IEC 61620:1998
(Main)Insulating liquids - Determination of the dielectric dissipation factor by measurement of the conductance and capacitance - Test method
Insulating liquids - Determination of the dielectric dissipation factor by measurement of the conductance and capacitance - Test method
Describes a method for simultaneous measurement of conductance G and capacitance C enabling the calculation of the dielectric dissipation factor tan delta of insulating liquides. Method applies to both unused insulating liquids and insulating liquids in service in transformers and in other electrical equipment.
Isolants liquides - Détermination du facteur de dissipation diélectrique par la mesure de la conductance et de la capacité - Méthode d'essai
Décrit une méthode de mesure simultanée de la conductance G et de la capacité C permettant le calcul du facteur de disspation tan d'isolants liquides. La méthode s'applique aussi bien aux isolants liquides neufs qu'aux isolants liquides en service dans les transformateurs ou autres appareils électriques.
General Information
Standards Content (Sample)
NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-11
Isolants liquides –
Détermination du facteur de dissipation
diélectrique par la mesure de la conductance
et de la capacité –
Méthode d’essai
Insulating liquids –
Determination of the dielectric dissipation factor
by measurement of the conductance
and capacitance –
Test method
Numéro de référence
Reference number
CEI / IEC 61620:1998
Numéros des publications Numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60 000. issued with a designation in the 60 000 series.
Publications consolidées Consolidated publications
Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,
Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to
indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-
publication de base incorporant l’amendement 1, et porating amendment 1 and the base publication
la publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.
et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept under
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état constant review by the IEC, thus ensuring that the
actuel de la technique. content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de re- Information relating to the date of the reconfirmation of
confirmation de la publication sont disponibles dans the publication is available in the IEC catalogue.
le Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical com-
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des mittee which has prepared this publication, as well as
publications établies, se trouvent dans les documents the list of publications issued, is to be found at the
ci-dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour régulièrement Published yearly with regular updates
(Catalogue en ligne)* (On-line catalogue)*
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI* Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé as a printed periodical
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60 050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI). (IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre. * See web site address on title page.
NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-11
Isolants liquides –
Détermination du facteur de dissipation
diélectrique par la mesure de la conductance
et de la capacité –
Méthode d’essai
Insulating liquids –
Determination of the dielectric dissipation factor
by measurement of the conductance
and capacitance –
Test method
IEC 1998 Droits de reproduction réservés Copyright - all rights reserved
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CODE PRIX
Commission Electrotechnique Internationale
PRICE CODE S
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– 2 – 61620 CEI:1998
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION . 6
Articles
1 Domaine d’application. 8
2 Références normatives. 8
3 Définitions. 10
4 Principe de fonctionnement . 12
5 Appareillage. 14
6 Echantillonnage. 18
7 Etiquetage. 18
8 Procédure. 20
9 Expression des résultats . 24
10 Rapport d’essais. 24
11 Fidélité. 26
Annexe A (normative) Procédure exhaustive de nettoyage des cellules d’essai . 28
Annexe B (normative) Procédure simplifiée de nettoyage des cellules d’essai
consacrées aux mesures sur un seul type de liquide . 30
Annexe C (informative) Considérations générales sur les facteurs influençant
la conduction des liquides . 32
Annexe D (informative) Bibliographie. 42
61620 IEC:1998 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
INTRODUCTION .7
Clause
1 Scope . 9
2 Normative references . 9
3 Definitions.11
4 Principle of operation . 13
5 Apparatus.15
6 Sampling.19
7 Labelling.19
8 Procedure.21
9 Expression of results. 25
10 Test report.25
11 Precision.27
Annex A (normative) Exhaustive cleaning procedure for the test cells. 29
Annex B (normative) Simplified cleaning procedure for test cells devoted
to only one type of liquid. 31
Annex C (informative) General considerations on the factors influencing
the conduction of liquids. 33
Annex D (informative) Bibliography . 43
– 4 – 61620 CEI:1998
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
___________
ISOLANTS LIQUIDES –
DÉTERMINATION DU FACTEUR DE DISSIPATION DIÉLECTRIQUE
PAR LA MESURE DE LA CONDUCTANCE ET DE LA CAPACITÉ –
MÉTHODE D'ESSAI
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes Internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques, représentent, dans la mesure
du possible un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61620 a été établie par le comité d’études 10 de la CEI: Fluides
pour applications électrotechniques
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
10/446+446A/FDIS 10/458/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Les annexes A et B font partie intégrante de cette norme.
Les annexes C et D sont données uniquement à titre d’information.
61620 IEC:1998 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
___________
INSULATING LIQUIDS –
DETERMINATION OF THE DIELECTRIC DISSIPATION FACTOR
BY MEASUREMENT OF THE CONDUCTANCE AND CAPACITANCE –
TEST METHOD
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical reports or guides and they are accepted by the National Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61620 has been prepared by IEC technical committee 10: Fluids for
electrotechnical applications
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
10/446+446A/FDIS 10/458/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
Annexes A and B form an integral part of this standard.
Annexes C and D are for information only.
– 6 – 61620 CEI:1998
INTRODUCTION
La conductivité σ est une caractéristique d'un liquide uniquement si elle est mesurée à
l'équilibre thermodynamique.
Afin de remplir cette condition, l'application d'un champ électrique élevé et/ou l’application
prolongée d'une tension est à éviter. Ce n'est pas le cas dans la CEI 60247 pour la mesure de
–1
la résistivité sous tension continue (champ électrique jusqu'à 250 Vmm , temps de mise sous
tension arbitrairement fixé à 1 min).
δ, σ
Il existe une relation simple entre le facteur de dissipation diélectrique tan la conductivité
et la permittivité ε d'un liquide sans pertes dipolaires (ou avec des pertes négligeables), ce qui
est le cas pour la plupart des liquides pour applications électrotechniques:
σ
tan δ =
εω
où ω = 2 πf et f est la fréquence de la tension.
δ σ
Donc, la mesure soit de tan soit de donne la même information sur les propriétés de
conduction du liquide. En fait, très souvent dans la pratique, il y a un grand désaccord entre la
résistivité calculée d'après la mesure de tan δ avec un appareil conventionnel et la résistivité
sous tension continue mesurée en suivant les recommandations de la CEI 60247.
De nouveaux appareils pour la mesure de la conductivité σ à l'équilibre thermodynamique sont
à présent disponibles. Ils sont capables de mesurer facilement avec certitude de très faibles
valeurs de σ. Les possibilités de ces nouveaux équipements permettent la mesure de σ
d’isolants liquides neufs à température ambiante.
61620 IEC:1998 – 7 –
INTRODUCTION
The conductivity σ is a characteristic of a liquid only if it is measured at thermodynamic
equilibrium.
To fulfil this requirement high electric stress and/or prolonged voltage application is to be
avoided, this is not the case in IEC 60247 for the d.c. resistivity measurement (electric stress
–1
up to 250 Vmm , conventional arbitrary time of electrification 1 min).
There is a simple relationship between the dielectric dissipation factor tan δ, the conductivity σ
and the permittivity ε of the liquid with no (or negligible) dipolar losses, which is the case of
most liquids for electrotechnical applications:
σ
tan δ =
εω
where ω = 2 πf and f is the frequency of the voltage.
Therefore, the measurement of either tan δ or σ gives the same information on the conduction
properties of the liquid. In fact, very often in practice, there are large discrepancies between
the resistivity calculated from the measurement of tan δ with conventional apparatus and the
d.c. resistivity measured following the recommendation of IEC 60247.
New devices for the measurement of the conductivity σ at thermodynamic equilibrium are
currently available. They are able to measure easily and with precision very low values of σ.
The capabilities of this new equipment allow measurements of σ of unused insulating liquids
even at room temperature.
– 8 – 61620 CEI:1998
ISOLANTS LIQUIDES –
DÉTERMINATION DU FACTEUR DE DISSIPATION DIÉLECTRIQUE
PAR LA MESURE DE LA CONDUCTANCE ET DE LA CAPACITÉ –
MÉTHODE D'ESSAI
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale décrit une méthode de mesure simultanée de la conductance
G et de la capacité C permettant le calcul du facteur de dissipation tan δ d’isolants liquides. La
méthode proposée s'applique aussi bien aux isolants liquides neufs qu'aux isolants liquides en
service dans les transformateurs ou autres appareils électriques.
Cette norme ne se substitue pas à la CEI 60247 mais en est complémentaire en ce qu'elle est
particulièrement bien adaptée aux liquides hautement isolants; elle recommande une méthode
de mesure pour ces liquides. Cette méthode permet de déterminer avec certitude des valeurs
–6
du facteur de dissipation diélectrique aussi basses que 10 aux fréquences industrielles. De
–6
plus, l'étendue des mesures de tan δ va de 10 à 1 et peut être prolongée jusqu'à 200 dans
des conditions particulières.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Au
moment de sa publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Tout document normatif
est sujet à révision et les parties prenantes aux accords fondés sur la présente Norme
internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes
des documents normatifs indiqués ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le
registre des Normes internationales en vigueur.
CEI 60247:1978, Mesure de la permittivité relative, du facteur de dissipation diélectrique et de
la résistivité (en courant continu) des liquides isolants
CEI 60475:1974, Méthode d'échantillonnage des diélectriques liquides
ISO 5725-1:1994, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure –
Partie 1: Principes généraux et définitions
ISO 5725-2:1994, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure –
Partie 2: Méthode de base pour la détermination de la répétabilité et de la reproductibilité d’une
méthode de mesure normalisée
ISO 5725-3:1994, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure –
Partie 3: Mesures intermédiaires de la fidélité d’une méthode de mesure normalisée
ISO 5725-4:1994, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure –
Partie 4: Méthode de base pour la détermination de la justesse d’une méthode de mesure
normalisée
61620 IEC:1998 – 9 –
INSULATING LIQUIDS –
DETERMINATION OF THE DIELECTRIC DISSIPATION FACTOR
BY MEASUREMENT OF THE CONDUCTANCE AND CAPACITANCE –
TEST METHOD
1 Scope
This International Standard describes a method for the simultaneous measurement of
conductance G and capacitance C enabling the calculation of the dielectric dissipation factor
tan δ of insulating liquids. The proposed method applies both to unused insulating liquids and
insulating liquids in service in transformers and in other electrical equipment.
The standard is no substitute for IEC 60247; rather it complements it insofar as it is particularly
suited to highly insulating liquids and it recommends a method of measurement for these
–6
liquids. This method allows values of the dielectric dissipation factor as low as 10 at power
δ
frequency to be determined with certainty. Moreover, the range of measurements of tan lies
–6
between 10 and 1 and can be extended up to 200 in particular conditions.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this International Standard. At the time of publication, the editions
indicated were valid. All normative documents are subject to revision, and parties to
agreements based on this International Standard are encouraged to investigate the possibility
of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. Members of
IEC and ISO maintain registers of currently valid International Standards.
IEC 60247:1978, Measurement of relative permittivity, dielectric dissipation factor and d.c.
resistivity of insulating liquids
IEC 60475:1974, Method of sampling liquid dielectrics
ISO 5725-1:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results –
Part 1: General principles and definitions
ISO 5725-2:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results –
Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard
measurement method
ISO 5725-3:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results –
Part 3: Intermediate measures of the precision of a standard measurement method
ISO 5725-4:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results –
Part 4: Basic methods for the determination of the trueness of a standard measurement method
– 10 – 61620 CEI:1998
3 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s’appliquent
3.1
conductivité (σσ)
grandeur reliée à l'intensité du champ électrique E et à la densité de courant de conduction j
par
jE= σ
3.2
résistivité (ρρ)
inverse de la conductivité σ , donné par:
ρ =
σ
3.3
résistance (R)
la résistance de la cellule d'essai remplie de liquide est le quotient de la tension V appliquée à
la cellule par le courant continu ou le courant en phase I et est donnée par
R
V
R =
I
R
Dans le cas le plus simple d'électrodes planes et parallèles de surface A distantes de L,
ρL
R =
A
3.4
conductance (G)
inverse de la résistance, donné par
G =
R
3.5
capacité (C)
la capacité de la cellule d'essai remplie de liquide est le quotient de la charge Q des électrodes
par la tension V appliquée à la cellule d'essai. Pour un condensateur plan,
εA
C =
L
où ε est la permittivité du liquide.
3.6
facteur de dissipation diélectrique (tangente de l'angle de pertes diélectriques tan δδ)
pour un matériau soumis à une tension sinusoïdale, tan δ est le rapport de la valeur de la
puissance active absorbée à la valeur de la puissance réactive. Dans le cas simple d'une
capacité C shuntée par une résistance R,
G
tan δ =
Cω
où ω = 2πf et f est la fréquence de la tension
Des détails relatifs aux facteurs influençant la conduction des liquides peuvent être trouvés
dans l'annexe C.
61620 IEC:1998 – 11 –
3 Definitions
For the purpose of this International Standard, the following definitions apply
3.1
conductivity (σσ)
quantity related to the electric field strength E and to the conduction current density j by
jE= σ
3.2
resistivity (ρρ)
reciprocal of the conductivity σ , given by
ρ =
σ
3.3
resistance (R)
the resistance of the liquid-filled test cell is the ratio of the voltage V applied to the cell to the
direct or in-phase current I , and is given by
R
V
R =
I
R
In the simplest case of plane parallel electrodes of area A and with a gap distance L,
ρL
=
R
A
3.4
conductance (G)
reciprocal of the resistance, given by
G =
R
3.5
capacitance (C)
the capacitance of the liquid-filled test cell is the ratio of the charge Q of the electrodes to the
voltage V applied to the test cell. For a plane capacitor,
εA
C =
L
where ε is the permittivity of the liquid.
3.6
dielectric dissipation factor (dielectric loss tangent tan δδ)
for a material subjected to a sinusoidal voltage, tan δ is the ratio of the value of the absorbed
active power to the value of the reactive power. In the simple case of a capacitance C shunted
by a resistance R,
G
tan δ =
Cω
where ω = 2πf and f is the frequency of the voltage.
Details about the factors influencing the conduction of liquids can be found in annex C.
– 12 – 61620 CEI:1998
4 Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement consiste à mesurer le courant capacitif et le courant de
conduction en appliquant une onde de tension rectangulaire alternative à la cellule d'essai. Le
courant capacitif est mesuré pendant le temps de montée et le courant de conduction lorsque
la tension est constante, mais avant toute perturbation possible du champ électrique due à
l'accumulation d'ions. Les courants peuvent être mesurés lors de chacune des alternances
positive et négative de la tension rectangulaire alternative pendant un certain nombre de cycles
*
pour accroître la précision de la mesure (voir figure 1 et [6] à [12] ).
V (t)
V
t
I (t)
I = C dV/dt I = V/R = GV
C R
t
IEC 1 562/98
Figure 1 – Principe de la méthode utilisant l'onde de tension rectangulaire
L'onde de tension rectangulaire V(t), d'amplitude ±V est renversée périodiquement avec une
pente dV/dt. Le courant I durant la montée et la descente de la tension est la somme du
courant capacitif (courant de déplacement) et du courant de conduction, c’est-à-dire
dV V
IC=× +
dt R
Le courant capacitif I est mesuré pendant la montée et la descente de V(t).
C
Le courant de conduction I est mesuré sur les parties horizontales de V(t), puisque V/R<
R C
à un instant convenablement choisi après l’établissement d’un régime stable au début de
chaque plateau. La capacité C, la résistance R (ou la conductance G) et tan δ à une pulsation
ω donnée peuvent être déterminées à partir des relations suivantes:
I
C
C =
dV
dt
I
V R
R = ou G =
I V
R
tan δ =
ωCR
___________
*
Les chiffres entre crochets se réfèrent à la bibliographie donnée à l’annexe D
61620 IEC:1998 – 13 –
4 Principle of operation
The principle of operation is to measure both the capacitive current and the conduction current
by applying an alternate square wave voltage to the test cell. The capacitive current is
measured during the rise time and the conduction current is measured during the stable period
of the voltage, but prior to any possible disturbance of the electric field due to ion
accumulation. The currents can be measured at both positive and negative half-waves of the
alternate square wave voltage for a number of cycles to increase the accuracy of the
*
measurement (see figure 1 and [6] to [12] ).
V (t)
V
t
I (t)
I = C dV/dt I = V/R = GV
C R
t
IEC 1 562/98
Figure 1 – Principle of operation using the square wave method
The square wave voltage V(t) of amplitude ±V, is periodically reversed with a slope dV/dt. The
current I during the rise and fall of the voltage is the sum of the capacitive current
(displacement current) and the conduction current, i.e.
dV V
IC=× +
dt R
The capacitive current I is measured during the rising and falling periods of V(t).
C
The conduction current I is measured at the flat parts of V(t), since V/R<
R C
has settled for a time at the beginning of each flat period. The capacitance C, the resistance R
(or conductance G) and tan δ at a given angular frequency ω can be determined from the
following relations:
I
C
=
C
dV
dt
I
V R
= =
R or G
I V
R
tan δ =
ω
CR
___________
*
Figures in square brackets refer to the bibliography in annex D.
– 14 – 61620 CEI:1998
5 Appareillage
Des instruments commerciaux spécifiquement construits pour cet usage ou constitués
d’éléments individuels peuvent être utilisés pour réaliser cette méthode de mesure. Le schéma
fonctionnel de la figure 2 et les indications données dans les paragraphes suivants illustrent un
type d'équipement approprié.
3 4
IEC 1 563/98
Légende
1 Cellule d'essai
2 Dispositif de chauffage
3 Générateur d'onde rectangulaire
4 Chaîne de mesure
5 Appareil de mesure
6 Enregistreur
Figure 2 – Schéma fonctionnel du système de mesure
5.1 Cellule d'essai
Les cellules d'essai à trois bornes conçues selon les recommandations données dans la
CEI 60247 conviennent en général pour cette mesure.
Un autre type de cellule d'essai dans laquelle aucun pont constitué par un isolant solide, quel
qu'il soit, n'existe entre les deux électrodes de mesure comme illustré à la figure 3, peut être
utilisé. Ce type de cellule s’avère être plus précis pour les liquides hautement isolants.
61620 IEC:1998 – 15 –
5 Apparatus
Apparatus specifically constructed or assembled from stand-alone instruments can be used to
realize this measurement method. The block diagram shown in figure 2, and the following
subclauses illustrate an appropriate equipment.
3 4
IEC 1 563/98
Key
1Test cell
2 Heating device
3 Square wave generator
4 Measurement chain
5 Meter
6 Recorder
Figure 2 – Block diagram for the measuring apparatus
5.1 Test cell
Three terminal test cells designed according to the recommendations given in IEC 60247 are
generally suitable for this measurement.
An additional type of cell in which there is no bridge made by any solid insulating material
between the measurement electrodes, as shown in figure 3, can be used. This type of cell
often proves more accurate on highly insulating liquids.
– 16 – 61620 CEI:1998
IEC 1 564/98
Légende
1 Couvercle
2 Electrode intérieure
3 Electrode extérieure
4 Récipient en acier inoxydable
5 Puits pour la mesure de la température
6 Connexions électriques par fiches BNC
Figure 3 – Exemple de cellule d'essai pour liquides hautement isolants
La distance entre les électrodes extérieure et intérieure est généralement de 4 mm; il convient
que la distance minimale ne soit pas inférieure à 1 mm. Le matériau recommandé pour les
électrodes est l'acier inoxydable. A titre d'exemple, le diamètre de l'électrode intérieure est de
43 mm, celui de l'électrode extérieure de 51 mm; la hauteur des électrodes est de 60 mm; le
diamètre du récipient en acier inoxydable est de 65 mm.
Une telle cellule d'essai a été conçue pour minimiser les effets de contamination par les
surfaces en contact avec le liquide: bien que la surface en contact soit grande, le rapport
–1
χ = «surface des électrodes»/«volume de liquide» est relativement faible (χ = 2,6 cm ) en
raison du grand volume de liquide (v = 200 cm ).
NOTE – Il est recommandé de limiter l'usage d'une même cellule à un type particulier de liquides.
5.2 Dispositif de chauffage
Le dispositif de chauffage doit être capable de maintenir la température de la cellule de mesure
à une valeur prescrite à ±1 °C. Il peut s'agir d'une étuve à circulation d'air chaud ou d'un bain
d'huile thermostatée reliés à un support de cellule adapté.
Le dispositif de chauffage doit permettre d'établir des connexions électriques blindées vers la
cellule.
61620 IEC:1998 – 17 –
IEC 1 564/98
Key
1 Cover
2 Inner electrode
3 Outer electrode
4 Stainless steel vessel
5 Sheath for temperature measurement
6 BNC plugs for electrical connection
Figure 3 – Example of a test cell designed for highly insulating liquids
The distance between the outer and the inner electrode is typically 4 mm; the minimum
distance should not be lower than 1 mm. The material recommended for the electrodes is
stainless steel. As an example, the diameter of the inner electrode is 43 mm, that of the outer
electrode is 51 mm; the height of the electrodes is 60 mm; the diameter of the stainless steel
vessel is 65 mm.
This type of test cell was designed to minimise the effects of contamination from the surfaces
in contact with the liquid: although the surface in contact is large, the ratio χ = "electrode
–1
surfaces" / "liquid volume" is rather small (χ = 2,6 cm ) due to the large volume of liquid
(v = 200 cm ).
NOTE – It is recommended to restrict the use of a given cell to a particular type of liquid.
5.2 Heating device
The heating device shall be adequate to maintain the temperature of the measurement cell
within ±1 °C of the prescribed value. It may consist of a forced draught air oven or an oil-filled
thermostatically controlled bath fitted with a shelf to support the cell.
The heating device shall provide screened electrical connections to the cell.
– 18 – 61620 CEI:1998
5.3 Générateur d'onde rectangulaire
Le générateur d'onde rectangulaire doit délivrer une tension quasi rectangulaire hautement
stabilisée. Les caractéristiques suivantes conviennent:
– amplitude: 10 V à 100 V;
– fréquence: 0,1 Hz à 1 Hz;
– taux d'ondulation: <1 %;
– temps de montée: 1 ms à 100 ms.
5.4 Chaîne de mesure
Le courant de conduction I est mesuré pendant la deuxième partie de chaque demi-période et
R
moyenné sur un nombre de périodes dépendant de la gamme de mesures. La chaîne de
mesure fournit la conductance G de la cellule d'essai
I
R
=
G
V
–
A titre d'exemple, le domaine des conductances mesurables est compris entre 2 × 10 S et
–14
2 × 10 S avec une erreur inférieure à 2 %.
La capacité C de la cellule d'essai est obtenue à partir du courant mesuré pendant la montée
de la tension. Les capacités mesurables sont comprises entre 10 pF et 1 000 pF avec une
incertitude inférieure à 1 %.
Par exemple, pour un liquide de permittivité relative ε = 2, une valeur de conductance de
r
–14 –6
2 × 10 S conduit à tan δ = 0,8 × 10 à 50 Hz.
6 Echantillonnage
Les échantillons d’isolant liquide doivent être prélevés, suivant la CEI 60475, par du personnel
qualifié. Durant leur transport et leur stockage, les échantillons doivent être à l'abri de la
lumière directe.
7 Etiquetage
Tout échantillon d’isolant liquide doit être convenablement étiqueté avant expédition au
laboratoire.
Les informations suivantes sont nécessaires:
– client ou usine;
– identification du liquide (type et qualité);
– identification de l'équipement;
– date et heure de la prise d'échantillon;
– température à l'échantillonnage;
– lieu de la prise d'échantillon;
– autres informations pertinentes.
61620 IEC:1998 – 19 –
5.3 Square wave generator
The square wave generator shall deliver a highly stable quasi-rectangular voltage. The
following characteristics are suitable:
– amplitude: 10 V to 100 V;
– frequency: 0,1 Hz to 1 Hz;
– ripple: <1 %;
– rise time: 1 ms to 100 ms.
5.4 Measurement chain
The conduction current I through the test cell is measured during the second part of each
R
half-wave and averaged over a number of periods depending on the range of measurement.
The measuring chain gives the conductance G of the test cell.
I
R
=
G
V
–6 –14
As an example, the range of measurable conductance values is 2 × 10 S to 2 × 10 S with
a margin of error of less than 2 %.
The capacitance C of the test cell is deduced from the current measured during the rise
of the voltage. The measurable capacitance values are between 10 pF and 1 000 pF with an
uncertainty of less than 1 %.
–14
As an example, for a liquid of relative permittivity ε = 2, a conductance value of 2 × 10 S
r
–6
gives tan δ = 0,8 × 10 at 50 Hz.
6 Sampling
The insulating liquid samples shall be taken in accordance with IEC 60475 by qualified
personnel. During transportation and storage the samples shall be protected from direct light.
7 Labelling
Insulating liquid samples shall be properly labelled before being dispatched to the laboratory.
The following information is necessary:
– customer or plant;
– identification of the liquid (type and grade);
– identification of equipment;
– date and time of sampling;
– temperature when sampling;
– point of sampling;
– other pertinent information.
– 20 – 61620 CEI:1998
8 Procédure
Pour obtenir une mesure correcte du facteur de dissipation tan δ, il est primordial de suivre des
règles précises concernant
– un nettoyage soigneux de la cellule d'essai;
– un remplissage soigneux de la cellule d'essai et la manipulation des échantillons de liquide
et de la cellule d'essai elle-même.
8.1 Nettoyage de la cellule d'essai
8.1.1 Mode opératoire
Selon l'état de propreté de la cellule d'essai et le niveau de conductivité du liquide à mesurer,
le mode opératoire de nettoyage de la cellule d'essai peut être plus ou moins élaboré et
prendre plus ou moins de temps.
Si l'on n'a aucune connaissance de la propreté de la cellule ou si l'on a un doute, une
procédure de nettoyage doit être effectuée.
Différents types de procédure de nettoyage peuvent être utilisés pourvu que leur efficacité ait
été démontrée.
Dans l'annexe A, une procédure de référence est donnée. Elle doit être utilisée en cas de
désaccord entre deux laboratoires.
Dans l'annexe B, une procédure simplifiée appropriée est donnée à titre d'exemple.
NOTE – Pour des essais de routine et quand plusieurs échantillons du même type de liquide neuf doivent être
testés consécutivement, la même cellule d'essai peut être utilisée sans nettoyage intermédiaire, pourvu que la
valeur de la propriété mesurée sur l'échantillon précédent soit meilleure que la valeur spécifiée. Si ce n'est pas le
cas, il faut nettoyer la cellule d'essai avant de l'utiliser pour les essais suivants.
8.1.2 Vérification de la propreté de la cellule vide
Une condition nécessaire pour une mesure correcte est que les pertes électriques de la cellule
vide soient bien plus faibles que celles du liquide à mesurer.
NOTE – Les parois de la cellule et les électrodes peuvent néanmoins retenir des impuretés susceptibles d'être par
la suite dissoutes dans le liquide.
8.1.3 Vérification de la propreté de la cellule remplie
pour des mesures à température ambiante
Si la cellule d'essai est parfaitement propre et si la température du liquide est constante, σ et
tan δ sont indépendantes du temps. La mesure peut donc se faire aussi rapidement que
possible dans la pratique. En fait, cela peut se faire en moins d'une minute. De plus, une seule
mesure sur un seul échantillon suffit pour obtenir la bonne valeur.
σ δ
Il peut arriver qu'à température constante, la conductivité (ou tan ) croisse ou décroisse en
fonction du temps, mais pas plus de 2 % après les 2 min qui suivent le remplissage. Dans ce
cas, la cellule de mesure est considérée comme suffisamment propre et la première valeur
mesurée, c'est-à-dire après 1 min ou moins après remplissage, peut être notée.
Sinon, il est recommandé, après avoir nettoyé la cellule à nouveau, d'effectuer une nouvelle
mesure sur un autre échantillon du même liquide. La plus faible des deux valeurs doit être
retenue, comme cela a déjà été recommandé dans la CEI 60247.
61620 IEC:1998 – 21 –
8 Procedure
In order to get a significant measurement of dissipation factor tan δ, it is essential to follow
precise rules concerning
– the careful cleaning of the test cell;
– the careful filling of the test cell and handling of the liquid samples and of the test cell itself.
8.1 Cleaning of the test cell
8.1.1 Operating procedure
According to the state of cleanliness of the test cell and the level of conductivity of the liquid to
be measured, the cleaning procedure of the test cell can be more or less sophisticated and
take more or less time.
If the cleanliness of the test cell is unknown or if there is any doubt, a cleaning procedure shall
be applied.
Many different types of cleaning procedure can be used provided they have proved to be
efficient.
In annex A, a reference procedure is given. It shall be used in case of dispute between two
laboratories.
In annex B, an appropriate simplified cleaning procedure is given as an example.
NOTE – For routine testing and when a number of samples of the same type of unused liquid are to be tested
consecutively, the same test cell may be used without intermediate cleaning, provided that the value of the property
for the sample previously tested is better than the specified value. If such is not the case, the test cell must be
cleaned before being used for further tests.
8.1.2 Checking the cleanliness of the empty cell
To obtain a significant measurement it is necessary that the electrical losses of the empty cell
be much lower than those of the liquid to be measured.
NOTE – Nevertheless, the walls of the vessel and the electrodes may retain impurities liable to dissolve eventually
in the liquid.
8.1.3 Checking the cleanliness of the filled cell for measurement at room temperature
If the test cell is perfectly clean and if the temperature of the liquid is constant, σ and tan δ are
independent of time. The measurement can thus be taken as soon as it is practically possible.
In fact, this can be done within 1 min. Moreover, one measurement on a single sample is
enough to obtain the right value.
σ (or tan δ
It may happen that, at constant temperature, the conductivity ) increases or
decreases with time, but not by more than 2 % at two minutes after filling. In this case the test
cell is considered sufficiently clean and the first measured value, i.e. at one minute or less after
filling, may be recorded.
If not, it is recommended, after having cleaned the test cell again, to take a second sample of
the same liquid and to carry out a second measurement. The lowest of the two values shall be
retained as already recommended in IEC 60247.
– 22 – 61620 CEI:1998
8.1.4 Vérification de la cellule remplie pour la mesure à température
supérieure à la température ambiante
Avant toute mesure à température élevée, s'assurer que la température du liquide est
réellement constante dans toute la cellule. A l'exception du cas où la cellule d'essai est
parfaitement propre, le résultat de la mesure dépendra de la façon dont la cellule d'essai et le
liquide sont portés à haute température.
Si la cellule d'essai est parfaitement propre et si la température du liquide est constante, la
conductivité σ et tan δ sont indépendantes du temps. La mesure peut donc être faite aussitôt.
En pratique, elle peut être faite dès que la température peut être considérée comme constante.
De plus, une seule mesure sur un s
...
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