8可调电极B4.2.2.2 流体排出法固定式电极在相对介电常数近似等于试样的相对介电常数、而介质损耗因数可以忽略的一种液体内进行测量。这种测量与试样厚度测量的精度关系不大。当相继采用两种流体时,试样厚度和电极系统的尺寸可以从计算公式中消去。试样为试验池电极直径相同的圆形,在测微计电极中,为了消除边缘效应,试样直径约比测微计电极直径小两倍试样厚度。4.2.3边缘效应为避
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