Dielectric response measurement is widely used for condition assessment of high voltage equipment and for characterizing candidate materials. Measurement with high accuracy and reliability is important in all stages of the lifetime of high voltage equipment, from manufacture to replacement decision. However, several deficiencies in the commonly used measurement methods may affect the reproducibility and accuracy of results. This thesis focuses on two issues: the contact problems between the surfaces of sample and electrode in the measurement of solid insulation samples, and the non-linear phenomenon of voltage-dependent permittivity occurring in measurements on insulating liquids such as oil and oil-paper insulation.

For reducing the contact problems, this thesis introduces an easily realized electrode arrangement for non-contact measurements. The performance of the electrode arrangement is evaluated in terms of the edge effect and the measure-guard capacitance that can influence results if there is deviation of the potentials of the guard and measure electrodes. The non-contact and contact methods are compared based on the error-sensitivity analysis and experimental data from frequency-domain spectroscopy (FDS). The differences are investigated further, with attention to contact pressure. By using the non-contact method, the contact problems can be reduced, although error sensitivity is likely to be higher. In addition, the non-contact method can decrease the influence of the pressure applied by the electrode compared with the contact measurement. Therefore, the non-contact method can be an alternative to improve the accuracy and reliability of FDS measurements.

Regarding FDS measurements of oil and oil-impregnated pressboards, the non-linear phenomenon has been studied using combined AC and DC voltages as stimuli. The complex permittivities are compared between the cases with and without the DC bias, considering the influence of the voltage amplitude and polarity and the temperature. It is seen that using the DC bias in the FDS measurements of oil and oil-impregnated pressboard can significantly decrease the voltage dependence of the complex permittivities caused by the limited numbers of ions in the liquid being blocked at boundaries. Properties of the space-charge polarization in the oil are calculated and discussed based on the DC-biased measurements. A numerical calculation of space charge polarization is done to analyze the experimental results and explain the permittivity change in terms of ion transport. It is concluded that using combined AC and DC voltages can reduce misinterpretation of results because of the voltage dependence caused by the ion movements, and can also provide a method to obtain the contribution of complex permittivities due to the space charge polarization in the oil.

Dielektrisk responsmätning används ofta för tillståndskontroll avhögspänningsutrustning och för karakterisering av kandidatmaterial. Mätning med hög noggrannhet och tillförlitlighet har värde i alla skeden av högspänningsutrustningens livslängd, från tillverkning till avlösningsbeslut.Vissa brister i de vanliga mätmetoderna kan dock påverka resultatensreproducerbarhet och noggrannhet. Denna avhandling fokuserar på två frågor: kontaktproblemen mellan provets och elektrodens ytor vid mätningav fasta isoleringsprover, och det icke-linjära fenomenet spänningsberoende permittivitet som uppstår vid mätningar på isolerande vätskor, exempelvis olje- och oljepappersisolering. För att minska kontaktproblemen introducerar denna avhandling en lättrealiserad elektroduppställning för kontaktfria mätningar. Elektroduppställningens prestanda utvärderas med avseende på kanteffekten och den mät-guard kapacitans som har inflytande om guardelektroden avviker i potential från mätelektroden. Kontakt- och kontaktfrimetoderna jämförs baserat påkänslighetsanalys och experimentella data från frekvensdomänspektroskopi (FDS). Skillnaderna undersöks vidare, med hänsyn till kontakttryck. Denna kontaktfria metod jämförs också med den rapporterade ensidiga kontaktfria metoden. Det visas att användning av en kontaktfri metod för att minska kontaktsvårigheterna mellan provet och elektroderna är ett genomförbart alternativ, medan fel känsligheten sannolikt är högre. När det gäller FDS-mätningar av olja och oljeimpregnerade pressboard har det ickelinjära fenomenet studerats med kombinerade växel- och likspänningar som stimulanser. Det komplexa permittivitetet jämförs mellan fallen med och utan likspänningen, med hänsyn till påverkan avspänningsamplituderna och polariteten samt temperaturen. Det observeras att användning av likspänningen i FDS-mätningarna av olja och oljeimpregnerad pressboard avsevärt kan minska spänningsberoendet avde resultat som orsakas av det begränsade antalet joner i vätskan som blockeras vid gränserna. Egenskaperna hos rymdladdningspolariseringen i oljan beräknas och diskuteras baserat på mätningarna där likspänningen inkluderades. En numerisk beräkning av polarisering av rymdladdning görs för att analysera de experimentella resultaten och förklara orsakerna till permittivitetsförändringen när det gäller jontransporten. Slutsatsen är att kombinerade växel- och likspänningar kan minska misstolkning av resultat av praktiska prov som konsekvens av jonrörelser, samt erbjuda en metod för att härleda bidraget som rymdladdningspolarisering gör till uppmätt komplex permittivitet.