介電常數介電損耗儀測量原理和測量儀器

測量tanδ使用較普遍的儀器有ZJD-87高壓電橋介電常數及介質損耗測試儀。

 (一)高壓電橋

高壓電橋的種類很多，但原理都相同。其原理接線如下圖所示。圖中C_N是無損標準空氣電容器；C₄是可變十進位電容箱；G是檢流計；R₃是可變無感電阻；Z_x是被試物阻抗。

當電橋平衡時，橋臂AC與BC，AD與BD的電壓降相等，故橋臂阻抗關系為

式中：Z_X、Z₃、Z_N、Z₄為電橋各臂的復阻抗，當把被試品用R_X與C_X并聯的等值電路代替時，并依電橋平衡條件可得

化簡上式，并使等式兩邊的實部與虛部分別相等，即可求得

   (3-5)

因tan²δ ＜＜1，可略去，則

               (3-6)

在使用的頻率f=50Hz時，ω=2Πf=100Π，為便于計算，在儀器制造時，即將R₄的數值定為10000/Π，那么tanδ=C₄，C₄的單位符號為μF。

C_X的測量對判斷絕緣狀況也是有價值的，如電容式套管，C_X明顯增加，表示內部電容層間有短路或水分侵入。

1.試驗接線方式

(1)止接線。下圖 (a)為高壓電橋的正接線，被試品兩極對地均應絕緣。在試驗室中采用此法進行絕緣材料的試驗較準確，試驗時對操作人員無險。在現場如被試設備可以對地絕緣起來，應盡量使用此法以保證測量數值的可靠：

(2)反接線。下圖(b)為高壓電橋的反接線，因為現場設備往往一端固定地，故適宜用這種接線方式，此時，R₃、C₄處于高電壓下，要保證安全操作，須使電橋和操作者一起處在絕緣板上(即對地絕緣起來)，或置于法拉第籠里面，使操作者與R₃、C₄處于等電位；或由操作者使用絕緣桿來調節。國產ZJD-87型電橋即屬此類，其調節手柄能保證人身安全。

為使測量結果準確，需要消除來自外界的干擾，tanδ測量過程中可能會受到兩種干擾，一種是電場干擾，是由周圍帶電部分通過與橋臂間的電容耦合產生干擾電流，干擾電流流入橋臂造成的干擾誤差；另一種為磁場干擾主要由附近的交變磁場作用于檢流計線圈產生感應電動勢從而引起測量誤差。

通常可采取下列措施消除或減小電場的干擾：提高試驗電壓以提高信噪比，相對降低干擾電流的影響；盡量用正接線；加設屏蔽即在被試品高壓部分加屏蔽罩，并將屏蔽罩與電橋的屏蔽相連，以消除耦合電容的影響：采用移相法或倒相法即測量時在試驗電源為正，反相位下各測量一次，電源反相時相當于電源的相位不變而將干擾電流反相。

干擾磁場主要由大電流母線、電抗器、阻波器和其他漏磁較大的設備產生。在干擾磁場的作用下，組成電橋試驗回路的各個環路都會產生感應電動勢，這種外磁場還會直接作用于檢流計回路，產生測量誤差，為消除磁場對檢流計的影響，可移動電橋位置使之遠離干擾源，或將橋體就地轉動改變角度，找到干擾最小的方位，再取檢流計極性轉換開關在“接通Ⅰ"和“接通Ⅱ"兩位置測兩次取平均值。

試驗時，被試品的表面應當干燥、清潔，以消除表面電導電流的影響。

此外，被試品表面泄漏的影響也必須注意，勿使其影響到反映被試品內部絕緣狀況的tanδ值。這點在被試品電容C_x小時更須注意，除被試品表面清潔外，可用加屏蔽法消除泄漏影響。

2.測量時的注意事項

(1)測量tanδ是一項高電壓試驗，無論采用何種接線方式，電橋橋體外殼應用足夠截面的導線可靠接地。對橋體或標準電容器的絕緣應保持良好狀態。

(2)反接線測量時，橋體內部及三根引出連線、標準電容器外殼均帶高壓，應注意安全距離，導線對接地物的距離不小于100～150mm。

(3)為防止檢流計損壞，應在檢流計靈敏度低時接道或斷開電源。

（4）對能分開的被試品應盡量分開測試。因為當休積較大的設備中存在局部缺陷時，測量總體的tanδ值不易反映出這些局部缺陷：而對體積較小的設備，測tanδ值就容易發現局部缺陷。

(二)數字化測量方法

高壓電橋測量tanδ時，由于受到現場電磁場的干擾，有時很難將電橋調節平衡，數字化測量tanδ是采用數字化技術來調節電橋的平衡，實際的測景原理大多仍是用標準電容器和電阻與被試品進行比較的模擬方法，不僅可以很容易地調節平衡，而且可以防止外界干擾，提高了測景的準確度。

新型的介質損耗測試儀型號較多，在此不能一一介紹，但與高壓電橋相比一般都具有如下特點：

(1)操作簡單，自動測量，自動打印測量結果。

(2)測量精度高，抗干擾能力強。

(3)采用多種安全防護措施，保障試驗人員的安全和設備的完好性

(4)功能強大。