絕緣材料介電性能測試

絕緣材料介電性能測試

正文

絕緣材料的介電性能直接關係這些材料在電工設備中的套用，絕緣材料介電性能測試主要包括絕緣電阻率、相對介電常數、介質損耗角正切（見介質損耗）及擊穿電場強度等的測試。測試的結果受很多因素影響，如受環境條件（溫度、濕度、氣壓等）、測試條件（如施加電壓的頻率、波形、電場強度等）、電極與試樣的製備等的影響。因此，必須按有關標準的規定進行測試。
絕緣電阻率測試　通常採用三電極系統（圖1）。可以分別測出體積電阻率ρv和表面電阻率ρs。對於平板試樣

對於管狀試樣

式中u為施加於試樣的直流電壓，Iv、Is分別為流過試樣體積和表面的電流,D1、D2、g分別為電極的直徑以及電極間的間隙, L、r1、r2、d分別為電極長度、試樣的內外半徑及厚度。電極材料可用貼上鋁箔、導電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等。在特殊情況下，例如測量薄膜的ρv、ρs，可用二電極系統。
相對介電常數(εr)測試　相對介電常數通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。
套用三電極時，對於平板試樣，由於平板電容Cx的計算公式是根據實際經驗修正為

對於管狀試樣，由於圓柱形電容Cx的計算公式是根據實際經驗修正為

式中Cx為試樣電容(法)，L為電極長度(米)，D1為電極直徑(米)，g 為電極間的間隙(米)，d 為試樣厚度(米)，r1、r2為試樣的內外半徑。套用二電極時

式中Cx為試樣電容，Cm為測量電容,C0為試樣的幾何電容，Ce為試樣的邊緣電容，Cg為試樣的對地電容。
介質損耗角正切(tan δ)的測定 通過測量試樣的等效參數經計算求得。也可在儀器上直讀。在工頻、音頻下一般都用電橋法測量,高電壓時採用西林電橋法（圖2）。電橋平衡時

式中CN為標準電容，C4為可調電容，R4為固定電阻,R3為可調電阻。
當頻率為幾十千赫到幾百兆赫範圍時，可用集總參數的諧振法進行測量（圖3）。使頻率和電感保持恆定，在接入試樣和不接試樣時調節調諧電容使電路諧振。若接試樣時C＝Cs，不接試樣時C＝Cns，則試樣電容的測量結果是

Cx＝Cns-Cs

這時可用變Q值法和變電納法計算試樣的tan δx。在變Q值法中是根據接入試樣且迴路諧振時的 Q值(Qi)與不接試樣且迴路諧振時的Q值(Q 0)的變化來計算損耗角正切，即

式中Cr是迴路的總電容，除諧振電容外，包括試樣的零電容、接線電容等。變電納法是根據接試樣時諧振曲線的半功率點的寬度△C1(圖4) 和不接試樣時相應的寬度△C0的變化來計算損耗角正切，即

在這些測試中，選擇電極極為重要。常用的是接觸式電極。可用貼上鋁箔、燒銀、真空鍍鋁等方法製作電極，但後者不能在高頻下使用。低頻測量時，試樣與電極應禁止。在高頻下可用測微電極以減小引線影響。在某些特殊場合，可用不接觸電極，例如薄膜介電性能測試和頻率高於30兆赫時介電性能的測量。
擊穿電場強度測定　絕緣材料的擊穿電場強度以平均擊穿電場強度(EB)表示

式中uB為擊穿電壓，d 為試樣的平均厚度。
工頻下擊穿電場強度的試驗線路如圖5。R0通過調壓器使電壓從零以一定速率上升，至試樣被擊穿，這時施加於試樣兩端的電壓為擊穿電壓。測擊穿電場強度時，電極需照有關標準的規定。
擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器(見互感器)、放電球隙等儀器並聯於試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時，需採用電容分壓器。衝擊電壓下的擊穿電場強度測試，一般用衝擊電壓發生器產生的標準衝擊電壓施加於試樣，逐級升高衝擊電壓的峰值直至擊穿。衝擊電壓可用50％球隙放電法、也可用阻容分壓器加上脈衝示波器或峰值電壓表測量。

配圖

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