(高清版)GBT 31838.6-2021 固體絕緣材料 介電和電阻特性 第6部分：介電特性(AC方法) 相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)(頻率0.1Hz~10MHz)

GB/T31838.6—2021/IECTechnicalfrequencies(0.1Hz～10國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì) I 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 25試驗(yàn)程序 9 7重復(fù)性和再現(xiàn)性 I——GB/T10580—2015固體絕緣材料在試驗(yàn)前和試驗(yàn)時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)條件(IEC60212:2010,Ⅱ -—第3部分：電阻特性(DC方法)表面電阻和表面電阻率。提出測(cè)定固體絕緣材料表面電阻——第5部分：電阻特性(DC方法)浸漬1GB/T31838.6—2021/IEC62631-2-1:2018本文件描述了0.1Hz～100MHz頻率范圍內(nèi)測(cè)定固體絕緣材料介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)特性的下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不IEC60212固體絕緣材料在試驗(yàn)前和試驗(yàn)時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)條件(StandardconditionsforusepriortoandduringthetestingofsolidelecISO4593塑料薄膜和薄板機(jī)械掃描測(cè)定厚度(Plastics—Filmandsheeting—Determinationofthicknessbymechanicalscanning)2損耗角正切值losstangentC施加電壓voltageapplication電極間施加的電壓。測(cè)量電極measuringelectrodes貼附于材料表面的或者埋入材料內(nèi)部的導(dǎo)體，與之接觸以測(cè)量材料的介電或電阻特性。4.1通用原理 (1) (2)在實(shí)際工程中，通常用相對(duì)介電常數(shù)表示介電常數(shù)。絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)ε,是電容性試樣 (3)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，不含二氧化碳的干燥空氣的相對(duì)介電常數(shù)e,等于1.00053。因此在實(shí)踐中，空氣中電極結(jié)構(gòu)的電容C.通?？纱鍯。來確定相對(duì)介電常數(shù)e,具有足3GB/T31838.6—2021/IEC62631-2-其中ε'和ε"為實(shí)數(shù)。注1:復(fù)介電常數(shù)e,通常以e,'和e,”,或e,和tan?的形式引用。如果er'>e,”,則e,≈e!',稱為相對(duì)介電常數(shù)。U——施加的電壓；I——產(chǎn)生的電流；圖1介質(zhì)損耗因數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)tanò(損耗角正切值)是復(fù)介電常數(shù)虛部與實(shí)部的比值，如公式(5)所示： (5)Cs——串聯(lián)電路中的理想電容器；因此，當(dāng)固體絕緣材料專門用作電容性試樣(電容器)時(shí)，絕緣材料的介質(zhì)損耗因數(shù)tano是π/2弧4度減去施加電壓與產(chǎn)生電流的相位差φ所得角δ(介質(zhì)損耗角)的正切值(與圖1比較)。介質(zhì)損耗因數(shù)也可用等效電路圖表示，圖中使用理想電容器串聯(lián)或并聯(lián)電阻(見圖2)。此時(shí)，有公式(6)、公式(7)和公式(8)。 (6) (7) (8)電容C是導(dǎo)體和電介質(zhì)排列的特性，當(dāng)導(dǎo)體之間存在電勢(shì)差時(shí)，則允許存儲(chǔ)電荷。C是電荷量q與電位差U之比，按公式(9)計(jì)算。電容值總是正值。當(dāng)電荷以庫(kù)侖表示并且電勢(shì) (9)這種通用方法描述一般測(cè)量的常見值。如果在本文件中描述了特定類型材料的方法，則應(yīng)使用特定的方法。測(cè)量介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，并考慮測(cè)量電路的電性能以及材料的特定電性能。本文件不描述測(cè)試儀器和方法的基本原理，相關(guān)資料見參考文獻(xiàn)。4.2電壓源電壓源應(yīng)提供穩(wěn)定的正弦電壓。在測(cè)量期間，電壓源的電壓值波動(dòng)應(yīng)不超過±5%。電壓波形應(yīng)近似于正弦波，其正負(fù)峰值的幅度差小于2%。正弦形狀(峰值與r.m.s比值等于√2)的偏差應(yīng)在±5%范圍內(nèi)。為了在工作電場(chǎng)強(qiáng)度下進(jìn)行試驗(yàn)，可使用更高的電壓值，并應(yīng)在報(bào)告中記錄相關(guān)的電壓等級(jí)。4.3設(shè)備測(cè)量設(shè)備宜能夠測(cè)量與預(yù)期材料特性一致的未知介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)，且測(cè)量系統(tǒng)的精度應(yīng)記錄在報(bào)告中。4.3.2試驗(yàn)方法選擇測(cè)量介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的方法可分為如下三種：——電橋法；5GB/T31838.6—2021/IEC62631-2-很多商用儀器(阻抗分析儀或LCR測(cè)試儀)可用于測(cè)量。這些儀器將試樣的阻抗確定為測(cè)量的電大多數(shù)儀器允許使用給定頻率的串聯(lián)或并聯(lián)等效電路將阻抗表示為損耗電容(C,tanò或D)。本阻抗分析儀的精度取決于儀器本身的質(zhì)量，流和電壓正弦波的諧波和外部噪聲，例如在時(shí)域或頻域中的快速傅里葉變換(FFT)。根據(jù)從數(shù)字電流為達(dá)到介質(zhì)損耗因數(shù)tano不大于1×10-4精度的測(cè)量結(jié)果，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率宜不小于16位。6GB/T31838.6—表面積A(單位為mm2)等于π/4乘以電極直徑d?與電極間隙g和的平方，見公式(10)。因子B是試樣間隙和厚度與介電常數(shù)之比的函數(shù)。公式(10)是假定相對(duì)介電常數(shù)e,趨近于無窮 (11)特別有用的特性。但在將導(dǎo)電涂料用作電極材料之前，應(yīng)確定涂料中的溶劑不會(huì)影響試樣的電性能。噴鍍金屬電極邊緣在不接觸液體的那一面宜斜切而成銳邊。圖4給出了液體電極示例。室溫下為液態(tài)的合金適合用7GB/T31838.6—2021/IEC62631-2-對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)e,高達(dá)10的管狀試樣，最方便的電極是箔或液態(tài)金屬。對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)e大于10的管狀試樣，應(yīng)使用熔敷金屬電極。對(duì)于陶瓷管，應(yīng)使用燒制電極8GB/T31838.6—2021/IEC62631-2-夠大，以使測(cè)量達(dá)到所要求的精度。厚度的選擇取決于試樣的制備方法以及不同點(diǎn)厚度的可能變化。材料描述見IEC60455和IEC60464系列材料描述見IEC60455系列9試樣的尺寸應(yīng)大于包括保護(hù)電極在內(nèi)的測(cè)試電極的尺寸。4.5.3試樣制備應(yīng)根據(jù)材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定試樣的形狀并進(jìn)行制備。在試樣制備和移動(dòng)過程中，不應(yīng)改變?cè)嚇訝钊绻嚇颖砻媾c電極接觸區(qū)域進(jìn)行了機(jī)加工，則應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中記錄加工類型。試樣應(yīng)具有簡(jiǎn)單的幾何形狀(如具有平行測(cè)量區(qū)域的板、圓筒等)。4.5.4試樣數(shù)量應(yīng)根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)確定試樣的數(shù)量。若沒有可參考的標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)，至少應(yīng)準(zhǔn)備三個(gè)試樣進(jìn)行4.5.5試樣條件處理和預(yù)處理應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣進(jìn)行條件處理和預(yù)處理。若沒有可參考的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)按照IEC60212(標(biāo)準(zhǔn)條件B)的規(guī)定，在23℃、50%相對(duì)濕度條件下，進(jìn)行至少4天的條件處理。4.6特定材料程序特定材料的程序見材料規(guī)范。若存在特殊材料的特定程序，則應(yīng)使用該規(guī)范。報(bào)告中應(yīng)說明包括試樣制備在內(nèi)的試驗(yàn)程序。5試驗(yàn)程序5.1總體要求按照相關(guān)規(guī)范的要求準(zhǔn)備一定數(shù)量的試樣。若無其他規(guī)定，則應(yīng)測(cè)試至少三個(gè)試樣。在放置電極前，宜最少在5個(gè)點(diǎn)測(cè)量試樣厚度。試樣的厚度和電極尺寸的精度應(yīng)為±1%。應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試樣進(jìn)行條件處理和預(yù)處理。若沒有可參考的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)按照IEC23℃、50%相對(duì)濕度條件下，進(jìn)行至少4天的條件處理。5.2介電常數(shù)和相對(duì)介電常數(shù)計(jì)算5.2.1相對(duì)介電常數(shù)當(dāng)試樣的測(cè)量電容為C、時(shí)，根據(jù)公式(12)計(jì)算相對(duì)介電常數(shù)er。其中C?？筛鶕?jù)公式(13)計(jì)算如下：60212(標(biāo)準(zhǔn)條件B)的規(guī)定，在 (12) (13)如有必要，應(yīng)對(duì)試樣對(duì)地的電容、開關(guān)觸點(diǎn)之間的電容、以及等效串聯(lián)和并聯(lián)電容之間的差異進(jìn)行類似的校正。5.2.2介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ應(yīng)根據(jù)所使用測(cè)量裝置給出的方程式，通過測(cè)量值計(jì)算介質(zhì)損耗因數(shù)tan?。(資料性)A.1環(huán)形保護(hù)電極有效面積的誤差以下以d?=25mm、50mm或100mm,w=1mm為例進(jìn)行說明。圖A.2當(dāng)ε,=,面積誤差(e%)隨厚度h變化的關(guān)系圖h/mmh/mma)e%,w=1mm和d?=25mmb)e%,w=1mm和d?=50mmh/mmmm和d?=100圖A.3不同ε,和d,的誤差計(jì)算A.2有效面積邊緣效應(yīng)的校正邊緣效應(yīng)的校正流程，如圖A.4所示。建立幾何模型確定Hf(w/h)h計(jì)算Bf(w/h,H,P)B計(jì)算Af(d,B,w)A計(jì)算Cof(A,h)C 高精度迭代計(jì)算圖A.4有效面積邊緣效應(yīng)修正計(jì)算流程圖A.3確定H并計(jì)算B通過曲線擬合H近似值見公式(A.1)和公式(A.2)。w——電極間隙；圖A.5顯示了系數(shù)H與間隙w和厚度h的關(guān)系。H圖A.5H與間隙w和厚度h的關(guān)系h——試樣厚度；H——已確定的系數(shù)；[1]ISO291Plastics—Standard[2]ISO294-1Plastics—Injectionmouldingoftestspecimensofthermoplasticmaterials—Part1:Generalprinciples,andmou[3]ISO294-3Plastics—Injectionmouldingoftestspecimensofthermoplasticmaterials—Part[4]ISO295Plastics—Compressionmouldingoftestspecimensofthermosettingmaterialsandstripofcorrosionresistingst[7]IEC60050-121:1998Internationalingproceduresandevaluationoft[9]IEC60216-4-1:2006Electric[10]IEC60247Insulatingliquids—Measurementofrelativepermittivity,dieletionfactor(tand)andd.c.resistivi[11]IEC60250:1969Recommendedmethodsforthedeterminationoftlectricdissipationfactorofelectricalinsulati[12]IEC60455(所有部分)Resinbasedreactivecompoundsusedforelectricalinsulation[13]IEC60464(所有部分)Varnishesusedforelectricalins[14]IEC60505Evaluat[15]IEC61212(所有部分)Insulatingmaterials—Industrialrigidroundlaminatedtubesandrodsbasedonthermose[16]IEC62631-1Dielectricandresistiveproperties[17]ScheringH.Bridgeforlossmeasurement(inGerman).T?tiTechnischenReichsanstalt,Braunschweig,Germany,1919.[18]WagnerKW.ZurMessungdielektrischerVerlustemitdersurementofdielectriclosseswiththea.c.bridge).ElektrotechnischeZeitscp.1001.[20]Poleck,H.;Measuringroundedtestobjects(inGerman);ArchivfürTechnischesMessen,921-951,1939[21]SeitzP.,OsvathP.Microcomputercontrolledtlanpaper43.11,1979.[22]KaulG.,PlathR.,KalknerW.Developmentofacomputerizedlossfactormeasurementsys-tem,including0.1Hzand50/60Hz.8thInkohama,Japan,paper56.04,1993.lectrics,ElectricalInsulationLiquids,VolumeIII,pagel[24]HydeP.F.Widefrequen[25]MuhrM.,KnollseisenG.SchwarzR.SumerederC.Comparisonofme[26]PütterM.,Krüger,M.,KochM.,HulkaL.LaboratoryandformerInsulationswithDifferentDissipationFactoham,UK2009,pp.20-26.[27]BartnikasR.EngineeringDielectrics,VolumeIIMaterials:Measuring