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QS30工頻介電常數(shù)介質損耗測試儀(高精密高壓電容電橋)

1.概述

1.1簡介

本說明書是QS30型高精密高壓電容電橋的安裝和使用說明書。（包括QS30-3型量程擴展器及SP-A型打印機）。

QS30型高精密高壓電容電橋有如下特點。主電橋主要采用電流比較儀的原理并結合計算機數(shù)據處理，具有操作方便可靠、測量精度高、讀數(shù)位數(shù)多、線性度好，不受環(huán)境濕度影響，儀器內部的計算機能自動對測試數(shù)據進行處理，直接在面板上顯示電容值及介損值tgδ和測試電壓及流經標準電容的電流（Is），并可通過打印機將測試結果打印出來或通過RS232接口將測試結果傳給電腦等優(yōu)點，它不僅能測電容器的電容量、介損量，還能測量電抗器的電感量和Q值是目前國內精度較高、穩(wěn)定性好、操作方便、用途廣泛的高壓電橋。

1.2性能

QS30型高壓電橋為實驗室用高精密高壓電橋。主要采用電流比較儀的原理，使它在測量上具有較高的比率精度和穩(wěn)定性，這是一般西林電橋不能達到的。再加上計算機數(shù)據處理，使測量更加直觀。本電橋可與各類高壓標準電容器配合組成高壓電容電橋，適宜于在高電壓下測量電力電纜、高壓套管、電力電容器、互感器等高壓電力設備的電容量及損耗角正切值tgδ，以及各種固體或液體絕緣材料的介電常數(shù)（ε）及損失角正切值，也可測量高壓變壓器或電壓互感器的比差和角差。電橋可外接電流互感器以擴大量程，測量大電容時本電橋為四端測量具有引線補償裝置，使測量精度提高，消除接線電阻引起的附加誤差。本電橋還可測量電抗器的電感量及Q值。QS30-3型量程擴展器（供選購）能使主橋體的電容比從1000：1擴大到10⁶：1。

1.3結構

本電橋放在一個金屬箱體內，指零儀安放在適宜人眼觀察的水平位置。靈敏度調節(jié)開關在表頭的旁邊，橋體安放在指零儀下面，電容比值和介質損耗角正切值讀數(shù)調節(jié)開關固定在面板上。在主橋體與指零儀的之間，是被測試品的電容量量、介損量、測試電壓或測試電流的顯示窗，在其旁邊是電容量的預置盤。電橋本體的環(huán)形電流比較儀裝在一個磁屏蔽盒內，它的鐵芯采用超高導磁材料卷饒成環(huán)形，對內外磁場有較好的抗干擾性能，具有很高精度的比差和角差。主運算放大器、引線補償放大器及微機處理器都在箱體內部一個金屬屏蔽盒內，電橋工作電源采用了開關電源，具有很寬的工作范圍，也安裝在金屬屏蔽盒內。

連接標準電容器與被測試品的插座在儀器背部，接地端鈕前后共有兩處，外接線采用屏蔽電纜，電橋裝置箱體作為靜電屏蔽以免干擾。

1.4主要技術指標

l電橋電容比Cx/Cs（當額定比率為1：1時）為0到1.111110，步級0.000001，倍率（K）變化范圍為1000、500、200、100、50、20、10、5、2、1共十檔，電容的測量范圍取決于標準電容器Cs的大小電容值，即Cx=Cs·K·（Cx/Cs）

l電容比率值的測量準確度：電容比率讀數(shù)D一只盤為滿度時應不大于

當tgδ< 3×10^-3為±0.00005

tgδ≥3×10^-3為±0.00005±0.005×tgδx

l電橋tgδ范圍為-0.111110到+0.111110，步級為0.000001。

ltgδx測量準確度不大于±0.5% tgδx±5×10^-5

l被測電容量顯示：Cx=（0.1~1111.1110）Cn

顯示為被測電容量的前6位有效數(shù)字。

l被測電容介損顯示：tgδ= -1.11×10^-1到1.11×10^-1顯示為被測電容介損的前3位有效數(shù)字并結合科學記數(shù)法。

l電容量及介損顯示精度：電容量：±0.5% Cx±0.00005。介損：±0.5% tgδx±5×10^-5

l電橋Z大工作電流：電橋標準臂Z大允許電流為15mA。通過被測臂Z大電流與倍率位置有關，見表1。 表1

注意：被測Z大不超過2A，如測試需要則需外接電流互感器。

l分辨率：當通過標準電容器的電流為0.1mA時，且電容比率讀數(shù)D一只盤為滿度時，在電橋完全平衡時，其電容比及介損盤的分辨率均為5×10^-5。

l標準電容量預置范圍：0000.00到1999.99pF。

l電橋內有過電壓保護措施，氖泡起輝電壓不超過交流30伏。

l試驗電壓顯示：范圍0到49.9kV 分辨率為0.1Kv。

l電橋內附指零儀，其主要技術特性如下：

1.電壓零敏度 2μV/格。

2.輸入阻抗80kΩ。

3.三次諧波抑制 -60dB。

注：以上的所有技術指標都是在基本測試頻率50±0.2Hz下的。

l電源電壓為220V允差10%，頻率為50±2Hz消耗功率約40W。電壓頻率為50±0.2Hz。

lRS232接口：按一個鍵就可將測試數(shù)據傳輸給電腦，便于數(shù)據統(tǒng)計與存儲。

l外形尺寸：560（寬）*410（深）*390（高）毫米。

l重量：約35公斤。

lQS30-3型量程擴展器（外接，供選購）主要技術指標。

la.次級1000匝、初級100匝、輔助1000匝，具有供串繞線匝的穿孔。

lb.比值和Z大電流的額定值

10，000：1 10安 量程擴大器上可以使用。

100，000：1 100安 串繞10箍。

1000，000：1 1000安 串繞1箍。（用串繞箍數(shù)，可得中間比值。）

c.精度：（當電橋量范在1000：1時）±1×10^-5。

lSP-A打印機的主要技術指標：

1.打印寬度：40字符/行。

2.打印速度：0.4行/秒。

3.打印紙：57.5mm寬，40mm直徑的普通白紙紙圈。

4.外形尺寸：111×62×128（mm）。

2. 安裝

2.1驗收檢查

在出廠前，儀器進了徹底的機械和電氣檢查，其中包括一段時間的老化，Z后經過嚴格的檢驗，合格后才出廠的。所以在收到儀器時，儀器不應該有損傷和故障。然而，由于運輸過程中可能會發(fā)生問題，故用戶在收到儀器后應首先檢查是否有結構上的損傷，并盡快的進行電氣試驗。如發(fā)現(xiàn)問題，用戶應馬上與本公司聯(lián)系，切勿自行開機處理。

2.2安裝

將電橋安放在牢固的操作臺上，首先將電橋的接地端與大地可靠的連接好，然后把儀器的電源線插到適合的電源上。

2.3初步試驗

l將標準電容器預置盤調整到目前所使用的標準電容量的數(shù)值。

l將電源開關打開，指零儀的指針會向上擺動一下，然后再回到另位。同時顯示窗口會有顯示、打印機會發(fā)出馬達的聲音，然后打印機的在線指示燈會亮。

l調節(jié)電容比率盤到0.555555，介損盤到0.005555，此時電容顯示窗應顯示標準電容量預盤的數(shù)值與電容比率盤的乘積的前6位有效數(shù)字；介損顯示窗應顯示：“5.55-3”。

l觀察實驗電壓顯示窗：應為“000.0”，按下DC按鈕，應顯示“00.00”。

3.操作

3.1外形結構介紹(見圖1)

1.電源插座：220V/50Hz

2.保險絲：2A

3.接地端鈕（背面上2只）：使用時要確保可靠的大地連接，保證操作安全。

4.Cs插孔：接標準電容器。

5.Cxp插孔：被測Cx電位插孔，四端測量大電容時為被測電位端。

6.CxI插孔：被測Cx電流插孔，三端測量時為被測端，四端測量時為被測電流端。

7.Cx放電管：起輝電壓不大于交流30伏。

8.試驗電壓顯示微調電位器：在試驗時如發(fā)現(xiàn)顯示的試驗電壓與實際電壓誤差過大，可通過調節(jié)此電位器，來調整所顯示的電壓值，倘若有一些誤差不會影響測量精度，一般情況在出廠時已調整，故操作人員可不用調整。

9.DC電平：此按鈕是選擇在試驗電壓顯示窗是顯示試驗電壓還是流經標準電容器的電流Ics。

10.Cx微調按鈕。

11.Cx微調電位器：當四端測量需消除引線影響時，按下“Cx微調按鈕”，

調節(jié)電位器，使指零儀指示盡可能小，具體使用可見后章。

12.標準電容器選擇開關：共有兩檔，100pF和1000pF，當四端測量時，并需要引線補

償時，選用100pF作標準時置于“100pF”，若選用1000pF作標準時置于“1000pF”。

13.測量形式選擇開關：當三端測量時置于“3”，當四端測量時置于“4”。

圖1

14.指零儀表頭：平衡時表針指零，使用時不要使表頭指針超滿偏，以免損壞。在測量接線完畢后，緩慢升起電壓，如接線的屏蔽、接地良好，那么指零儀的靈敏的開關在零位時，指針指示也應該為零。通過此可檢查屏蔽和接地是否良好，如發(fā)現(xiàn)指針與試驗電壓一起在升高，必須馬上切斷高壓，檢查測量回路接線，倍率開關位置是否合適。

15.試驗電壓顯示窗：能在高壓試驗時顯示試驗電壓，單位為kV。在DC電平按下時，還可顯示流經標準電容器的電流單位為mA，本電橋通過標準電容器的電流Z大為15mA。

16.靈敏度轉換開關：共有7檔，調節(jié)平衡時逐漸增大靈敏度，直到所需要的讀數(shù)分辨率為止。

17.標準電容量預置盤：電橋內部的計算機將通過這里給定的標準電容量的值，對所測試的結果進行數(shù)據處理，然后在顯示窗上顯示出被測試品的電容量及介質損耗值。

18.損耗角正切tgδ平衡調節(jié)電位器。

19.損耗角正切tgδ平衡調節(jié)盤。

20.電容比率調節(jié)平衡盤（Cx/Cs）：共6位讀數(shù)，平衡后直讀電容比率值。

21.電源按鈕開關：按下接通電源，紅燈亮。

22.介質損耗角正切值tgδ“+”“-”選擇開關：當被測tgδ大于標準tgδ時置于“+”；當被測tgδ小于標準tgδ時或測電抗器時置于“-”。

23.Cx倍率轉換開關（K）：共有十檔量程。

24.打印機：可打印出測試結果，具體操作詳見附錄。

25.被測試品介質損耗顯示窗。

26.被測試品電容量顯示窗。

注意：

在試驗前，電橋必須可靠與大地連接，靈敏度開關必須回零位，否則在試驗時電

橋會發(fā)生過大的不平衡，造成指零儀的指針過分偏轉而損壞。一般可在外回路沒有施加任何電壓的條件下，進行初次平衡。因為本儀器的高靈敏度能使系統(tǒng)在周圍始終存在的電磁場下得到利用。

流經標準電容器及被測電容器的電流必須符合技術指標的要求。以防止電流比較儀的線路損壞。

3.2電容測試

3.2.1準備工作：預置

先將此盤示值調節(jié)到所使用的標準電容器實際電容量值。然后將接地端鈕與大地可靠連接，電源線接到合適的電源上，指零儀的靈敏度開關置零。Z后按下按鈕接通電源，紅燈亮。

3.2.2電容與損耗角正切值tgδ的三端測量

（1)在標準電容側的Z大電流不得超過15mA（特殊訂貨可達30mA），在試驗時 應引起注意。為了獲得Z大的分辨率，Ics不應小于1mA。

（2)用專用測量電纜線將標準電容接到電橋背面Cs插座，被測試品接到CxI插座見圖9。

（3)將倍率開關置于相應的位置上，再將Cx測量型式開關（圖1序13）置于“3”（三端測量）。

（4)接線完閉后，緩慢升起電壓，如接線的屏蔽、接地良好，那么指零儀的靈敏度開關在零位時，指針指示也應該為零。通過此可檢查屏蔽和接地是否良好，如發(fā)現(xiàn)指針與試驗電壓在一起升高，必須馬上切斷高壓，檢查測量回路接線、倍率開關位置是否合適。

（5)在未加試驗電壓之前，逐漸增加靈敏度，利用電橋的高靈敏度而進行初步平衡，尋找出一接近平衡的數(shù)值，以避免施加試驗電壓后由于極大不平衡而造成的困難。當Ins指示1mA時即當Cs=100pF試驗電壓為30kV時，本電橋分辨率無論是電容比值或tgδ均能達到1×10^-6，倍率選擇可按表2所示預置。若標準電容為1000pF則被測相應增大10倍。

例1如果Cx=400pFCs=100pF倍率“K”置于“5”；

則測量盤Cx/Cs讀數(shù)為0.800000

例2如果Cx=30pFCs=100pF倍率“K”置于“1”

則測量盤Cx/Cs讀數(shù)為0.300000

如果被測電容器的值不知道，開始時Z好將測量計數(shù)盤置于0.500000的位置，然后改變倍率K，使指零儀指向較小的偏轉，增大靈敏進一步調節(jié)讀數(shù)

盤使電橋逐步平衡，然后計得被測值，若要獲六位讀數(shù)按此被測容量值，選擇適當?shù)谋堵?/span>K。 表2

（6)施加試驗電壓逐漸增大靈敏度，反復調節(jié)Cx/Cs讀數(shù)盤及tgδ讀數(shù)盤直到指零儀表頭指針置于零點。此時電橋達完全平衡，只需滿足使用者所需要的讀數(shù)能分辨即可，不一定要將靈敏度置于Z大“7”檔。此時電容量及介損顯示窗將顯示被測的電容量及介損值。也可以用打印機將有關數(shù)據打印出來。打印格式如下：

打印單說明：U-TEXT：打印時的測試電壓

Ics：流經標準電容器的電流

Cn：面板上“Cn”所置的標準電容量值

Cx：被測試品的電容量。（與Cn所置的量有關）

tgδ：被測試品的介損值。

還可根據電橋的測量盤示值來計算。

被測電容值按下式計算：

Cx=K (Cx/Cs) Cs…………………………………………………（1）

其中：K——倍率開關指示值

Cx/Cs——電橋讀數(shù)

Cs——標準電容實際值

電橋tgδ盤讀數(shù)即為被測試品的tgδ值，但更精確的數(shù)值應按下式計算：

tgδx=A tgδ（讀）+ tgδs……………………………………(2)

式中：tgδ（讀）——電橋讀數(shù)值

tgδs————標準電容的自身介損值

A ————— f'/f（f'：為實際頻率、f：50Hz）

3.2.3電容及損耗角正切值tgδ的四端測量

測量大電容時，電容器的阻抗很小，因此接線阻抗不能忽略。標準電容器的接線阻抗低于標準電容器阻抗的1×10^-7，電流比較儀繞組的內部阻抗則為標準電容器阻抗的百萬分之幾。為了能在測量大容量時，保證測量精度，引線阻抗必須補償。其接法如圖2所示。

補償引線調零步驟如下：

（1)標準電容Cs的低壓測量端用專用導線接到電橋Cs插座。

標準電容Cs高壓端用另一專用導線（此導線將作為Cx電位端的引線）接到接到Cxp插座。

（2)按下電橋電源按鈕，電橋Cx/Cs數(shù)盤置于“10”，倍率開關置于相應的位置。 電橋被測Cx測量形式開關置于“4”，標準電容Cs選擇開關置于與所選用標準電容量相一致的位置（例當使用1000pF作標準電容時，此開關置于“1000pF”）。指零儀靈敏度置于“4”，然后按下Cx微調按鈕，并用螺絲批調節(jié)下面小孔內的微調，使指零儀指針指于零（或Z?。藭r調零補償引線結束。