絕緣材料的介電性能直接關系這些材料在電工設備中的應用,絕緣材料介電性能測試主要包括絕緣電阻率、相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切(見介質(zhì)損耗)及擊穿電場強度等的測試。
絕緣材料的介電性能直接關系這些材料在電工設備中的應用,絕緣材料介電性能測試主要包括絕緣電阻率、相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切(見介質(zhì)損耗)及擊穿電場強度等的測試。測試的結(jié)果受很多因素影響,如受環(huán)境條件(溫度、濕度、氣壓等)、測試條件(如施加電壓的頻率、波形、電場強度等)、電極與試樣的制備等的影響。因此,必須按有關標準的規(guī)定進行測試。
絕緣材料的擊穿電場強度以平均擊穿電場強度(EB)表示式中uB為擊穿電壓,d為試樣的平均厚度。
工頻下?lián)舸╇妶鰪姸鹊脑囼灳€路如圖5。R0通過調(diào)壓器使電壓從零以一定速率上升,至試樣被擊穿,這時施加于試樣兩端的電壓為擊穿電壓。測擊穿電場強度時,電極需照有關標準的規(guī)定。
擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器(見互感器)、放電球隙等儀器并聯(lián)于試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時,需采用電容分壓器。沖擊電壓下的擊穿電場強度測試,一般用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生的標準沖擊電壓施加于試樣,逐級升高沖擊電壓的峰值直至擊穿。沖擊電壓可用50%球隙放電法、也可用阻容分壓器加上脈沖示波器或峰值電壓表測量。
通常采用三電極系統(tǒng)(圖1)??梢苑謩e測出體積電阻率ρv和表面電阻率ρs。對于平板試樣對于管狀試樣式中u為施加于試樣的直流電壓,Iv、Is分別為流過試樣體積和表面的電流,D1、D2、g分別為電極的直徑以及電極間的間隙,L、r1、r2、d分別為電極長度、試樣的內(nèi)外半徑及厚度。電極材料可用粘貼鋁箔、導電橡皮、真空鍍鋁、膠體石墨等。在特殊情況下,例如測量薄膜的ρv、ρs,可用二電極系統(tǒng)。
相對介電常數(shù)通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。
應用三電極時,對于平板試樣,由于平板電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為
對于管狀試樣,由于圓柱形電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為
式中Cx為試樣電容(法),L為電極長度(米),D1為電極直徑(米),g為電極間的間隙(米),d為試樣厚度(米),r1、r2為試樣的內(nèi)外半徑。應用二電極時式中Cx為試樣電容,Cm為測量電容,C0為試樣的幾何電容,Ce為試樣的邊緣電容,Cg為試樣的對地電容。
介質(zhì)損耗角正切(tanδ)的測定 通過測量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計算求得。也可在儀器上直讀。在工頻、音頻下一般都用電橋法測量,高電壓時采用西林電橋法(圖2)。電橋平衡時式中CN為標準電容,C4為可調(diào)電容,R4為固定電阻,R3為可調(diào)電阻。
當頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時,可用集總參數(shù)的諧振法進行測量(圖3)。使頻率和電感保持恒定,在接入試樣和不接試樣時調(diào)節(jié)調(diào)諧電容使電路諧振。若接試樣時C=Cs,不接試樣時C=Cns,則試樣電容的測量結(jié)果是
Cx=Cns-Cs
這時可用變Q值法和變電納法計算試樣的tanδx。在變Q值法中是根據(jù)接入試樣且回路諧振時的Q值(Qi)與不接試樣且回路諧振時的Q值(Q0)的變化來計算損耗角正切,即式中Cr是回路的總電容,除諧振電容外,包括試樣的零電容、接線電容等。變電納法是根據(jù)接試樣時諧振曲線的半功率點的寬度△C1(圖4)和不接試樣時相應的寬度△C0的變化來計算損耗角正切,即 在這些測試中,選擇電極極為重要。常用的是接觸式電極。可用粘貼鋁箔、燒銀、真空鍍鋁等方法制作電極,但后者不能在高頻下使用。低頻測量時,試樣與電極應屏蔽。在高頻下可用測微電極以減小引線影響。在某些特殊場合,可用不接觸電極,例如薄膜介電性能測試和頻率高于30兆赫時介電性能的測量。2100433B
絕緣材料的擊穿電場強度以平均擊穿電場強度(EB)表示式中uB為擊穿電壓,d為試樣的平均厚度。
工頻下?lián)舸╇妶鰪姸鹊脑囼灳€路如圖5。R0通過調(diào)壓器使電壓從零以一定速率上升,至試樣被擊穿,這時施加于試樣兩端的電壓為擊穿電壓。測擊穿電場強度時,電極需照有關標準的規(guī)定。
擊穿電壓可用靜電電壓表、電壓互感器(見互感器)、放電球隙等儀器并聯(lián)于試樣兩端直接測出。擊穿電壓很高時,需采用電容分壓器。沖擊電壓下的擊穿電場強度測試,一般用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生的標準沖擊電壓施加于試樣,逐級升高沖擊電壓的峰值直至擊穿。沖擊電壓可用50%球隙放電法、也可用阻容分壓器加上脈沖示波器或峰值電壓表測量。
相對介電常數(shù)通常是通過測量試樣與電極組成的電容、試樣厚度和電極尺寸求得。
應用三電極時,對于平板試樣,由于平板電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為
對于管狀試樣,由于圓柱形電容Cx的計算公式是根據(jù)實際經(jīng)驗修正為
式中Cx為試樣電容(法),L為電極長度(米),D1為電極直徑(米),g為電極間的間隙(米),d為試樣厚度(米),r1、r2為試樣的內(nèi)外半徑。應用二電極時式中Cx為試樣電容,Cm為測量電容,C0為試樣的幾何電容,Ce為試樣的邊緣電容,Cg為試樣的對地電容。
介質(zhì)損耗角正切(tanδ)的測定 通過測量試樣的等效參數(shù)經(jīng)計算求得。也可在儀器上直讀。在工頻、音頻下一般都用電橋法測量,高電壓時采用西林電橋法(圖2)。電橋平衡時式中CN為標準電容,C4為可調(diào)電容,R4為固定電阻,R3為可調(diào)電阻。
當頻率為幾十千赫到幾百兆赫范圍時,可用集總參數(shù)的諧振法進行測量(圖3)。使頻率和電感保持恒定,在接入試樣和不接試樣時調(diào)節(jié)調(diào)諧電容使電路諧振。若接試樣時C=Cs,不接試樣時C=Cns,則試樣電容的測量結(jié)果是
Cx=Cns-Cs
這時可用變Q值法和變電納法計算試樣的tanδx。在變Q值法中是根據(jù)接入試樣且回路諧振時的Q值(Qi)與不接試樣且回路諧振時的Q值(Q0)的變化來計算損耗角正切,即式中Cr是回路的總電容,除諧振電容外,包括試樣的零電容、接線電容等。變電納法是根據(jù)接試樣時諧振曲線的半功率點的寬度△C1(圖4)和不接試樣時相應的寬度△C0的變化來計算損耗角正切,即 在這些測試中,選擇電極極為重要。常用的是接觸式電極。可用粘貼鋁箔、燒銀、真空鍍鋁等方法制作電極,但后者不能在高頻下使用。低頻測量時,試樣與電極應屏蔽。在高頻下可用測微電極以減小引線影響。在某些特殊場合,可用不接觸電極,例如薄膜介電性能測試和頻率高于30兆赫時介電性能的測量。
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棉綢是人們?nèi)粘I畹谋匦杵?用棉布和絲綢制作的衣服、被褥等具有很好的透氣性、吸濕性和保暖性,深受人們的喜愛。然而棉綢也是應用最早且目前仍在廣泛應用的電工絕緣材料。以棉布和絲綢為基材的絕緣漆布和漆綢,可作一般電機、電器的絕緣,其特點是力學強度
無機介質(zhì)材料表現(xiàn)出來的介電性能的應用中,還涉及到介電常數(shù)、介電損耗因子和介電強度等。
介電常數(shù)又叫介質(zhì)常數(shù)、介電系數(shù)或電容率,它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù),以字母ε表示,單位為法/米
如果有高介電常數(shù)的材料放在電場中,場的強度會在電介質(zhì)內(nèi)有可觀的下降。
因子僅與介質(zhì)有關,其大小可作為絕緣材料的判據(jù)。
介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)的臨界電場強度稱為介電強度。
常見溶劑的介電常數(shù) :
H2O (水) 78.5
HCOOH (甲酸) 58.5
CH3COOH(乙酸)6.15
CH3COOC2H5(乙酸乙酯)6.02
HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7
CH3OH (甲醇) 32.7
C2H5OH (乙醇) 24.5
CH3CH2CH2-OH(正丙醇)20.1
CH3CH2CH2CH2-OH(正丁醇)17.8
n-C6H13OH (正己醇)13.3
CH3COCH3 (丙酮) 20.7
C6H6 (苯) 2.28
CCl4 (四氯化碳) 2.24
n-C6H14 (正己烷)1.88
CH3SOCH3(二甲基亞砜,DMSO)47.2
是指物質(zhì)分子中的束縛電荷(只能在分子線度范圍內(nèi)運動的電荷)對外加電場的響應特性,它主要由相對介電常數(shù)εr'、相對介質(zhì)損耗因數(shù)εr〃、介質(zhì)損耗角正切tanδ和介質(zhì)等效阻抗等參數(shù)來表征。
油和水(純凈的水)都屬絕緣體。但純凈的水的介電性能遠遠高于油。拿相對介電常數(shù)來講,水的介電常數(shù)是81,而變壓器油的在3-5之間。