電絕緣材料介電常數(shù)試驗儀

符合標(biāo)準(zhǔn)還包括：

GB/T1409-2006；IEC60250；

GB/T1693-2007；
ASTM D150-11；

電絕緣材料介電常數(shù)試驗儀

ASTM D150-11

實心電絕緣材料的交流損耗特性和

電容率（介電常數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法¹

本標(biāo)準(zhǔn)是以固定代號D150發(fā)布的。其后的數(shù)字表示原文本正式通過的年號；在有修訂的情況下，為上一次的修訂年號；圓括號中數(shù)字為上一次重新確認的年號。上標(biāo)符號（ε）表示對上次修改或重新確定的版本有編輯上的修改。
　　　　本標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)批準(zhǔn)用于國防部所有機構(gòu)。
1.范圍
1.1 本試驗方法包含當(dāng)所用標(biāo)準(zhǔn)為集成阻抗時，實心電絕緣材料樣本的相對電容率，耗散因子，損耗指數(shù)，功率因子，相位角和損耗角的測定。列出的頻率范圍從小于1Hz到幾百兆赫茲。

注1：在普遍的用法，“相對"一詞經(jīng)常是指下降值。

1.2 這些試驗方法提供了各種電極，裝置和測量技術(shù)的通用信息。讀者如對某一特定材料相關(guān)的議題感興趣的話，必須查閱ASTM標(biāo)準(zhǔn)或直接適用于被測試材料的其它文件。^2,3

1.3　　本標(biāo)準(zhǔn)并沒有*列舉所有的安全聲明，如果有必要，根據(jù)實際使用情況進行斟酌。使用本規(guī)范前，使用者有責(zé)任制定符合安全和健康要求的條例和規(guī)范，并明確該規(guī)范的使用范圍。特殊危險說明見7.2.6.1和10.2.1。

¹　本規(guī)范歸屬于電學(xué)和電子絕緣材料ASTM D09委員會管轄，并由電學(xué)試驗D09.12附屬委員分會直接管理。

當(dāng)前版本核準(zhǔn)于2011年8月1日。2011年8月發(fā)行。原版本在1922年批準(zhǔn)。前一較新版本于2004年批準(zhǔn)，即為　D150-98R04。DOI：10.1520/D0150-11。

²　R. Bartnikas, 第2章, “交流電損耗和電容率測量," 工程電介質(zhì), Vol. IIB, 實心絕緣材料的電學(xué)性能, 測量技術(shù), R. Bartnikas, Editor, STP 926,ASTM, Philadelphia, 1987.

³　R. Bartnikas, 第1章, “固體電介質(zhì)損耗," 工程電介質(zhì),Vol IIA, 實心絕緣材料的電學(xué)性能: 分子結(jié)構(gòu)和電學(xué)行為, R. Bartnikas and R. M. Eichorn, Editors, STP 783, ASTM, Philadelphia, 1983.

2.引用文件
2.1 ASTM標(biāo)準(zhǔn)：⁴

D374 　　　　固體電絕緣材料厚度的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

D618 　　　　試驗用塑料調(diào)節(jié)規(guī)程

D1082 　　　云母耗散因子和電容率（介電常數(shù)）試驗方法

D1531 　　　用液體位移法測定相對電容率（介電常數(shù)）與耗散因子的試驗方法

D1711 　　　電絕緣相關(guān)術(shù)語

D5032 　　　用飽和甘油溶液方式維持恒定相對濕度的規(guī)程

E104 　　　　用水溶液保持相對恒定濕度的標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程

E197 　　　　室溫之上和之下試驗用罩殼和服役元件規(guī)程（1981年取消）⁵

3.術(shù)語

3.1 定義：

3.1.1 這些試驗方法所用術(shù)語定義以及電絕緣材料相關(guān)術(shù)語定義見術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)D1711。

3.2 本標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語定義：

3.2.1 電容，C，名詞——當(dāng)導(dǎo)體之間存在電勢差時，導(dǎo)體和電介質(zhì)系統(tǒng)允許儲存電分離電荷的性能。

3.2.1.1 討論——電容是指電流電量 q與電位差V之間的比值。電容值總是正值。當(dāng)電量采用庫倫為單位，電位采用伏特為單位時，電容單位為法拉，即：

C=q/V 　　　　　　　　　?。?）

3.2.2 耗散因子（D），（損耗角正切），（tanδ），名詞——是指損耗指數(shù)（K''）與相對電容率（K'）之間的比值，它還等于其損耗角（δ）的正切值或者其相位角（θ）的余切值（見圖1和圖2）。

D=K''/K' 　　　　(2)

⁴　相關(guān)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，可瀏覽ASTM網(wǎng)站或與ASTM客服聯(lián)系。ASTM標(biāo)準(zhǔn)手冊卷次信息，可參見ASTM網(wǎng)站標(biāo)準(zhǔn)文件匯總。

⁵　該歷史標(biāo)準(zhǔn)的較后批準(zhǔn)版本參考網(wǎng)站

3.2.2.1 討論——a：

D=tanδ=cotθ=X_p/R_p=G/ωC_p=1/ωC_pR_p　　　　　　　　(3)

式中：

G=等效交流電導(dǎo)，

X_p=并聯(lián)電抗，

R_p=等效交流并聯(lián)電阻，

C_p=并聯(lián)電容，

ω=2πf（假設(shè)為正弦波形狀）

耗散因子的倒數(shù)為品質(zhì)因子Q，有時成為儲能因子。對于串聯(lián)和并聯(lián)模型，電容器耗散因子D都是相同的，按如下表示為：

D=ωR_sC_s=1/ωR_pC_p　　　　　　　　(4)

串聯(lián)和并聯(lián)部分之間的關(guān)系滿足以下要求：

C_p=C_s/(1 D²) 　　　　　　　　　　　　(5)

R_p/R_s=(1 D²)/D²=1 (1/D²)=1 Q²　　　　　　　　　　　　　(6)

3.2.3 損耗角（缺相角），（δ），名詞——該角度的正切值為耗散因子或反正切值K''/K'或者其余切值為相位角。

3.2.3.1 討論——相位角和損耗角的關(guān)系見圖1和圖2所示。損耗角有時成為缺相角。

3.2.4 損耗指數(shù)，K''（ε''），名詞——相對復(fù)數(shù)電容率虛數(shù)部分的大?。黄涞扔谙鄬﹄娙萋屎秃纳⒁蜃拥某朔e。

3.2.4.1 討論——a——它可以表示為：

K''=K' D=功率損耗/（E²×f×體積×常數(shù)） 　　　(7)

　　　　　當(dāng)功率損耗采用瓦特為單位，施加電壓采用伏特/厘米為單位，頻率采用赫茲為單位，體積（是指施加了電壓的體積）采用立方厘米為單位，此時的常數(shù)值為5.556×10^-13。

3.2.4.2 討論——b——損耗指數(shù)是上協(xié)定使用的術(shù)語。在美國，K''以前成為損耗因子。

3.2.5 相位角，θ，名詞——該角度的余切值為耗散因子，反余切值K''/K'，同時也是施加到某一電介質(zhì)的正弦交流電壓與其形成的具有相同頻率的電流分量之間的相位角度差值。

3.2.5.1 討論——相位角和損耗角之間的關(guān)系見圖1和圖2所示。損耗角有時也

稱為缺相角。

3.2.6 功率因子，PF，名詞——某一材料消耗的功率W（單位為瓦特）與有效正弦電壓V和電流I之間乘積（單位為伏特-安）的比值。

3.2.6.1 討論——功率因子可以采用相位角θ的余弦值（或損耗角的正弦值δ）來表示：

　　　　　　（8）

　　　　當(dāng)耗散因子小于0.1時，功率因子與耗散因子之間的差值小于0.5%?？蓮南率秸业剿鼈兊臏?zhǔn)確關(guān)系：

　　　　　?。?）

3.2.7 相對電容率（相對介電常數(shù)）（SIC）K'（ε_r），名詞——相對復(fù)數(shù)電容率的實數(shù)部分。它也是采用某一材料作為電介質(zhì)的某一給定形狀電極等效并聯(lián)電容C_p與采用真空（或空氣，適用于多數(shù)實際用途）作為電介質(zhì)的相同形狀電極電容C_v之間的比值。

K'=Cp/C_v　　　　　　　　　　　（10）

3.2.7.1討論——a——在普遍的用法，“相對"一詞經(jīng)常是指下降值。

3.2.7.2 討論——b——從經(jīng)驗來看，真空在各處必須采用材料來替代，因為其能顯著改變電容。電介質(zhì)等效電路假設(shè)包含一個電容C_p，該電容與電導(dǎo)并聯(lián)。

3.2.7.3 討論——c——C_x視為圖3所示的等效并聯(lián)電容C_p。

3.2.7.4 討論——d——當(dāng)耗散因子為0.1時，串聯(lián)電容大于并聯(lián)電容，但是兩者差值小于1%，而當(dāng)耗散因子為0.03時，兩者差值小于0.1%。如果測量電路獲得串聯(lián)部分的結(jié)果，在計算修正值和電容率之前，并聯(lián)電容必須由公式5計算得出。

3.2.7.5 討論——e——干燥空氣在23℃和101.3kPa標(biāo)準(zhǔn)壓力下的電容率為1.000536（1）。⁶其從整體的背離值K'-1與溫度成反比，同時直接與大氣壓力成正比。當(dāng)空間在23℃下達到水蒸氣飽和時，電容率增加至為0.00025（2,3），同時隨著溫度（單位為℃）從10到27℃近似發(fā)生線性變化。對于局部飽和，增加值與相對濕度成正比。

4.試驗方法摘要

4.1 電容和交流電阻測量在一個樣本上進行。相對電容率等于樣本電容除以（具有相同電極形狀）真空電容計算值，同時很大程度上取決于誤差源分辨率。耗散因子通常與樣本幾何形狀無關(guān)，同時也可以依據(jù)測量值計算得出。

4.2 本方法提供了（1）電極，裝置和測量方法選擇指南；和（2）如何避免或修正電容誤差的指導(dǎo)。

4.2.1 一般的測量考慮：

邊緣現(xiàn)象和雜散電容 　　　受保護電極

樣本幾何形狀 　　　　　　　　　真空電容計算

邊緣，接地和間隙修正

4.2.2 電極系統(tǒng)—接觸式電極

電極材料 　　　　　　　　　　　　　金屬箔片

導(dǎo)電涂料 　　　　　　　　　　　　　燒銀

噴鍍金屬 　　　　　　　　　　　　　蒸發(fā)金屬

液態(tài)金屬 　　　　　　　　　　　　　剛性金屬

水

4.2.3 電極系統(tǒng)—非接觸式電極

固定電極 　　　　　　　　　　　　　測微計電極

液體置換法

⁶ 括號里的粗體字參閱這些試驗方法附屬的參考文獻清單。

4.2.4 電容和交流損耗測量裝置和方法選擇

頻率 　　　　　　　　　　　　　　　　　直接和替代方法

兩終端測量 　　　　　　　　　　　三終端測量

液體置換法 　　　　　　　　　　　精度考慮

5.意義和用途

5.1 電容率——絕緣材料通常以兩種不同方式來使用，即（1）用于固定電學(xué)網(wǎng)絡(luò)部件，同時讓其彼此以及與地面絕緣；（2）用于起到某一電容器的電介質(zhì)作用。在靠前種應(yīng)用中，通常要求固定的電容盡可能小，同時具有可接受且一致的機械，化學(xué)和耐熱性能。因此要求電容率具有一個低值。在第二種應(yīng)用中，要求電容率具有一個高值，以使得電容器能夠在外型上能盡可能小。有時使用電容率的中間值來評估在導(dǎo)體邊緣或末端的應(yīng)力，以將交流電暈降至較小。影響電容率的因子討論見附錄X3。

5.2 交流損耗——對于這兩種場合（作為電學(xué)絕緣材料和作為電容器電介質(zhì)），交流損耗通常必須是比較小的，以減小材料的加熱，同時將其對網(wǎng)絡(luò)剩余部分的影響降至較小。在高頻率應(yīng)用場合，特別要求損耗指數(shù)具有一個低值，因為對于某一給定的損耗指數(shù)，電介質(zhì)損耗直接隨著頻率而增大。在某些電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中，例如試驗用終止襯套和電纜所用的電介質(zhì)，通常電導(dǎo)增加可獲得損耗增大，這有時引入其來控制電壓梯度。在比較具有近似相同電容率的材料時或者在材料電容率基本保持恒定的條件下使用任何材料時，這可能有助于考慮耗散因子，功率因子，相位角或損耗角。影響交流損耗的因子討論見附錄X3。

5.4 相關(guān)性——當(dāng)獲得適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)性數(shù)據(jù)時，耗散因子或功率因子有助于顯示某一材料在其它方面的特征，例如電介質(zhì)擊穿，濕分含量，固化程度和任何原因?qū)е碌钠茐?。然而，由于熱老化?dǎo)致的破壞將不會影響耗散因子，除非材料隨后暴露在濕分中。當(dāng)耗散因子的初始值非常重要的，耗散因子隨著老化發(fā)生的變化通常是及其顯著的。