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‌‌北广精仪智能型绝缘油电阻率与介质损耗测定仪‌GDAT-C1

时间:2026-11-14来源:产品与服务浏览次数:1

  主要用于绝缘油等液体绝缘介质的介质损耗因数和直流电阻率的测量,也可对抗燃油进行电阻率测量,内部集成了介损油杯、温控仪、温度传感器、介损测试电桥、交流试验电源、标准电容器、高阻计、直流高压源等主要部件。

  绝缘油在变压器、互感器、套管、油断路器这些充油设备里同时承担绝缘与散热两项职责。它的电学状态好不好,通常用两个量来描摹:介质损耗因数与直流电阻率。前者看油在交变电场下把电能转成热能的多少,后者看油在直流电场下阻挡泄漏电流的能力。两个量一旦偏离常规区间,往往说明油里混进了极性杂质、水分、纤维或者老化产物。

  在实际检测中,有一个容易被忽略的事实:同一桶油,在不一样的温度下测出的介质损耗因数与直流电阻率可以相差数倍。这在某种程度上预示着,任何一次测量的结果,如果不连同温度一起报告,它就缺少可比性。也正因如此,一台油品介损与电阻率测定仪要解决的,先不是“测得准不准”,而是“温度稳不稳、两次测量的温度是不是同一个点”。

  智能型绝缘油电阻率与介质损耗测定仪GDAT-C1依据 GB/T5654-2007《液体在允许电压下不导电的材料 相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》设计制造,用于绝缘油等液体绝缘介质的介质损耗因数与直流电阻率测量。仪器采用一体化结构,内部集成了介损油杯、温控仪、温度传感器、介损测试电桥、交流试验电源、标准电容器、高阻计、直流高压源等主要部件;内部采用全数字技术,配备大屏幕 5.7 寸 TFT 纯彩液晶触控显示器,全中文菜单,测试结果能自动存储并打印输出。

  GB/T5654-2007 的标题里并列了三个测量对象:相对电容率、介质损耗因数、直流电阻率。三者在同一套电极、同一桶油样、同一温度点下取得,从不同侧面描述液体绝缘介质的电学行为。设备名称里只提到两项,是因为相对电容率通常作为计算过程的中间量出现,而检验测试报告里更被关注的是后两项。把三者的关系理清,有助于看懂整台仪器的工作逻辑。

  相对电容率,也叫介电常数,记作 εr,指的是同一电极结构中,以油样为介质时的电容与以真空为介质时的电容之比。它反映介质在电场中被极化的能力。干燥、洁净的矿物绝缘油,相对电容率通常在 2.2 附近;油中一旦溶入水分、极性老化产物,相对电容率会随之上升。它的测量值本身是一个无量纲的比数。

  介质损耗因数,记作 tanδ 或 D,指的是绝缘介质在交变电场中消耗的有功功率与无功功率之比。它衡量油样在交变电场下发热的相对程度。油老化时生成的极性分子、有机酸与胶质会随电场转向,把电能转成热能,这些产物直接把 tanδ 抬高。所以介损的上升,往往先于击穿、也先于明显的酸性变化出现。

  直流电阻率,记作 ρ,指的是油样在直流电场下对电流的阻碍程度,单位是电阻率单位。它衡量的是油中载流离子迁移的难易。离子来源包括水分、溶解的酸、金属皂以及各类老化产物。电阻率下降,意味着油中带电粒子增多、泄漏电流增大,长时间运行下的发热与劣化会随之加快。

  三者里,相对电容率与介质损耗因数在交流电压下测出,直流电阻率在直流电压下测出。这也解释了为什么一台能同时给出这两类结果的设备,内部必然同时装有交流试验电源与直流高压源,而不是把两套独立仪器简单地拼在一起。

  先看效率。介损测量需要高压、需要标准电容器、需要低损耗的油杯与电桥;电阻率测量需要直流高压、需要高阻计,还要防范表面泄漏的干扰。如果两套测量各用一台仪器,一桶油要倒两次、温度要控两次、油杯要清洗两次,重复劳动之外,两次测量之间的温度差异还会让数据难以对齐。

  再看数据本身。介质损耗因数与直流电阻率都随气温变化明显,同一油样在 20℃ 与 90℃ 下测得的数值可以差出数倍。若两项测量不在同一温度点完成,理论上就无法把它们放在同一个坐标里比较。更麻烦的是,油样在转移、静置、二次加热的过程中会接触空气、吸附水分,第二次取样的油,严格说来已经不是同一份样品。

  一体化结构把这两套测量做进同一台机箱:介损油杯、温控仪、温度传感器、介损测试电桥、交流试验电源、标准电容器、高阻计、直流高压源这些原本分立的部件,共用一只油杯、一套控温、一块人机界面。一次装油就可以完成两项测量,温度只需稳定一次,两个数据天然处在同一温度点,清洗状态也一致。对需要长期跟踪油品老化趋势的实验室来说,这种“同条件”带来的纵向可比性,比单独提高某一项的精度更有实用价值。

  该设备的油杯采用符合 GB/T5654-2007 的三电极式结构,极间间距 2mm。所谓三电极,由测量电极、高压电极与保护电极组成。保护电极的作用是“分流”——把沿绝缘表面爬过的电流引导开,让它不经过测量回路,从而消除杂散电容与泄漏对介损测试结果的影响。油的介损本身很小,量级常在万分之几到千分之几,若表面电流与杂散电容没有被引开,它们会叠加到测量结果里,把本来很小的 tanδ 抬高甚至淹没。

  2mm 的极间间距是标准结构的一部分。间距确定之后,油杯的电容量、电场分布与换算系数才随之确定,介损因数与直流电阻率的计算结果才有统一口径。间距偏大,电场偏低、灵敏度下降;间距偏小,对油中杂质的敏感度过高、清洗要求也更苛刻。作为标准规定的几何参数,这个数值不宜随意改动,测量时也不应因装配不到位而出现实际间距偏差。

  温度是这两项测量中必须被“钉住”的条件,控温的稳定性与电桥本身的精度同等重要。

  该设备采用中频感应加热与 PID 控温算法。中频感应加热的特点是油杯与加热体之间不非间接接触,热量通过感应方式传递,加热较为均匀、升温较快、控制上也便于调节;PID 算法则根据实测温度与设定温度的偏差持续修正加热量,把温度控制在预设的温度误差范围以内。

  这种加热方式还有一个附带好处:油杯不非间接接触加热元件,减少了局部过热导致油样在杯壁上结焦、产生附加老化产物的可能,也便于维持油杯内部的清洁状态。

  需要提醒的是,升温均匀并不等于升温期间就能测量。油样从室温升到设定温度需要一段稳定时间,油杯、电极与油样之间要达成热平衡,读数才稳定。实际使用时应在温度稳定之后再取数,并把当时温度一并记入记录。

  介损测量对试验电压的品质比较敏感。若试验电压随市电波动,电桥的平衡点会跟着漂移,测量结果就难以重复。

  该设备的交流试验电源采用 AC-DC-AC 转换方式:先把市电整流成直流,再逆变成交流试验电压。经过这一次中间转换,市电电压与频率的波动被隔离在电源输入端,传到电桥上的试验电压相对来说比较稳定。这一设计对现场检测或者电源条件一般的场合有实际意义——资料明确说明,即便是在发电机发电的条件下,该仪器也能正确运行。

  交流试验电压可连续调节,调节范围为 200~2200V,频率 50Hz。油品介损测量通常并不是特别需要把电压加到很高,较低的试验电压即可得到稳定的介损读数;较高的电压则用于观察损耗随电压的变化趋势,或者用于特定规程要求的试验条件。电压可调,意味着同一台设备能覆盖不同油品的不同试验要求。

  这条链条由直流高压源、高阻计与同一只油杯构成。直流高压源把直流试验电压施加在油杯上,油样在此电压下产生微弱的泄漏电流;高阻计测出这一回路的绝缘电阻,再结合油杯的几何尺寸(电极面积与极间间距)换算出直流电阻率。因为绝缘油的电阻率很高,泄漏电流常处在极微弱的量级,所以高阻测量的抗干扰的能力、屏蔽的完整性就显得格外关键。

  直流试验电压同样可连续调节,调节范围为 0~500V。之所以用可调直流电压,是因为油样在不同电场强度下的电阻率读数可能有差异,标注测量条件时需要把所加电压一并写明;同时,较低的电压有助于减少油样在测量过程中的附加变化。

  介损测量本质上是“比较”——把油样的损耗与一个已知损耗的参考量作比较。参考量的稳定性,决定了整套测量长期是否可信。

  该设备内部的电容器为 SF6 充气三点极式电容,其介损及电容量不受环境和温度、湿度等影响,使仪器精度在长时间使用后仍然得到保证。若换用普通电容器作基准,环境温湿度的波动会立即进入基准值,经常使用后精度会渐渐漂移,甚至无法判断究竟是油变了还是基准变了。

  充气结构本身还兼具绝缘与灭弧的作用,配合三极式的屏蔽设计,能更加进一步降低杂散耦合对电桥平衡的影响。对使用方来说,这一部件的意义在于:它让“长期比对”这件事有了支点——同一台设备在若干年内测得的油品数据,才可能相互比较,用于跟踪老化趋势。

  油杯在每次使用后都要清洗。清洗是否干净、装配是不是到位,直接影响下一次测量的可信度。该设备具备空电极杯校准功能,可以测量空电极杯的电容量和介质损耗因数,据此判断空电极杯的清洗和装配状况;校准数据自动保存,以利于相对电容率和直流电阻率的精确计算。

  这一功能的价值在于把“看不见的状态”变成“可读的数字”。若空杯的介损读数偏高,说明电极表面可能残留旧油膜或污染物;若空杯的电容量偏离常规值,说明装配可能有偏差。发现问题之后先处理油杯,再装油测量,能够尽可能的防止把油杯自身的状态误差带入油品数据。

  该设备依据 GB/T5654-2007《液体在允许电压下不导电的材料 相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》设计制造。这一标准对试验电极、试样处理、试验温度、试验电压、测量程序与结果计算等都作了规定,与之对应的国际标准为 IEC 60247。

  标准中同时涉及相对电容率、介质损耗因数与直流电阻率三项参数的测量方法。其中,三电极式油杯、极间间距、试验温度的稳定性要求,都是标准为了能够更好的保证不同实验室之间数据可比而设定的。测量时除了记录结果,还应记录当时的试验温度与所加电压,这两项条件缺失,数据的可比性会打折扣。

  绝缘油的介损与电阻率检测,通常与耐压、含水量、酸值、击穿电压等项目配套进行,各自从不同角度描述油品状态。介损与电阻率两项的突出之处在于,它们对油品的早期劣化比较敏感,能够在油品外观还清亮的时候先反映出变化趋势。标准存在版本更替,实际执行以所委托检测任务指定的现行有效版本为准。

  GDAT-C1采用一体化结构,把测试所需的各个功能单元集成在一台机箱之中,减少了外围接线的数量,也压缩了设备的占地面积,便于在实验室固定工位或者现场检测车上使用。

  其一是加温与测温链,由温控仪、温度传感器配合中频感应加热部件构成,负责把油样稳定在设定温度点,并把该温度作为测量条件记录下来。

  其二是交流介损链,由交流试验电源、标准电容器、介损测试电桥和介损油杯构成。交流电源施加试验电压,油杯中的油样构成被试支路,标准电容器提供参考基准,电桥比较两者,得出电容量与介质损耗因数。

  其三是直流电阻率链,由直流高压源、高阻计与油杯构成。直流高压施加在油杯上,高阻计测出油样的绝缘电阻,再结合油杯几何尺寸换算出直流电阻率。

  三条链共用同一只油杯、同一套控温与同一块触摸屏。人机交互部分采用大屏幕 5.7 寸 TFT 纯彩液晶触控显示器,界面为全中文菜单,显示清晰,操作直观。控制核心以 RAM9 平台为核心,配合数字信号处理技术,完成数据的采集、运算与显示;仪器以 RAM9 平台为核心,测试精度高、速度快,在批量样品检测的场合可以缩短单次检测的等待时间。

  测量精度:电容量 ±(1%读数+0.5pF);相对电容率 ±1%读数;介质损耗因数 ±(1%读数+0.0001);直流电阻率 ±10%读数

  温度设置范围 0~120℃,交流电压设置范围 200~2200V,直流电压设置范围 0~500V;油杯为三电极式结构,极间间距 2mm。

  技术指标一栏里,测量范围与测量精度都按“电容量、相对电容率、介质损耗因数、直流电阻率”四项分别给出,读的时候要一一对应,不能混用。

  电容量范围 5pF~200pF,对应的是油杯在装油状态下的电容量。之所以下限设在 5pF,是因为低于这个量级时引线与杂散电容的相对影响会变大;上限 200pF 则与油杯的几何尺寸相匹配。

  相对电容率范围 1.000~30.000。下限取 1.000,是因为空气与线;绝缘油的相对电容率通常在 2 附近,30 的上限足以覆盖含较多极性组分或含水较多的油样。

  介质损耗因数范围 0.00001~100。下限 0.00001 决定了设备能分辨多小的损耗,上限 100 则覆盖了损耗很大的劣化油样。

  直流电阻率范围 2.5 MΩ·m~20 TΩ·m。这个跨度很大,从兆欧·米一直覆盖到太欧·米,说明设备既面向洁净的新油,也面向电阻率已经显而易见地下降的运行油。

  精度方面,电容量为 ±(1%读数+0.5pF),相对电容率为 ±1%读数,介质损耗因数为 ±(1%读数+0.0001),直流电阻率为 ±10%读数。读数项前带“±”的写法说明误差由“读数的百分比”加“固定项”两部分所组成,低读数时固定项占的比重更大,这也是介损测量在小量值处更要关注油杯清洗状况的原因。

  分辨率一栏给出的是设备能显示到的小数位:电容量 0.01pF,相对电容率 0.001,介质损耗因数 0.00001。分辨率与精度是两件事——分辨率说的是“能看到多细”,精度说的是“看得到底准不准”。介损因数分辨率 0.00001,与它的测量精度 ±(1%读数+0.0001) 配合,足以跟踪油品老化的缓慢变化。

  温度测量误差为 ±0.5℃,测温范围 0~120℃。温度是这两项测量的共同前提,温度读错 0.5℃,油品介损的读数就会跟着偏;所以温度传感器要按使用上的要求安装到位,并保持与油样的良好接触。环境和温度 0℃~40℃、相对湿度 75% 的使用条件,属于仪器自身正常工作的环境要求,与试验温度是两个不同的概念,阅读报告时不要混淆。

  该设备采用大屏幕 TFT 纯彩液晶触控显示器,显示清晰。操作人员只需简单设置,仪器即可自动来测试,并自动存储和打印测试结果。

  全中文菜单的意义在于降低了使用门槛。介损与电阻率测量的操作链条比较长——装样、设温、设压、升温、稳定、测量、取数、清洗,每一步都可能出错。界面把参数设置集中到少数几个页面,操作人员通过触控完成设置与启动,仪器按预设顺序自动推进。资料说明,操作人员不需专业培训就能熟练使用,这对检测任务较多的实验室、以及需要在多个站点之间轮换操作人员的场合,是比较实在的便利。

  触控屏属于机械设备,日常使用中应避免用尖锐物体划压,擦拭时使用柔软的干布,不要在屏幕上直接泼洒清洗剂或油样。

  测试结果能自动存储并打印输出。自动存储省去了人工誊抄,也降低了抄录出错的可能,便于检测记录的管理与追溯。

  该设备自带实时时钟,测试日期、时间可随测试结果保存、显示、打印。这一功能的实用之处在于:油品检测往往要做趋势跟踪,同一台设备在不同时间测得的数据,需要按时间顺序排列才有意义。日期与时间随结果一并留存,比事后补记更可靠,也让同一批样品的检测记录便于检索。

  对需要出示检验测试记录的单位来说,打印输出的纸质记录可以与电子存储互为备份;对需要长期归档的单位,则应留意存储数据的定期导出,避免数据在设备内累积过多。

  该设备具备健全的保护功能。当有过压、过流、高压短路等情况时,仪器能迅速切断高压,并发出警告信息;当温度传感器失效或没有连接时,也会发出警告信息。

  在中频感应加热炉内设有限温继电器,当温度超过 120 度时,继电器释放,加热停止。这一道机械式的保护与软件控温相互独立,即便控温环节出现异常,温度也不会持续上升。

  保护功能的存在不等于可以放松操作规范。测量过程中手不要伸入油杯区域,更换油样前应确认高压已经切断并由设备完成自动放电,遇到告警信息应先查明原因再处理,不要通过反复启停来“绕过”提示。

  其一是准备。确认仪器处于水平、通风的位置,检查电源电压与频率是否在 AC 220V±10%、50Hz/60Hz ±1% 的范围以内,确认油杯洁净、电极无残留油膜。

  其二是空杯校准。装配好油杯后先做一次空电极杯校准,读取空杯的电容量与介质损耗因数,判断清洗与装配状况;校准数据自动保存,供后续计算使用。

  其三是取样与装油。取有代表性的油样,按规定量注入油杯,避免气泡滞留;装油后静置片刻,让油样与电极充分浸润。

  其四是设温。把温度设置在所需温度点,设置范围为 0~120℃;常用试验温度为 90℃,具体按所依据的方法要求确定。

  其五是升温与稳定。启动加热,等温度升至设定值并稳定;在温度尚未稳定时不取数,等油杯、电极与油样之间达成热平衡。

  其六是设压。按试验要求设置交流试验电压(200~2200V 连续可调)或直流试验电压(0~500V 连续可调),并核对电压显示值。

  其七是测量。启动测量,仪器自动完成电容量、相对电容率、介质损耗因数(以及直流电阻率)的测量与计算。

  其八是读数与记录。读取结果时连同试验温度、试验电压一并记下;测试日期与时间由实时时钟随结果保存。

  其九是排油与清洗。测量结束后先切断高压、确认放电完成,再排出油样,用适宜溶剂清洗油杯并干燥,为下一次测量做准备。

  其一,温度未稳定。油样与油杯尚未达成热平衡就取数,读数会随温度漂移;这是造成重复性差的头一位原因。

  其二,油杯清洗不到位。电极表面残留旧油膜,会把上一次测量的损耗带进这一次的结果,使介损读数偏高。

  其三,油样含气泡。气泡在电极间占据空间,改变了等效介质的组成,使电容量与介损读数出现波动。

  其四,油样受潮。取样、转移过程中接触潮湿空气,油样吸收水分,介损升高、电阻率下降,测得的已不是原始油品状态。

  其五,装配误差。油杯装配不到位会使实际极间间距偏离 2mm,电极面积的有效值也随即改变,换算结果随之产生偏差。

  其六,试验电压选择不当。电压过低时损耗读数偏小、信噪比不足;电压过高则可能会导致油样局部变化,需要按方法要求取值。

  其七,表面泄漏与杂散耦合。保护电极接线不当、屏蔽不完整时,表面电流会混入测量回路。

  其八,读数口径不一致。介损因数与直流电阻率对温度敏感,若两次测量的温度点不同,数据本身就不具备可比性。

  合理的做法是把同一设备的历次数据按时间排列,观察介损因数与直流电阻率的变化方向。若介损因数缓慢上升、直流电阻率同步下降,通常说明油品在老化或受污染,需要结合酸值、含水量、击穿电压等项目综合判断;若介损因数上升而直流电阻率变化不明显,可能偏向极性污染;若直流电阻率显而易见地下降而介损升幅有限,则可能偏向离子性污染或微量水分。

  判读时还需要注意数据本身的条件:不一样的温度点测得的数据不能直接比较;不同油杯、不同清洗状态下的数据也宜谨慎对待。设备自动存储的日期时间、试验温度与试验电压,正是为了让这种纵向比较有据可依。

  油杯是维护的重点。每次测量后应排净油样、及时清洗并干燥,避免旧油在电极表面结膜;长期不用时,油杯应保持洁净、干燥存放,电极表面不要用手触摸。

  温度传感器与加热部件应保持清洁,避免油污积聚影响传热。限温继电器属于保护部件,不要擅自拆卸或调整其动作值。

  触摸屏与外壳的清洁,使用柔软干布擦拭即可,不可以使用腐蚀性溶剂。仪器应放置在环境和温度 0℃~40℃、相对湿度 75% 的场所,避免振动、灰尘与强电磁干扰的环境。

  电源方面,应确认供电在 AC 220V±10%、50Hz/60Hz ±1% 的范围以内;若长期在电源条件较差的场所使用,建议加装稳压装置。仪器功耗 100W,对供电容量的要求不高,但接地必须可靠。

  其一是电力运行部门的油务监督。对变压器、互感器、套管、油断路器中的绝缘油按周期取样检测,跟踪介损与电阻率的变化趋势。

  其二是油品生产与净化单位。对出厂油、滤油处理后的油进行仔细的检测,判断处理效果是不是达到要求。

  其三是设备制造厂家。在变压器、互感器等产品出厂试验中,对注入设备的绝缘油进行介损与电阻率测量。

  其四是电力科研与检验测试的机构。开展油品状态评估、老化规律研究、不同油源对比等工作。

  其五是检修与滤油现场。在换油、滤油、干燥处理前后作对比测量,判断处理是否有效。

  其六是新能源与特种电气设备领域。对变频器、电抗器、电容器等设备中使用的液体绝缘介质进行检测。

  其八是设备状态评估服务。作为充油设备状态评估的一个检验测试的项目,与耐压、含水量等项目配套使用。

  一是测量的一体化程度继续提高。把介损、电阻率乃至相对电容率的测量集中在同一只油杯、同一温度点完成,慢慢的变成了主流做法,目的是减少条件差异带来的数据分歧。

  二是温控的精度与稳定性被提到更重要的位置。既然两项数据都强烈依赖温度,控温环节的均匀性与稳定时间就成为影响结果重复性的关键。

  三是人机交互继续简化。中文触控界面、自动存储、自动打印、实时时钟这类配置,降低了操作门槛,也减少了人工记录环节的差错。

  四是数据管理的需求上升。检测记录需要长期归档与检索,设备的存储容量、导出接口与记录完整性,正在成为选型时的考虑项。

  五是安全防护的独立性增强。软件控温之外再加机械式限温保护,高压异常时自动切断并告警,这类“相互独立的多重保护”思路,被慢慢的变多地采用。

  绝缘油的介质损耗因数与直流电阻率,是两个能够较早反映油品劣化趋势的指标。它们的测量对温度敏感,因此“把温度先钉住、让两项测量在同一条件下完成”,是这类设备设计的出发点。GDAT-C1采用一体化结构,把介损油杯、温控仪、温度传感器、介损测试电桥、交流试验电源、标准电容器、高阻计、直流高压源等部件集成在同一机箱内,配合三电极式油杯、中频感应加热与 PID 控温、充气式内部标准电容器,为绝缘油等液体绝缘介质的介损因数与直流电阻率测量提供了一套便于日常使用的方案。用好它的关键,不在参数本身,而在把温度、油杯状态、油样代表性与读数条件这几件事一并管好。