2023固體絕緣材料 介電和電阻特性第8部分：介電特性（AC方法）

8（AC）（MHz～300MHz）II目 次前言 II引言 III112范引文件 13語定義 14驗法 25驗序 9697復和現性 10附錄A（料）串電路償法 11附錄B（料）帶蔽環(huán)平電極 12附錄C（料）儀器 13附錄D（料）空中微控平電的接觸極法 17參考獻 18圖2等電圖 4圖3帶試和線備的效聯路 5圖4兩極統(tǒng)存的剩阻和散容 7圖A.1聯路償法 11圖B.1屏環(huán)并電極置 12圖C.1聯T網的電路圖 13圖C.2聯T網的際電圖 13圖C.3 諧法理電圖 15圖C.4動衡路 16圖D.1接電方法 17表1使儀的率圍 8PAGEPAGE108（AC相對介電常數和介質損耗因數（1MHz～300MHz）范圍1MHz至300MHz（AC方法）。（IEC60212固體絕緣材料在試驗前和試驗時采用的標準條件(Standardconditionsforusepriortoandduringthetestingofsolidelectricalinsulatingmaterials)注：GB/T10580—2015固體絕緣材料在試驗前和試驗時采用的標準條件(IEC60212:2010，IDT)下列術語和定義適用于本文件。ISO和IEC維護的用于標準化的術語數據庫地址如下：。電氣絕緣材料electricalinsulatingmaterial具有可忽略不計的低電導率的固體材料，用于隔離電勢不同的導體部分。注1：術語“電氣絕緣材料”也可以指絕緣液體和絕緣氣體。IEC60247包含絕緣液體的內容[1]。介電特性dielectricproperties絕對介電常數absolutepermittivityε電通密度除以電場強度的商。真空介電常數vacuumpermittivityε0000真空的介電常數，與磁常數ε0μ0和真空中光速c0相關，用關系式εμc2=1表示。000相對介電常數relativepermittivityεr絕對介電常數與真空介電常數ε0的比值。相對復介電常數relativecomplexpermittivityεr穩(wěn)定的正弦場下，以復數表示的介電常數。介質損耗因數tanδdielectricdissipationfactortanδ損耗角正切值losstangent復介電常數的虛部與實部的比值。電容capacitanceC導體間存在電勢差時，導體和電介質組成的系統(tǒng)存儲電荷的特性。施加電壓voltageapplication電極間施加的電壓。注：施加電壓有時被稱為電化。測量電極measuringelectrodes貼附于材料表面的或者埋入材料內部的導體，與之接觸以測量材料的介電或電阻特性。注：測量電極的設計取決于試樣和試驗目的?；驹黼娙軨是導體和電介質排列的特性，當導體之間存在電位差時，電容C允許電荷存儲。C是電荷量q與電位差U的比值。電容值始終為正，用公式（1）表示。 ??=??················································································(1)??式中：C——電容，單位為法拉（F）；q——電荷量，單位為庫侖（C）；U——電位差，單位為伏特（V）。測量的絕緣材料的介電常數ε是其相對介電常數εr和真空介電常數ε0的乘積，可由公式(2)表示： ??=×············································································(2)（F/m）ε0（2） =8.854187817×10?12····························································(3)相對介電常數是絕對介電常數和真空介電常數ε0的比值。（4）

=????···············································································(4)??0在標準大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對介電常數εr等于1.00053。因此在實踐中，空氣中電極結構的電容Ca通?？梢源鍯0來確定相對介電常數εr，具有足夠的精度。在穩(wěn)定正弦電場下，相對復介電常數是以復數表示的介電常數，如公式(5)所示： ????=????′???????′′=|????|×???????·····························································(5)?其中????′和????′′為實數。注2：復介電常數????通常以????′和????′′，或εr和tanδ的形式使用。?注3：????′′又稱損耗指數。介質損耗因數tanδ（損耗角正切值）是復介電常數虛部與實部的比值。說明：U——施加的電壓；I——產生的電流；I0——產生的電流的虛部；Iw——產生的電流的實部；φ——施加電壓與產生電流的相位差；δ——介質損耗角，φ角的余角。圖1介質損耗因數介質損耗因數tanδ（損耗角正切值）是復介電常數虛部與實部的比值，如公式(6): tan??=????′′ (6)????′）tanδ是弧度φδ（）比較（2）（7）（8）和公式（9）。 ????????=

×

= 1

·····························································(7) = 1 ···········································································(8)???? 1+??????2?? ????=1+ 1 ·········································································(9)???? ??????2??注4：RS和RP特性的影響。說明：RS——串聯電路中的電阻器；CS——串聯電路中的理想電容器；Rp——并聯電路中的電阻器；Cp——并聯電路中的理想電容器。圖2等效電路圖說明：端子；b——端子；Cp——接有試樣PRp——接有試樣P的等效并聯電路的電阻；Zp——接有試樣P的等效并聯電路的阻抗；Rlead——剩余電阻；剩余電感；Zlead——由剩余電阻Rlead和從設備到測試裝置的引線上存在的剩余電感Llead而產生的阻抗；Clead——包含在Zlead中的的雜散電容；Cedge——電極邊緣電容；Rleak——試樣和電極裝置上的泄漏電阻；Zedge——由于電極邊緣電容Cedge與試樣和電極裝置上的泄漏電阻Redge而產生的阻抗。圖3帶有試樣和引線設備的等效并聯電路測量介電常數和介電損耗因數應考慮測量電路的電氣特性以及材料的特定電氣性能。進行試驗時，大多數情況下會使用高壓，應注意防止觸電。本文件不描述測試儀器和方法的基本原理，相關資料參見IEC6263-2-1[2]。高頻測量的特殊因素圖3顯示了一個等效并聯電路，包括一個帶有試樣的電極系統(tǒng)和端子a和b的接線引線。CpCp100kHz100MHzCp100kHz1000倍Zedge阻抗ZedgeRleak如IEC62631-2-1100kHz注1：由于電容器的阻抗與頻率成反比，所以在高頻下電容器基本起到導線的作用。注2：雜散電容是與試樣電容并聯存在的附加電容。雜散電容也存在于接地和連接設備端子與電極的引線之間。注3：（例如通過蒸發(fā)及一個儀器端子和電極之間連接的引線上產生的阻抗。電源2電源應提供穩(wěn)定的正弦電壓。在測量期間，電壓源的電壓值波動應不超過±5%。電壓波形應近似于正弦波，其正負峰值的幅度差小于2%。2正弦形狀(峰值與RMS比值等于

)的偏差應在±5%范圍內。首選電壓為0.1V、0.5V、10V、100V、500V、1000V和2000V。注1：在工作電場強度下進行試驗，可能使用更高的電壓值。注2：當電壓超過特定起始電壓時，局部放電可能會影響測量。在空氣中，電壓低于340V設備精度測量設備宜能夠測量與預期材料特性一致的未知介電常數和介質損耗因數，且測量系統(tǒng)的精度應記錄在報告中。注：用戶可根據測量結果需要選擇測量系統(tǒng)精度。概述如4.2所述，圖3中阻抗Zlead和Zedge的在高于1MHz的頻率范圍內顯著影響測量數據的準確性。為避免精度顯著降低，宜考慮以下建議：——小的平坦表面且相當厚的圓盤型試樣（見4.6.2）；——測量電路的剩余阻抗??；——兩端電極系統(tǒng)剩余阻抗小；——使用高可靠性的電導和電容作為基準。圖3中的阻抗ZPZP（IEC圖3CedgeCpRleakRleak宜采用補償方法消除雜散電容和剩余阻抗，且要求使用高度可靠的電導和電容作為基準。如）mmmm（IEC62631-2-1:2018A）帶有屏蔽環(huán)的平行電極是一種有效的電極裝置，可在高頻范圍內減小測量中的邊緣效應，參見附錄B所述。保護如IEC62631-2-13Clead（a和標引序號說明：1——阻抗測量設備；2——電極和試樣。說明：a——端子；b——端子；Rlead——剩余電阻；Llead——剩余電感；Zlead——由剩余電阻Rlead和從設備到測試裝置的引線存在的剩余電感Llead而產生的阻抗；Clead——包含在Zlead中的的雜散電容；Zx——試樣的等效阻抗。圖4兩電極系統(tǒng)中存在的剩余阻抗和雜散電容用于高頻范圍的測量方法可分為如下三種：——電橋法（平衡法）；——共振法；——I-V法。共振法適用于10kHz至幾百MHz，基于在諧振電路中感應一個已知的小電壓時，測量諧振電路中的電壓。當與非接觸電極法結合使用時，該方法可適用于高達300MHz頻率。當使用保護電極時，這些方法不能輕易調整。IEC62631-2-1:2018的和分別介紹了電橋法和阻抗分析儀法。在高于10MHz的頻率下進行測量使用的儀器如表1所示。有必要使用兩電極系統(tǒng)。附錄C中介紹了這些設備。表1使用儀器的頻率范圍儀器測量方法頻率范圍并聯T網絡電橋法1MHz至150MHz諧振電路共振法10kHz至300MHz阻抗分析儀I-V法20Hz至300MHza自動平衡電橋電橋法20Hz至120MHza用于高頻測量的專門設計參見附錄C.3。校準應使用準確已知的標準負載校準設備。試樣概述測量材料的介電常數和介質損耗因數，建議使用片狀試樣。300.3mm到5.0參見IEC62631-2-1:2018A）當試樣直徑比電極直徑大兩倍或更多時，帶屏蔽環(huán)的兩電極不需要邊緣效應校正。附錄B中介紹了屏蔽環(huán)。D應根據相關產品標準確定待測試樣數量，如無此類數據，試樣數量應至少為三個。IECB），在23和50特定材料的程序概述試驗程序有關的試品制備的一般建議參照IEC62631-2-1：2018的5.1。測量Cx和C0后，可使用公式（10）計算相對介電常數εr。

=????·············································································(10)??0式中：Cx——試樣的電容，其中兩個電極之間的空間完全且完全填充有相關絕緣材料；C0——真空中相同結構電極的電容。tanδ通過測量值使用公式（11）計算介質損耗因數tanδ。 tan??= 1??????×????

·······································································(11)報告報告應包括如下內容：——試樣的名稱、標識、材料規(guī)格、顏色、來源和制造商代碼；——試樣和測試單元的形狀和尺寸；——試樣溫度和環(huán)境相對濕度；——試樣的固化條件和任何預處理；——試驗次數和描述程序；——試驗方法和使用的測量電路；——試驗設備的精度和制造商的儀器標識；——試驗的時間和地點；——環(huán)境溫度、相對濕度和氣壓；——————電極布置方式和試樣使用的電極類型；——機械電極壓力（Pa）(如適用)；——試樣數量；——試驗時間和日期；——介質損耗因數和介電常數的每個值和平均值；——其他任何重要信息；——并聯電容值、相對介電常數和帶有估計精度的介質損耗因數，試樣有效面積的誤差修正以及由該值計算得到的損耗指數和損失角。如果對一個試樣進行多次試驗，則應給出與溫度和頻率有關的平均值。并非所有情況下都是必要的，甚至不適用。總體上，高頻范圍測量的重復性和再現性低于低頻范圍內的測量值。附錄A（）如所述，使用兩電極系統(tǒng)時，測量值中涉及剩余阻抗和雜散電容（見圖A.1A）。A.1P1P2ZR值相ZR（K：open）（Zx）（A.1） =????(??:????????)?????(??:??????????) (A.1)串聯電路補方法中的阻抗測量設備僅用于獲得P1和P2之間的阻抗，因此，獲得的阻抗Zx不包括引線的剩余阻抗。該方法適用于幾百MHz的頻率。注：元件每個元件的電流與補償后的電流也不相同。a）電系統(tǒng) b）聯償路統(tǒng)標引序號說明：1——兩電極系統(tǒng)的阻抗測量設備；2——兩電極系統(tǒng)的電極和試樣；3——串聯補償電路系統(tǒng)的阻抗測量設備；4——串聯補償電路系統(tǒng)的電極和試樣。說明：a——端子；b——端子；P1——端子；P2——端子；ZR——基準阻抗；Zx——試樣阻抗；K——開關。圖A.1串聯電路補償方法附錄B（資料性）帶屏蔽環(huán)的平行電極圖B.1（B）（A）位于在0.5mm30mm1/20。500kHz至200MHz標引序號說明：1——接地屏蔽環(huán)；2——千分尺；3——高壓電極；4——接地屏蔽環(huán)5——接地電極。圖B.1帶屏蔽環(huán)的并聯電極裝置該方法的詳細資料可查閱參考文獻[3]、[4]和[5]。附錄C（資料性）儀器T并聯T網絡是一種橋接電路，其中從振蕩器通過兩個T網絡流向檢測器的電流在檢測器輸入端相等探測器說明：C1、C2和C3——電容器；R1、R2和R3——電阻。圖C.1并聯T網絡的主電路圖探測器說明：CA、CB、CN和CH——電容器；L——電感器；RF，RT——電阻；X，Y——端子。圖C.2并聯T網絡的實際電路圖圖C.1顯示了僅使用電阻器和電容器的最簡單的并聯T電路。更常用于電介質測量的電路原則上如圖C.2所示，其平衡條件為（端子X、X開路）： 1+1+1= 1

·····························································(C.1)??2??A??NL ??(1+??H)= 1

·····························································(C.2)T

??2??A??N??FXCVL和RFXYCVCH當試樣的電容降低到ΔCV時，試樣的電導如公式（C.3）： ??=??2??A??N??T×

································································(C.3)H試樣的介質損耗因數tanδ如公式（C.4）： tan??=????A??N??T×(C.4)式中：ΔCH——CH的增加值。T50kHz150MHz（共振法共振法適用于在10kHz至幾百MHz的頻率，基于在諧振電路中感應一個已知的小電壓時，測量諧振電路中的電壓。圖C.3顯示了電路的常見形式，其中諧振電路通過公共電阻Ro與振蕩器耦合。其他耦合方法也同樣可以接受。U1當連接試樣并重新調整電路時，總電容幾乎保持不變，前提是RLG?1（見圖C.3）。因此，試樣的電容約為ΔC，即可變電容器的電容變化。試樣的介質損耗因數如公式（C.5）所示：( ????????≈×1?1) (C.5)(式中：

???

??0C1——帶有電壓表的電路中的總電容和電感器的自電容；Q1——接入試樣時Q的值；Q0——不接入試樣時Q的值。RLG?當與非接觸電極法配合使用時，該方法適用于高達300MHz的頻率。說明：RV——可調電阻器；RL，R0，R——電阻（R=1/G）；L——電感；C——電容；V——電壓表；I——電流。圖C.3諧振法原理和電路圖I-V圖Zlead）若一個阻抗的匹配技術是測量電路應用了特性阻抗為50Ω的同軸電纜，則頻率范圍可以擴展到高于300MHz的值。為了擴大頻率范圍，還需要仔細布置測量電路和帶有試樣的電極系統(tǒng)之間的連接。該儀器市場有售，且制造商提供了該方法的說明書