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绝缘材料介电性能测试

/dielectric properties test of insulating material/
条目作者邱昌容刘耀南
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邱昌容

刘耀南

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最后更新 2023-10-21
浏览 396
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主要包括绝缘电阻率、相对介电常数、介质损耗角正切(见介质损耗)及击穿电场强度等的测试。绝缘材料的介电性能直接关系这些材料在电工设备中的应用。

英文名称
dielectric properties test of insulating material
所属学科
电气工程

测试的结果受很多因素影响,如受环境条件(温度、湿度、气压等)、测试条件(如施加电压的频率、波形、电场强度等)、电极与试样的制备等的影响。因此,必须按有关标准的规定进行测试。

通常采用三电极系统,可分别测出体积电阻率和表面电阻率

对于平板试样:


对于管状试样:


式中为施加于试样的直流电压;分别为流过试样体积和表面的电流;分别为电极的直径以及电极间的间隙,分别为电极长度、试样的内外半径及厚度。电极材料可用粘贴铝箔、导电橡皮、真空镀铝、胶体石墨等。在特殊情况下,例如测量薄膜的,可用二电极系统。

相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成的电容、试样厚度和电极尺寸求得。应用三电极时,对于平板试样,由于平板电容的计算公式是:


根据实际经验修正为:


对于管状试样,由于圆柱形电容的计算公式是:


根据实际经验修正为:


式中为试样电容(法);为电极长度(米);为电极直径(米);为电极间的间隙(米);为试样厚度(米);为试样的内外半径。应用二电极时:


式中为试样电容;为测量电容;为试样的几何电容;为试样的边缘电容;为试样的对地电容。

通过测量试样的等效参数经计算求得。也可在仪器上直读。在工频、音频下一般都用电桥法测量,高电压时采用西林电桥法。电桥平衡时:



式中为标准电容;为可调电容;为固定电阻;为可调电阻。

当频率为几十千赫到几百兆赫范围时,可用集总参数的谐振法进行测量。使频率和电感保持恒定,在接入试样和不接试样时调节调谐电容使电路谐振。若接试样时,不接试样时,则试样电容的测量结果是:


这时可用变Q值法和变电纳法(图1)计算试样的。在变Q值法中是根据接入试样且回路谐振时的Q值()与不接试样且回路谐振时的Q值()的变化来计算损耗角正切,即:


式中是回路的总电容,除谐振电容外,包括试样的零电容、接线电容等。 

图1 变电纳法图1 变电纳法

变电纳法是根据接试样时谐振曲线的半功率点的宽度和不接试样时相应的宽度的变化来计算损耗角正切,即

在这些测试中,选择电极极为重要,常用的是接触式电极。可用粘贴铝箔、烧银、真空镀铝等方法制作电极,但后者不能在高频下使用。低频测量时,试样与电极应屏蔽。在高频下可用测微电极以减小引线影响。在某些特殊场合,可用不接触电极,例如薄膜介电性能测试和频率高于30兆赫时介电性能的测量。

绝缘材料的击穿电场强度以平均击穿电场强度()表示:


式中为击穿电压;为试样的平均厚度。工频下击穿电场强度的试验线路见图2。通过调压器使电压从零以一定速率上升,至试样被击穿,这时施加于试样两端的电压为击穿电压。测击穿电场强度时,电极需照有关标准的规定。

图2 工频下击穿电场强度图2 工频下击穿电场强度

击穿电压可用静电电压表、电压互感器(见互感器)、放电球隙等仪器并联于试样两端直接测出。击穿电压很高时,需采用电容分压器。冲击电压下的击穿电场强度测试,一般用冲击电压发生器产生的标准冲击电压施加于试样,逐级升高冲击电压的峰值直至击穿。冲击电压可用50%球隙放电法,也可用阻容分压器加上脉冲示波器或峰值电压表测量。

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