絕緣材料介電常數(shù)測試儀—測量高電壓絕緣介質(zhì)損耗的方法

      (一)電橋法

電橋法是介損測量領(lǐng)域長期采用的一種方法，而傳統(tǒng)的測量方法主要就是指西林電橋 法。分析來看，當(dāng)前流行的電橋分西林型高壓電橋和電流比較儀型高壓電橋。其中最為典型 的要數(shù)西林電橋，所謂的電橋法也即西林電橋法。西林電橋?qū)儆诒容^同類阻抗元件的電橋， 它的標(biāo)準(zhǔn)阻抗和被測阻抗都是電容器。在強(qiáng)高壓下進(jìn)行高精度的介損測量是西林電橋的突出 優(yōu)勢，倘若采取特殊的措施甚至可以在強(qiáng)磁干擾下進(jìn)行頗高精度的測量；而電流比較儀型高 壓電容電橋的原理是用變壓器的比例臂代替普通的阻抗臂，以提高測量的準(zhǔn)確度，如若配以 專門的輔助電路，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡電橋。

西林電橋法的測量原理是用標(biāo)準(zhǔn)電容和電阻將測試品進(jìn)行比較性的模擬測量。因?yàn)樗?模擬電路較為復(fù)雜，對元器件的要求比較高。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， 數(shù)字化測量方法逐漸取代弊端較多的模擬方法，其原理是利用傳感器從試驗(yàn)品上取得電壓和 電流信號，經(jīng)預(yù)處理后再進(jìn)行數(shù)字化，之后輸至計(jì)算單元，算出相位差，最后得到測量值。 由于利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，使得模擬電路結(jié)構(gòu)簡化，提高了儀器的性能。目前許多裝置就是基 于此原理，像 PSC 型介質(zhì)損耗自動(dòng)測量儀，即為利用電流比較儀線路進(jìn)行平衡的，采用這 一裝置能夠達(dá)到很高的測量精度。

(二)伏安法

伏安法是常用也是成熟的一種傳統(tǒng)方法，其工作原理是借助被測試品的端電壓向量 和流過被測試品電流向量之比，得到被測試品的阻抗向量，根據(jù) Zx 的實(shí)部和虛部，進(jìn)一步 計(jì)算求得介質(zhì)損耗值 tgδ。這種測量方法在精密計(jì)算機(jī)引入后進(jìn)一步得到更新完善，基于 測量系統(tǒng)的不斷升級，測量數(shù)據(jù)的處理效率大大提高，而且精準(zhǔn)度也得到保證。電力電子技術(shù)的滲入使介質(zhì)損耗測量技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代。

二、過零點(diǎn)時(shí)差比較法

過零點(diǎn)時(shí)差比較法是數(shù)字化測量介質(zhì)損耗中較早采用并且效果明顯的一種方法。其主要 原理是通過比較施加于介質(zhì)上的電壓 U 和電流 I 的過零時(shí)刻兩個(gè)值，求得兩個(gè)值之間的相位 差，從而求得介質(zhì)損耗角。與此同時(shí)，再用脈沖技術(shù)求得兩個(gè)值的值差。若計(jì)數(shù)器顯示的脈 沖數(shù)為 n，而計(jì)數(shù)器的頻率為 f,則△t=n/f,測量裝置對損耗角的分辨率也就是 2л/Tf。由 此可見，只要計(jì)數(shù)器頻率足夠高，就可以保證較高的分辨率。過零點(diǎn)時(shí)差比較法的優(yōu)點(diǎn)在于 測量的分辨率高，容易數(shù)字化處理，其缺點(diǎn)是極易受諧波干擾，導(dǎo)致測量數(shù)值不準(zhǔn)，這也是過零點(diǎn)時(shí)差比較法使用程度不高的主要原因

三、諧波分析法

諧波分析法的工作程序是首先由波形采集裝置u 和i 的時(shí)域波形同步地轉(zhuǎn)換為數(shù)字波形并存儲(chǔ)，然后計(jì)算機(jī)將兩個(gè)數(shù)字波形調(diào)入內(nèi)存，用離散傅立葉變換出兩個(gè)信號的基波，最后 由特定的換算公式求出絕緣介質(zhì)損耗角和等值電容。諧波分析法的關(guān)鍵步驟是基于傅立葉變換作等量，考慮到三角函數(shù)的正交性，傅立葉變換求解電壓和電流的基波是不受高次諧波的影響，也不會(huì)受儀器電子電路所產(chǎn)生的零漂影響，因此可以達(dá)到比較高的穩(wěn)定性和測量精準(zhǔn)度。

然而，諧波分析法的軟肋也是很明顯的。由于現(xiàn)實(shí)中電網(wǎng)頻率的不穩(wěn)定與采樣誤差，極 為容易造成對采樣信號作 DFT 時(shí)出現(xiàn)偏差，數(shù)據(jù)不真實(shí)影響最終測量結(jié)果，因此又多出了 一道消除偏差的程序，從而增加了麻煩。

四、異頻電源法

異頻電源法是一種全新的抗干擾方法。其原理是在介質(zhì)損耗測量中測試電源頻率偏離干 擾電源頻率，通過頻率識別或?yàn)V波技術(shù)排除干擾電源的影響。實(shí)際上 tgδ是隨著頻率的變 化而變化的，這就出現(xiàn)了不同頻率下的介質(zhì)損耗測量結(jié)果的等同性問題。異頻電源頻率不能 偏離工頻太遠(yuǎn)，否則測量結(jié)果與工頻下的損耗值失去等同性；但也不能偏離太近，否則又會(huì) 增大頻率分辨的難度，同樣會(huì)造成較大的誤差。技術(shù)層面上看，將異頻頻率和工頻頻率分辨 開來可以采用 DFT。理論上只要滿足同步采樣條件，DFT 就不會(huì)出現(xiàn)泄漏效應(yīng)，也就意味 著可以準(zhǔn)確地將異頻電源頻率所對應(yīng)的頻譜抽取出來，從而得到該頻率波的初相位。

不過，同樣由于電網(wǎng)頻率的不穩(wěn)定性，加之同步采樣環(huán)節(jié)存在的某些誤差，自然會(huì)造成 對采樣信號作 DFT 時(shí)出現(xiàn)較大的誤差，所以在對信號作 DFT 時(shí)應(yīng)該去針對性的措施來消除誤差，確保測量的 tgδ精準(zhǔn)度。

絕緣材料介電常數(shù)測試儀技術(shù)參數(shù)及型號：

準(zhǔn)確度：       Cx:         ±（讀數(shù)×0.5%+0.5pF）；

tgδ: ±（讀數(shù)×0.5%+0.00005）；

電容量范圍：       內(nèi)施高壓：    3pF～60000pF/10kV  60pF～1μF/0.5kV；

外施高壓：   3pF～1.5μF/10kV        60pF～30μF/0.5kV；

分辨率：              最高0.001pF，4位有效數(shù)字；

在測試絕緣材料時(shí)可以直接顯示相對介電常數(shù)ε；

tgδ范圍：     不限，分辨率0.000001，電容、電感、電阻三種試品自動(dòng)識別；

試驗(yàn)電流范圍：5μA～5A；

內(nèi)施高壓：    設(shè)定電壓范圍：0.5～10kV ；

最大輸出電流：200mA；

升降壓方式：電壓隨意設(shè)置。比如5123V。

試驗(yàn)頻率： 40-70Hz單頻隨意設(shè)置。比如48.7Hz.

50±0.1Hz到50±10Hz自動(dòng)雙變頻隨意設(shè)置。

60±0.1Hz到60±10Hz自動(dòng)雙變頻隨意設(shè)置。

頻率精度：   ±0.01Hz

外施高壓：    接線時(shí)最大試驗(yàn)電流5A，工頻或變頻40-70Hz

           外接線路時(shí)可以連接量程擴(kuò)展器，電流可達(dá)幾千安培。

測量時(shí)間：    約40s，與測量方式有關(guān)

輸入電源：    180V～270VAC，50Hz±1%，市電或發(fā)電機(jī)供電

計(jì)算機(jī)接口：標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，U盤插口(自動(dòng)U盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù))。

打印機(jī)：微型熱敏打印機(jī)   環(huán)境溫度：-10℃～50℃   相對濕度： <90%

外形尺寸：430*330*350mm   儀器重量：28kg

型    號：ZJD-87