电容与介质损耗角正切测量(中)
静电容量和介质损耗角正切的测量
关于片状独石陶瓷电容器的 静电容量和介质损耗角正切的测量1．前言 (2)2．片状独石陶瓷电容器的特性 (2)2－1．温度特性 (2)2－2．电压特性 (3)2－3．频率特性 (5)2－4．总结 (6)3．LCR仪表和测试夹具 (6)3－1．LCR仪表 (6)3－2．测试夹具 (7)4．LCR仪表的测量原理 (7)4－1．测量原理 (8)4－2．测量电压 (8)4－3．静电容量的测量电路模式 (9)5．根据LCR仪表4284A的静电容量的测量方法 (10)5－1．接通LCR仪表的电源 (10)5－2．已安装测试夹具的状态 (10)5－3．测量器的设定 (10)5－4．校正 (14)5－5．测量 (15)6．根据LCR仪表4278A的静电容量的测量方法 (15)6－1．LCR仪表的电源接通 (15)6－2．已安装测试夹具的状态 (15)6－3．测量器的设定 (15)6－4．校正 (16)6－5．测量 (17)7．后记 (18)TD.No.C101．前言用LCR仪表测量高诱电率型(B特性，F特性)的片状独石陶瓷电容器时，有时不能获得与标称静电容量值一样的值。
其主要原因是，第一：片状独石陶瓷电容器的B、F特性的静电容量和介质损耗角正切，虽然随温度、电压(AC、DC)及频率而改变，但却无法按照规定的条件而测量。
第二：测量装置的设定不符合或测量装置的功能不能满足规定条件。
其解决方法是，第一：理解片状独石陶瓷电容器的特性，要规定温度、电压(AC、DC)、频率3种条件以后测量。
实际上，已经规定在国家标准JISC5101－1－1998的静电容量(4.7项)及介质损耗角正切(4.8项)上，其高诱电率型电容器的静电容量和介质损耗角正切的测量条件如表1所示。
此时的测量温度为20℃。
表1测量条件标称静电容量 测量频率 测量电压C≤10μF(10V以上) 1±0.1kHz 1.0±0.2VrmsC≤10μF(6.3V以下) 1±0.1kHz 0.5±0.1VrmsC>10μF 120±24Hz 0.5±0.1Vrms第二：要充分理解测量装置的功能，确认是否满足表1的测量条件以后请使用测量装置。
介质损耗角正切值的测量【精选】
用于对套管、电力变压器、互感器和某些电容器的 测量.
试验方法
• 仪器：西林电桥或 介质损耗测量仪
• 西林电桥 • 电桥的四个臂： • CN—标准电容器 • ZX—被试品 • C4—可调电容 • R3— 可调电阻
2、试验电压的影响
右图试验电压的典型关系曲线 1良好的绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘
3. 试品电容量的影响 对于电容量较小的试品(例如套管、互感器 等)，测量tanδ能有效地发现局部集中性缺
陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的 试品(例如大中型发电机、变压器、电力电 缆、电力电容器等)测量tanδ只能发现整体 分布性缺陷 .
0.15A
中型电 机，短 电缆
1025A
大型电 机，长 电缆
10kV试 30品电容 3000 范围
3000- 8000- 19400- 480008000 19400 48000 40000
0
• 5、确定试验电压：Ue≥10kV,Us=10kV;
Ue＜10kV,Us=Ue
• 6、均匀升压至试验电压， tanσ调至Ⅰ档，逐渐 增大灵敏档（最后增至6-9档），与此同时调节 R3，直至微安表不再减小，然后调节tanσ（从大 倍率到小倍率），使微安表逐渐趋于零。如需要， 最后调节微调电阻，使微安表指示为零。
Ir Ix
Ic
Rx
CX
当电气设备绝缘整体性能下降，如普遍受潮、脏污 或老化，以及绝缘中有间隙发生局部放电时，流过 绝缘的有功电流分量IRx将增大，tgδ也增大.
通过测量tgδ值可以发现绝缘的分布性缺陷.
若 缺 陷 部 分 在 整 个 绝 缘 中 的 体 积 较 大 ， 则 测 量 tg 容易发现绝缘的缺陷。
电容损耗角正切d值测量方法
电容损耗角正切d值测量方法【原创实用版4篇】目录（篇1）一、引言二、电容损耗角正切值的定义和意义三、电容损耗角正切值的测量方法1.平衡电桥法2.不平衡电桥法3.相敏电路法4.低功率因数瓦特表法四、各类测量方法的优缺点五、测量电容损耗角正切值的意义和应用六、结论正文（篇1）一、引言电容损耗角正切值（tgδ）是衡量电容器性能的重要参数，它反映了电容器在交流电场下消耗能量的大小。
为了确保电容器的性能和使用寿命，正确测量电容损耗角正切值具有重要意义。
本文将介绍电容损耗角正切值的定义和意义，以及几种常用的测量方法。
二、电容损耗角正切值的定义和意义电容损耗角正切值是指有功功率与无功功率的比值，它反映了电容器在交流电场下消耗能量的大小。
电容器的损耗主要由介质损耗、电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。
在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小。
在交变电场的作用下，电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关。
测量电容损耗角正切值有助于评估电容器的性能和使用寿命，对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
三、电容损耗角正切值的测量方法1.平衡电桥法：平衡电桥法是一种常用的测量电容损耗角正切值的方法。
它通过调整电桥的电阻值，使电桥达到平衡状态，从而测量出电容损耗角正切值。
这种方法的优点是测量精度高，但操作较为复杂。
2.不平衡电桥法：不平衡电桥法是一种简化的测量方法，它不需要调整电桥的电阻值。
通过测量电桥的电流和电压，可以计算出电容损耗角正切值。
这种方法的优点是操作简便，但测量精度相对较低。
3.相敏电路法：相敏电路法是一种基于相敏电阻原理的测量方法。
它通过测量相敏电阻的电压和电流，计算出电容损耗角正切值。
这种方法的优点是测量精度高，但需要特殊的测量设备。
4.低功率因数瓦特表法：低功率因数瓦特表法是一种适用于大电容试品的测量方法。
它通过测量电容器的漏电流和电压，计算出电容损耗角正切值。
介质损耗角正切值的测量
介质损耗角正切值的测量一．实验目的：学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。
二．实验项目：1．正接线测试2．反接线测试三．实验说明：绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u2 tgδ）以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征, 介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。
用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷：绝缘介质的整体受潮；绝缘介质中含有气体等杂质；浸渍物及油等的不均匀或脏污。
测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法及瓦特表法。
目前，我国多采用平衡电桥法，特别是工业现场广泛采用QS1型西林电桥。
这种电桥工作电压为10Kv，电桥面板如图2-1所示，其工作原理及操作方法简介如下：⑴．检流计调谐钮⑵．检流计调零钮⑶．C4电容箱（tgδ）⑷．R3电阻箱⑸．微调电阻ρ（R3桥臂）⑹．灵敏度调节钮⑺．检流计电源开关⑻．检流计标尺框⑼．+tgδ/-tgδ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮⑽．检流计电源插座⑾．接地⑿．低压电容测量⒀．分流器选择钮⒁．桥体引出线图2-1 QS1西林电桥面板图1． 工作原理：原理接线图如图2-2所示，桥臂BC 接入标准电容C N （一般C N =50pf ），桥臂BD 由固定的无感电阻R 4和可调电容C 4并联组成，桥臂AD 接入可调电阻R 3，对角线AB 上接入检流计G ，剩下一个桥臂AC 就接被试品C X 。
高压试验电压加在CD 之间，测量时只要调节R 3和C 4就可使G 中的电流为零，此时电桥达到平衡。
由电桥平衡原理有： 图2-1 QS1西林电桥面板图 BD CBAD CA U U U U =即： BD CB AD CA Z Z Z Z = （式2-1）各桥臂阻抗分别为：将各桥臂阻抗代入式2-？，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得：34R R C C N X ⋅= 44R C tg ⋅⋅=ϖδ （式2-2）在电桥中，R 4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此： tg δ= C 4（μf ） （式2-3）即在C 4电容箱的刻度盘上完全可以将C 4的电容值直接刻度成tg δ值（实际上是刻度成tg δ（%）值），便于直读。
实验 介质损耗角正切的测量
当检流计反接时测得：
tg 2 C 4 C 4 R 4
C x 2 C 0R 4 /R 3 R 3
因无磁场干扰时：
tg C 4R 4 C x C 0R 4 / R 3
故可得：
tg tg1 tg 2 / 2
实验
介质损耗角正切的测量
测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的电压不高 电工界：最常用的是西林电桥法 在线监测：采用微机对 tgδ 进行测量 1. 西林电桥的基本原理 西林电桥： 高压臂：代表试品的 Z1；无损耗的标准电容 CN，它以阻抗 Z2 作为 代表。 低压臂：处在桥箱体内的可调无感电阻 R3，以 Z3 来代表；无感电 阻 R4 和可调电容 C4 的并联，以 Z4 来代表 保护：放电管 P 电桥平衡：检流计 G 检零 屏蔽：消除杂散电容的影响 电桥的平衡条件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路 tgδ=ωR4 C4 Cx = R4CN/R3 并联等值回路 tgδ=ωR4 C4 Cx = R4CN/[R3 (1+tg2δ)]
C x 2C x1C x 2 / C x1 C x 2
3． 测试功效 • 有效 受潮 穿透性导电通道 气泡电离、绝缘分层、脱壳 绝缘老化劣化 绝缘油脏污、劣化 • 无效 局部损坏
小部分绝缘的老化劣化 个别绝缘弱点 4． 注意事项 • 分部测试 • 与温度的关系 • 与试验电压的关系 • 护环和屏蔽
Cx：因为 tg2 极小，故两种等值电路的 Cx 相等
西林电桥的基本回路
屏蔽： 杂散电容：高压引线与低压臂之间有电场的影响，可看作其间有杂散 电容 Cs。由于低压臂的电位很低，Cx 和 CN 的电容量很小，如 CN 一 般只有 50100pF，杂散电容 Cs 的引入，会产生测量误差。若附近另 有高压源，其间的杂散电容 Cs1 会引入干扰电流 iS，也会造成测量误 差。 需要屏蔽，消除杂散电容的影响
电容esr与介质损耗角正切的计算公式
电容esr与介质损耗角正切的计算公式
我们要探讨电容的ESR（等效串联电阻）与介质损耗角正切（tan δ）之间的关系，并给出相关的计算公式。
ESR和tan δ都是描述电容器性能的重要参数，它们都与电容器的内部损耗有关。
ESR（等效串联电阻）通常用于描述电容器在交流电路中的电阻性损耗。
tan δ（介质损耗角正切）是描述电容器介质损耗的一个参数，它是电容器损耗角的正切值。
ESR和tan δ之间的关系可以通过以下公式表示：
ESR = (tan δ) / (ω × C)
其中，ω是角频率（ω = 2πf，f是频率），C是电容值。
这个公式告诉我们，在给定的频率和电容值下，ESR与tan δ成正比。
也就是说，tan δ越大，ESR也越大，电容器的内部损耗也就越大。
需要注意的是，这个公式是在一些假设条件下得出的，例如电容器是理想的、没有电感效应等。
在实际应用中，电容器的ESR和tan δ可能会受到温度、电压、频率等多种因素的影响，因此在使用这个公式时需要注意其适用范围。
以上公式可以帮助我们理解ESR与tan δ之间的关系，并用于一些简单的计算。
但在实际应用中，我们可能需要更详细的电容器模型和更复杂的计算公式来准确描述电容器的性能。
3.4 介质损失角正切值tgδ的测量解析
➢ 油的闪点 ➢ 酸值 ➢ 水分 ➢ 游离碳 ➢ 电气强度 ➢ 介质损失角正切值tgδ ➢ 等……
❖ 带电取油样》》化验》》分析》》结论
3.6.2 绝缘油中溶解气体分析（DGA）
❖ 得到了普遍应用和高度重视，已列入了预防性试 验标准，并有相应的试验导则
❖ 通过分析油中所含气体的组成和含量来判断设备 内部的潜伏性缺陷
➢交流耐压 ➢直流耐压 ➢冲击耐压试验
3.7.1 交流耐压试验
❖工频交流耐压试验最为常用 ❖程序
➢对被试设备施加超过其额定工作电压若干倍数 的交流高压，并持续一定时间（一般为1分钟）， 期间观察设备绝缘是否出现异常现象或发生闪络、 击穿
❖试验电压和试验周期要选择适当！
➢固体有机绝缘会产生累积效应
工频交流耐压试验的原理接线图
【气相色谱仪】
分析结果表示
每升绝缘油中所含各气体组分的微升数 【 以 ppm（ 10-6 ） 表 示 ， 并 换 算 到 标 准 大 气 条 件 下
（0.101325MPa ，20℃）】
102G-D气相色谱仪工作流程
载气
载气
3.7 高压耐压试验
❖对设备绝缘的考核最为严格，有破坏性 ❖在非破坏性试验合格后进行 ❖耐压试验类型
1 R4
jC4
Zn
1
jC N
Z 3＝R 3
Rx CX
CN
A
G
R3
R4
D
1 Rx
1
jCx
1
1 R4
jC4
1
jC N
R3
B C4
1 R4 RxC4Cx 0
R4 RxCN R3 (R4C4 RxCx )
实验介质损耗角正切的测量
实验介质损耗角正切的测量
测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的电压不高 电工界：最常用的是西林电桥法ห้องสมุดไป่ตู้在线监测：采用微机对 tgδ进行测量
1. 西林电桥的基本原理 西林电桥： 高压臂： 代表试品的 Z1；无损耗的标准电容 CN，它以阻抗 Z2 作为 代表。 低压臂：处在桥箱体内的可调无感电阻 R3，以 Z3 来代表； 无感电 阻 R4 和可调电容 C4 的并联，以 Z4 来代表 保护： 放电管 P 电桥平衡： 检流计 G 检零 屏蔽： 消除杂散电容的影响 电桥的平衡条件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路 tg δ =ω4 ＲC4 Cx = R4CN/R3 并联等值回路 tg δ =ω4 ＲC4 Cx = R4CN/[R3 (1+tg2δ )]
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第二章 电容与介质损耗角正切的测量
低频下 相对介电系数和介质损耗角正切的测量
极低频下 超高频下
电容器高频参数及频率特性的测量
LOGO
低频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量
LOGO
（一）低频下相对介电系数和介质损耗角正切的测量
❖1、电阻比例臂电容电桥 ❖2、电感比例臂电桥-变压器电桥
❖ 3、自动平衡电桥 ❖ 4、工业上常用电容和损耗测量仪
1、电阻比例臂电容电桥
❖ 电阻比例臂电容电桥即为西林电桥
❖ 高压西林电桥（工作在工频、高压） ❖ 低压西林电桥（工作在音频、低压）
高压西林电桥
（1）西林电桥平衡条件
电桥平衡条件： ZxZ4=Z3Z0
Zx Z0
代入电学参数，利用复数相等的条件，得到：
1-ω2C4CxR4Rx=0， 进而 tgδx=1/(ωCxRx)= ωC4R4 2
❖ 类似地，可以得到
西林电桥的替代法测量原理
优点与适用条件： ❖ 利用替代法可以消除接试样与不接试样两次测量
中的不变参数的杂散电容影响，从而提高了测量 的准确度 ❖ 但是，当试样的电容大于标准可变电容器的电容 值，不能采用替代法测量。 ❖ 替代法适用于电压不太高的场合，一方面把高压 标准电容器作成标准可变的比较困难；另一方面 高压操作也不安全。
（误差来源3）倒相法
利用电源电压正反相下进行两次测量，然后确定出被测试样 的Cx和tgδx。
第二次测量
第一次测量
倒相法电流矢量
（误差来源4）元件参数误差对 测量结果的影响
±0.3%
±0.1%
±0.5%
±0.05%
（4）提高西林电桥准确度的途径
❖ 对地电容的消除方法
❖ 残余电感和零位电容的消除方法
Cx=C0R4/(R3(1+tg δx)) 如果tgδx<0.1, 则Cx≈C0R4/R3
Z3 Z4
高压西林电桥原理图
（1）西林电桥平衡条件
tgδx=1/(ωCxRx)= ωC4R4 Cx=C0R4/R3
❖ 由电桥平衡所得到的Cx、tgδx计算公式可知，电桥平衡是通过调节R3 、C4来实现的。
❖ 两者之间的关系，指出了正确调节电桥平衡的简捷方法： 被测电容或介质材料试样损耗很小，接入电桥后，电容失衡是主要的 ，先调R3平衡电容Cx，当平衡到一定程度时调节C4才起作用，然后调 C4来平衡tgδx 。 tgδx平衡到一定程度，电容尚未完全平衡又突出，再 调R3 ，然后调C4 ，依次反复直到整个电桥平衡。
❖ 西林电桥的灵敏度取决于电源电压U,提高电源电压，可增加 △iA,从而提高电桥灵敏度。
❖ 电桥灵敏度受限于指示器的灵敏度，即指示器的最小分辨能力 ，因此通常采用带放大器的高灵敏度振动式检流计指示。其电 流灵敏度可达10mm/μA,电压灵敏度可达0.1mm/ μV。
❖ 通常选择样品的电容≥50pF，因为Cx大， △iA大。 ❖ 标准电容C0可以适当大些，但太大的话，会适得其反。
B点接地不存在杂散因 素
杂散电容与杂散漏电导的分布
（误差来源3）屏蔽法
❖ 屏蔽法就是用金属屏将干扰源与被测样品隔离，是测量回 路不受干扰电场的影响，从而提高测量准确度。屏蔽可以 减弱干扰电场的影响，但不能完全消除，而且当屏靠近被 测样品时将改变样品的电场分布，带来新的误差。
❖ 外界磁场可以在R3、R4与指示器所构成的闭合回路中产 生感应电流，从而在指示器中产生感应电势。采用磁屏蔽 不能消除此影响，只能在一定程度上减弱。通常采用改变 检流计中通过的电流方向，进行两次测量，减弱外加磁场 的影响。根据两次测量值可求出：
西林电桥提供了高压下测量的可能性
❖ 因为其调节元件R3和C4处于低压桥臂上。
❖ 为保证绝对安全，在C、D接点安装放电隙，这样 即使试验中某些意外因素发生，如试样发生击穿 或表面放电时，放电隙可作安全指示，可使C、D 接地，保证安全操作。
（2）影响西林电桥灵敏度的因素
电流回路示意图
（2）影响西林电桥灵敏度的因素
❖ 对地电容影响的减弱或消除最有效的办法是采用 屏蔽、保护和接地技术。
❖ 屏蔽主要是电屏蔽。 ❖ 目前可采用两种方式：一是单个元件分别屏蔽，
如桥臂元件、变压器和指示器；二是整个电桥的 屏蔽。
屏蔽的基本思想
❖ 基本思想：把元件用金属屏围起来，将屏施以一固定电位 ，或者连接在一固定电位的物体或节点（如接地点）上。
（3）西林电桥的误差来源
❖ 1.电桥指示器的灵敏度限制将引起测量误差。电桥不平衡 性所引起的△iA没有达到平衡指示器所能检测的范围。
❖ 2.杂散电容与杂散漏电导的存在，会引起Zx的测量误差。 ❖ 3.外界电磁场的影响。外界电磁场的影响主要是高压电源
变上压引器起和附高加压电电流极而在造周成围测空量间误所差引。起为的了电消场除，电会场在干桥扰臂引起Zx 的测量误差，常采用屏蔽法、移相法和倒相法。 ❖ 4.桥臂元件参数的误差以及参数漂移也会造成测量误差。 例阻如还R存3电在阻电箱感的，基电本容误还差存为在漏±导0.1电%阻。，此可外变，电桥容臂器中存的在电零 位电容等均引起误差。
零位电容：电容器置于零的位置时，电容值并不等于零。
（误差来源2）杂散电容与杂散漏容
杂散阻抗与电源并联， 不影响电桥平衡
元件间存在着杂散电容和杂散电导
与桥臂元件并联， 直接影响测量的正确度，
造成测量误差
这些杂散因素可以等效 地看成电桥四个节点上 都并联一RC接地阻抗。
（1）西林电桥平衡条件
❖ 损耗角正切的直接法测量： 电桥平衡时，tgδx=1/(ωCxRx)= ωC4R4 。角频率和R4均为已知的， C4刻度可按照tgδx进行刻度，可直接读数。
例如：工频条件下， C4 单位采用微法表示，损耗角正切可表示为
西林电桥的替代法测量原理
低通
替代法测量原理图
西林电桥的替代法测量原理
对地电容的影响
❖ 漏导电阻的影响很小，可忽略，考虑对 地电容的影响
杂散电容与杂散漏电导的分布
漏导电阻的影响
❖ 考虑漏导电阻时，只需要将对地漏导 电阻的影响加入R3和R4中。
❖ 可从仪器结构和材料选取上采取一些措施，可使C、D对
地漏导电阻远大于R3、R4。
杂散电容与杂散漏电导的分布
对地电容的消除方法
❖ 屏蔽看起来消除了：
❖ 1.外界电场的影响和元件之间的耦合 ❖ 2.元件之间的耦合 ❖ 3.元件对地电容