QS37高壓電橋/工頻介電常數(shù)介質(zhì)損耗測試儀

QS37型高壓電容電橋

使用說明書

北京中航鼎力儀器設(shè)備有限公司

1.概  述                                                            

   QS37型高壓電橋主要用于測量高壓工業(yè)絕緣材料的介質(zhì)損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經(jīng)典線路。主要可以測量電容器，互感器，變壓器，各種電工油及各種固體絕緣材料在工頻高壓下的介質(zhì)損耗( tgd)和電容量( Cx)以，其測量線路采用“正接法”即測量對地絕緣的試品。本電橋特別適應(yīng)測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgd）及介電常數(shù)（ε）。

2.技術(shù)指標(biāo)

2.1  測量范圍及誤差

2.2  電橋測量靈敏度

    電橋在使用過程中，靈敏度直接影響電橋平衡的分辨程度，為保證測量準(zhǔn)確度，

希望電橋靈敏度達(dá)到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓、標(biāo)準(zhǔn)電容量

成正比。

    在下面的計算公式中，用戶可根據(jù)實(shí)際使用情況估算出電橋靈敏度水平，在這

個水平上的電容與介質(zhì)損耗因數(shù)的微小變化都能夠反應(yīng)出來。

          DC/C或Dtgd=Ig/U_wCn(1+Rg/R₄+Cn/Cx)   

         式中：Ｕ為測量電壓                     伏特（Ｖ）

ω為角頻率 2pf=314(50Hz)                            

          Ｃｎ標(biāo)準(zhǔn)電容器容量                    皮法（pＦ）

          Ｉｇ通用指另儀的電流5×10^-10           安培（Ａ）

          Ｒｇ平衡指另儀內(nèi)阻約1500              歐姆（W）

          Ｒ₄橋臂R₄電阻值3183                  歐姆（W）

          Ｃｘ被測試品電容值                    皮法（ｐF）

2.3 工作電壓說明

    本電橋原理上雖然不受實(shí)驗電壓的限制，但在實(shí)際使用中，高電壓往往受副橋防護(hù)電壓和橋臂功率以及標(biāo)準(zhǔn)電容的工作電壓的限制，電壓又要受到測量靈敏度的限制。在使用中，本電橋橋頂A，B對V點(diǎn)的電壓高不超過11V（見圖2）R3橋臂各盤的電流不超過下列規(guī)定：

          10X1kW            Imax£15mA

          10X100W           Imax£120mA

          10X10W            Imax£150mA

用戶在使用前應(yīng)注意以上的問題。如不清楚，可根據(jù)實(shí)驗電壓及標(biāo)準(zhǔn)電容量，按以下公式來計算出大概的工作電流。I=ωV C

2.4 電容量及介損顯示精度：

    電容量： ±0.5%  Cx±3pF  

    介  損： ±0.5％tgd±1×10^-4

2.5 輔橋的技術(shù)特性：

    工作電壓±12V，50Hz

    輸入阻抗>10¹²　W

    輸出阻抗>0.6 W

    放大倍數(shù)>0.99

    不失真跟蹤電壓  0～12V（有效值）

2.6 指另裝置的技術(shù)特性：

    工作電壓±12V

    在50Hz時電壓靈敏度不低于1×10^-6V／格， 電流靈敏度不低于2X10^-9A／格

    二次諧波  減不小于25db

三次諧波  減不小于50db

3.1電橋外形圖

3.2電橋結(jié)構(gòu)介紹

QS37型高壓電橋外形見圖（１）所示。橋體部分為提高抗外部電磁場的干擾，結(jié)構(gòu)上采用雙屏蔽，主體由Ｃｘ，Ｃｎ，Ｒ_３，Ｒ_４及Ｃ_４組成。QS37型高壓電橋由Ｒ_３，Ｒ_４和Ｃ４兩橋臂組成半橋，另外半橋由Ｃｘ，Ｃｎ兩橋臂通過雙屏蔽電纜線與Ｒ_３，Ｒ_４和Ｃ_４連接，組成完整的西林電橋。電橋通過在頂橋A、B之間產(chǎn)生的不平衡電壓，并在指另儀的μA表上觀察電橋平衡情況。為了消除寄生參數(shù)，提高測量精度，本電橋采用等電位方法來消除寄生參數(shù)對主橋影響。這一部分輔與指另儀在本電橋中，已和主橋體有機(jī)的結(jié)合為一體。

3.3 特點(diǎn)

①輔橋自動平衡，簡化操作過程。

②橋體具有雙層屏蔽，抗干擾能力強(qiáng)。

③電橋所用轉(zhuǎn)換開關(guān)，均采用輕壓力開關(guān)，具有分檔清淅、手感好、接觸性

能良好、摩擦小、使用壽命長、全封閉不用清洗等優(yōu)點(diǎn)。

④電橋采用的一切外部插頭，插座，均能與國外高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器通用。

⑤為使電橋在實(shí)際使用中處于安全工作狀態(tài)在橋頂Ａ，Ｂ與地之間各有一個

放電管，起輝電壓為交流６０Ｖ左右。

3.4橋體的組成

    電橋各臂的組成

    臂：由被測對象Ｃｘ組成Ｚ₁。

    第二臂：由高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器Ｃｎ組成Ｚ₂。

    第三臂：由十進(jìn)電阻器１０×（１０００＋１００＋１０＋１＋０．１）歐姆

和滑線電阻（０－0.13）歐姆組成Ｚ₃。

    第四臂：由十進(jìn)電容臂１０×（０.１＋０.０１＋０．００１＋０．０００１）

Ｕ_Ｆ和可變電容器１００ｐＦ組成Ｃ_４再與電組Ｒ_４并聯(lián)組成Ｚ_４。

4.電橋工作原理

QS37型高壓電橋采用典型的西林電橋線路。結(jié)構(gòu)采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數(shù)對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動電位跟蹤器與內(nèi)層屏蔽（Ｓ）組成。自動電位跟蹤器由電子元器件組成。它在橋頂Ｂ處取一輸入電壓，通過放大后，在內(nèi)屏蔽（Ｓ）產(chǎn)生一個與Ｂ電位相等的電壓。當(dāng)電橋平衡時，Ａ，Ｂ，Ｓ三點(diǎn)電位必然相等，從而達(dá)到自動跟蹤的目的,見圖2。本電橋在平衡過程中，輔橋采用自動電位跟蹤，在主橋平衡過程的同時，輔橋也自動跟蹤始終處于平衡的狀態(tài)，用戶只要對主橋平衡進(jìn)行操作就能得到可靠的所需數(shù)據(jù)。同時也有效地抑制了電壓波動對平所帶來的影響。在指另部分，采用了指針式電表指示，視覺直觀，分辨清楚，克服了以往振動式檢流計的缺點(diǎn)。

4.1 測試原理及公式推導(dǎo)：

    本裝置所得測試結(jié)果，是基于電橋處于平衡的基礎(chǔ)上得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)電橋處于來平衡狀態(tài)時（橋頂Ａ，Ｂ處于電位不相等）指另儀上就有電流指示。其表達(dá)式為：Ｉg=Ｕ

式中： Ｕ為施加在橋體上的測量電壓

       Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃,Ｚ₄分別為橋體四個橋臂的組抗。

       Ｚｇ為指另儀的輸入阻抗。

要使電橋平衡（Ｉｇ）就必使表達(dá)式中的Ｚ₂Ｚ₃－Ｚ₁Ｚ₄=０，而以上阻抗又可通過換算，后得出以下結(jié)論：

       Ｃｘ＝Ｒ_４×Ｃｎ／Ｒ_３

       tgd = ω· Ｒ_４· Ｃ_４

為方便用戶讀數(shù)實(shí)際電橋中tgd的數(shù)據(jù)為直讀

在10K/π為C4直讀、1K/π為C4乘以0.1

我們采取相對固定Ｒ_４電阻，分別調(diào)節(jié)Ｒ_３和Ｃ_４使橋路平衡，從而測得試品

的電容值Ｃｘ和介質(zhì)損耗ｔｇ。本電橋為了直讀出損耗值，取電阻Ｒ_４的阻值為角

頻率（ｆ＝５０Ｈｚ）若干倍。

4.2 公式說明

a．頻率對介質(zhì)損耗正公式：

        本電橋額定的工作頻率ｆ＝５０Ｈｚ，在實(shí)際工作頻率偏離額定頻率時可

用修正式進(jìn)行修正：

        ｔｇ＝ｆ'·tgd／f

   式中:ｆ為額定工作頻率（ｆ＝５０Ｈｚ）

        ｆ'為實(shí)際工作頻率

        tgd  為電橋測得損耗值

        tgd  為被測試品介質(zhì)耗角正切的實(shí)際值 

b．電容值Ｃｘ的測量

             Ｃｘ＝Ｒ_４Ｃｎ／（Ｒ_３＋Ｒ_０）

                    Ｃｘ  被測電容值

              Ｒ_４，Ｃｎ  為電橋固有值  

                    Ｒ_３  為橋讀數(shù)值  

              Ｒ_０為Ｒ_３橋臂上零電阻  

上式中可知Ｒ_３電阻越大，Ｒ_０對測量誤差影響越小。

C.將平整干凈的試樣放入上、下電之間，試樣應(yīng)覆蓋整個測量電表面，在高壓電橋上測量并記錄此時的電容C_X和損耗角tgδ，此時tgδ為直讀值。ε_r以下式計算：

ε_r=C_X*h/(0.08854*A)

式中:

C_X---實(shí)測電容值(pF)

h----試樣總厚度(cm)

A(電有效面積)-----π(d+0.2) ²/4(cm) ²

5.裝置的成套性

①ＱＳ37型高壓電橋                                      1套

②FY108型電位自動跟蹤器                                 1臺

③AZ21b型指零儀                                         1臺

④雙屏蔽測量電纜                                         2根

⑤轉(zhuǎn)換接線盒                                             1只

⑥電源線                                                 1根

⑦使用說明書                                             1份

6.安全操作規(guī)程

①本儀器必須由專人負(fù)責(zé)保管，使用，非專職操作者應(yīng)在使用前了解和熟悉

本說明書，以免造成不必要的損失和事故。

②每次使用前應(yīng)仔細(xì)檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

③接通電源前應(yīng)將靈敏度開關(guān)調(diào)到位置。

④測量試品前應(yīng)先對試品進(jìn)行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現(xiàn)象出現(xiàn)，然后才能進(jìn)行測試（若試品已做過高壓試驗，該項可不必每次測量都做）。

⑤對試品施加高壓時緩慢升高，不可以加突變電壓。

⑥測試時操作人員必須集中思想，工作前做好一切準(zhǔn)備工作，測試地點(diǎn)周圍

應(yīng)有明顯的標(biāo)記或金屬屏蔽圍成高壓危險區(qū)，以防止非操作人員闖入。

⑦在測量過程中，如有放電管發(fā)光時，則必須及時切斷電源，仔細(xì)檢查接線

及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進(jìn)行高壓測量工作。

7.操作方法

7.1測試前的準(zhǔn)備工作

①按圖（3）所示，連接標(biāo)準(zhǔn)電容Ｃｎ與被測電容Ｃｘ，并且將標(biāo)準(zhǔn)電容與被測電容盡可能遠(yuǎn)離，以防止互相之間干擾。如選用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電容器，只需連接被測試品即可。

②檢查周圍是否有強(qiáng)電磁場干擾，應(yīng)盡量避免。

③檢查大地線是否牢靠，以保證操作人員的安全，應(yīng)檢查電橋上的（⊥）與大

地是否接觸良好。

④檢查電橋的靈敏度開關(guān)是否已回另位。

⑤檢查試品的絕緣強(qiáng)度，應(yīng)符合大于２Ｕ＋１的標(biāo)準(zhǔn)。

⑥對試品施加試驗電壓（按部標(biāo)或所規(guī)定的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行）。

7.2試品的測試

①在不知道被測試品的大概容量及損耗時，可先施加少許的電壓，找到粗平衡

點(diǎn)后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細(xì)平衡點(diǎn)。

②在測量時，靈敏度開關(guān)是按從小到大的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。

③在測量時，Ｒ_３開關(guān)時按從左至右的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。 

④在測量時，Ｃ_４開關(guān)時按從右至左的規(guī)律來調(diào)節(jié)的。

⑤整個測量步絮：首先檢查接線無誤后，方可通電試驗。第二升起試驗電壓，并調(diào)節(jié)靈敏度開關(guān)，使Ｕ_Ａ表頭有明顯的指示。此時表明電橋沒有平衡。第三調(diào)節(jié)Ｒ_３開關(guān)，順序從左至右。這時通過觀察表頭來觀察電橋的平衡狀況。如表頭已回另，可再加大靈敏度。應(yīng)總保持能明顯地觀察到調(diào)節(jié)Ｒ_３時，電橋的平衡狀況。第四在某一點(diǎn)上用戶會發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)Ｒ_３已無法使表頭再回到另位。這時可調(diào)節(jié)Ｃ_４開關(guān)，順序時從右至左，把表頭指針調(diào)節(jié)到小位。第五用戶在調(diào)節(jié)Ｃ_４到某一點(diǎn)時又會發(fā)現(xiàn)無法將指針調(diào)回另位。這時又要去調(diào)節(jié)Ｒ_３開關(guān)，調(diào)節(jié)的位數(shù)是上一次調(diào)節(jié)Ｒ３的后位，然后又會出現(xiàn)第四點(diǎn)時的問題，又必須要調(diào)節(jié)Ｃ_４開關(guān)．．．就這樣來回往復(fù)地調(diào)節(jié)Ｒ_３和Ｃ_４兩組開關(guān)，直至靈敏度開關(guān)時，并指針回另（或指另儀指示到?。１砻麟姌蛞堰_(dá)到平衡。

⑥測量完畢后或在暫停測量時，應(yīng)將另儀的靈敏度開關(guān)降至“０”，再將測量電壓降至另并切斷電源開關(guān)，根據(jù)計算公式，算出被測試品的容量及介損值。 

8.護(hù)保管及免費(fèi)修理期限

①裝置在運(yùn)輸過程中或放置儀器時應(yīng)避免受劇烈震動。

②放置或儲存儀器的地點(diǎn)應(yīng)保持干燥，清潔，避免腐蝕性氣體侵入儀器。

③若儀器在長時間不用（若不常用）應(yīng)定期給儀器通電，以防止內(nèi)部受潮。

④本電橋為高精度實(shí)驗室高壓電橋，應(yīng)注意保管，其環(huán)境溫度為0~+40℃，相對濕度不超過８５％，且在空氣中不應(yīng)含有足以引起會集腐蝕的有害物質(zhì)。

⑤產(chǎn)品自制造廠發(fā)貨日期起36個月內(nèi)，當(dāng)用戶在*遵守使用說明書中所規(guī)定的保管及使用規(guī)則下，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題和不能正常工作時，制造廠應(yīng)負(fù)責(zé)免費(fèi)給予修理或更換。

⑥制造廠負(fù)責(zé)終身維修。