QS37高壓電橋/工頻介電常數介質損耗測試儀

QS37型高壓電容電橋

使用說明書

北京中航鼎力儀器設備有限公司

1.概  述                                                            

   QS37型高壓電橋主要用于測量高壓工業絕緣材料的介質損失角的正切值及電容量。其采用了西林電橋的經典線路。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。本電橋特別適應測量各類絕緣油和絕緣材料的介損（tgd）及介電常數（ε）。

2.技術指標

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，為保證測量準確度，

希望電橋靈敏度達到一定的水平。通常情況下電橋靈敏度與測量電壓、標準電容量

成正比。

    在下面的計算公式中，用戶可根據實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損耗因數的微小變化都能夠反應出來。

          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標準電容器容量                    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驗電壓的限制，但在實際使用中，高電壓往往受副橋防護電壓和橋臂功率以及標準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定：

          10X1kW            Imax£15mA

          10X100W           Imax£120mA

          10X10W            Imax£150mA

用戶在使用前應注意以上的問題。如不清楚，可根據實驗電壓及標準電容量，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>0.99

    不失真跟蹤電壓  0～12V（有效值）

2.6 指另裝置的技術特性：

    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電橋結構介紹

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，結構上采用雙屏蔽，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，提高測量精度，本電橋采用等電位方法來消除寄生參數對主橋影響。這一部分輔與指另儀在本電橋中，已和主橋體有機的結合為一體。

3.3 特點

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。

③電橋所用轉換開關，均采用輕壓力開關，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點。

④電橋采用的一切外部插頭，插座，均能與國外高壓標準電容器通用。

⑤為使電橋在實際使用中處于安全工作狀態在橋頂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：由高壓標準電容器Ｃｎ組成Ｚ₂。

    第三臂：由十進電阻器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。結構采用了雙層屏蔽。并通過輔橋的輔助平衡，消除寄生參數對電橋平衡的影響。輔橋由電位自動電位跟蹤器與內層屏蔽（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，在內屏蔽（Ｓ）產生一個與Ｂ電位相等的電壓。當電橋平衡時，Ａ，Ｂ，Ｓ三點電位必然相等，從而達到自動跟蹤的目的,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，用戶只要對主橋平衡進行操作就能得到可靠的所需數據。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。

4.1 測試原理及公式推導：

    本裝置所得測試結果，是基于電橋處于平衡的基礎上得到的數據。當電橋處于來平衡狀態時（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）就必使表達式中的Ｚ₂Ｚ₃－Ｚ₁Ｚ₄=０，而以上阻抗又可通過換算，后得出以下結論：

       Ｃｘ＝Ｒ_４×Ｃｎ／Ｒ_３

       tgd = ω· Ｒ_４· Ｃ_４

為方便用戶讀數實際電橋中tgd的數據為直讀

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，分別調節Ｒ_３和Ｃ_４使橋路平衡，從而測得試品

的電容值Ｃｘ和介質損耗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．頻率對介質損耗正公式：

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

用修正式進行修正：

        ｔｇ＝ｆ'·tgd／f

   式中:ｆ為額定工作頻率（ｆ＝５０Ｈｚ）

        ｆ'為實際工作頻率

        tgd  為電橋測得損耗值

        tgd  為被測試品介質耗角正切的實際值 

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.安全操作規程

①本儀器必須由專人負責保管，使用，非專職操作者應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每次使用前應仔細檢查接地線是否完好，確保以后方可通電使用。

③接通電源前應將靈敏度開關調到位置。

④測量試品前應先對試品進行高壓試驗，證明在電橋工作電壓下無噪聲，電離等現象出現，然后才能進行測試（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，工作前做好一切準備工作，測試地點周圍

應有明顯的標記或金屬屏蔽圍成高壓危險區，以防止非操作人員闖入。

⑦在測量過程中，如有放電管發光時，則必須及時切斷電源，仔細檢查接線

及試品都無擊穿，待檢查排除故障后，再進行高壓測量工作。

7.操作方法

7.1測試前的準備工作

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

②檢查周圍是否有強電磁場干擾，應盡量避免。

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是否已回另位。

⑤檢查試品的絕緣強度，應符合大于２Ｕ＋１的標準。

⑥對試品施加試驗電壓（按部標或所規定的專業標準進行）。

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

點后，再把工作電壓升到所需的值，然后再尋找細平衡點。

②在測量時，靈敏度開關是按從小到大的規律來調節的。

③在測量時，Ｒ_３開關時按從左至右的規律來調節的。 

④在測量時，Ｃ_４開關時按從右至左的規律來調節的。

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，并調節靈敏度開關，使Ｕ_Ａ表頭有明顯的指示。此時表明電橋沒有平衡。第三調節Ｒ_３開關，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。應總保持能明顯地觀察到調節Ｒ_３時，電橋的平衡狀況。第四在某一點上用戶會發現，調節Ｒ_３已無法使表頭再回到另位。這時可調節Ｃ_４開關，順序時從右至左，把表頭指針調節到小位。第五用戶在調節Ｃ_４到某一點時又會發現無法將指針調回另位。這時又要去調節Ｒ_３開關，調節的位數是上一次調節Ｒ３的后位，然后又會出現第四點時的問題，又必須要調節Ｃ_４開關．．．就這樣來回往復地調節Ｒ_３和Ｃ_４兩組開關，直至靈敏度開關時，并指針回另（或指另儀指示到?。?。表明電橋已達到平衡。

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

8.護保管及免費修理期限

①裝置在運輸過程中或放置儀器時應避免受劇烈震動。

②放置或儲存儀器的地點應保持干燥，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）應定期給儀器通電，以防止內部受潮。

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

⑤產品自制造廠發貨日期起36個月內，當用戶在*遵守使用說明書中所規定的保管及使用規則下，發現產品質量問題和不能正常工作時，制造廠應負責免費給予修理或更換。

⑥制造廠負責終身維修。