高電壓的測量技術(shù)

1、高電壓測量技術(shù),高電壓的測量,穩(wěn)態(tài)高電壓：主要是指工頻交流高壓和直流高壓。沖擊電壓：快速變化的一種電壓。測量沖擊電壓的整個(gè)測量系統(tǒng)必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性。沖擊電壓的測量包括峰值測量和波形記錄兩個(gè)方面,一、高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,測量的不確定度（誤差）穩(wěn)態(tài)高電壓測量系統(tǒng)：要求測量系統(tǒng)在額定頻率下測量試驗(yàn)電壓峰值或有效值的總不確定度在±3%范圍內(nèi)。沖擊電壓測量系統(tǒng)：測量沖擊全波峰值的總不確定度為±3%范圍

2、內(nèi)。,實(shí)驗(yàn)室與電力系統(tǒng)的高電壓測量電力系統(tǒng)：電力運(yùn)行部門測量交流高電壓，是通過電壓互感器和電壓表來實(shí)現(xiàn)的。用電壓互感器測交流電壓把電壓互感器的高壓邊接到被測電壓，低壓邊跨接一塊電壓表，把電壓表讀數(shù)乘上電壓互感器的變比，就可得被測電壓值。電力系統(tǒng)沒有專門的沖擊電壓測量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室：互感器在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多，因?yàn)楦唠妷簩?shí)驗(yàn)室中所要測的電壓值常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多，特制一個(gè)超高壓的電壓互感器是比較昂貴的，而且很高電壓的

3、互感器也比較笨重，所以采用別的方法來測量交流高電壓。,一、高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,實(shí)驗(yàn)室的高電壓測量交流高電壓測量：(1) 利用氣體放電測量交流高電壓――如測量球隙。(2) 利用靜電力測量交流高電壓――如靜電電壓表。(3) 利用整流電容電流測量交流高電壓――如峰值電壓表。直流高電壓的測量：用高歐姆電阻串聯(lián)直流毫安表可以測量直流電壓的平均值，是一種比較方便而又常用的測量系統(tǒng)。,一、高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,沖擊高電壓的測量：

4、(1) 球隙法：是直接測量高電壓峰值的一種方法。(2) 分壓器――峰值電壓表：只測峰值，不測波形。事先應(yīng)驗(yàn)證波形合乎標(biāo)準(zhǔn)，或同時(shí)用示波器觀測波形。(3) 分壓器――示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時(shí)測出峰值及波形。在采用數(shù)字式示波器或數(shù)字記錄儀時(shí)，可立即獲得峰值和時(shí)間參數(shù)值，并可打印。,一、高電壓測量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述,1. 球間隙放電,二、 球隙放電法測量高電壓,測量原理空氣在一定電場強(qiáng)度下，才能發(fā)生放電。均勻電場下空氣間隙的放電電壓

5、與間隙距離具有一定的關(guān)系。可以利用間隙放電來測量電壓，但絕對的均勻電場是不易做到的，只能做到接近于均勻電場。測量球隙是由一對相同直徑的金屬球所構(gòu)成。加壓時(shí)，球隙間形成稍不均勻電場。當(dāng)其余條件相同時(shí)，球間隙在大氣中的擊穿電壓決定于球間隙的距離。,二、 球隙放電法測量高電壓,球間隙擊穿電壓的確定由于鄰近效應(yīng)的影響，球間的電場強(qiáng)度和擊穿電壓很難計(jì)算，球隙的放電電壓主要是靠試驗(yàn)來決定的。球徑與球間隙距離的確定對一定球徑，間隙中的電場隨距

6、離的增長而越來越不均勻。被測電壓越高，間隙距離越大，要求球徑也越大，才能保持稍不均勻電場。當(dāng)S與D之比大于0.5時(shí)，其放電數(shù)值準(zhǔn)確性較差。要達(dá)到球隙所能達(dá)到的測量準(zhǔn)確度，其結(jié)構(gòu)和使用條件必須符合IEC或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。,二、 球隙放電法測量高電壓,二、 球隙放電法測量高電壓,2. 交直流高電壓的測量,串接保護(hù)電阻在用球間隙測量交流和直流電壓時(shí)，經(jīng)常需在球間隙上串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R2。以測交流電壓為例接線如圖所示。,二、 球隙放電法測量高

7、電壓,保護(hù)電阻的作用R1是保護(hù)試驗(yàn)變壓器用的限流電阻，而R2是與球隙串連的保護(hù)電阻。R2的可用它來限制球隙放電時(shí)所流過球極的短路電流，以免球極燒傷而產(chǎn)生麻點(diǎn)；保護(hù)電阻阻值的選擇(1) 為了限流，要求R2大一些；但為了避免R2上壓降引起測量誤差，要求R2小一些。(2) 對于測量直流和工頻交流電壓時(shí)，I.E.C推薦此電阻值為100千歐。,二、 球隙放電法測量高電壓,正確測量交直流高電壓的其它措施預(yù)放電：如果空氣中有灰塵或纖維物

8、質(zhì)，則會產(chǎn)生不正常的破壞性放電。因此在取得前后一致的數(shù)據(jù)以前，必須進(jìn)行多次預(yù)放電。在放電電壓值相對穩(wěn)定后，才正式算數(shù)。最后測量應(yīng)取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏差不超過3%。,二、 球隙放電法測量高電壓,3. 沖擊電壓的測量,二、 球隙放電法測量高電壓,測量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的區(qū)別與聯(lián)系影響因素：球隙測量電壓的可靠性，決定于測量結(jié)果的分散性。有兩個(gè)因素影響放電的分散性：一是球面的塵污，二是球隙間空氣電離不充分。自由電子影響：放電必須由有效自

9、由電子來觸發(fā)，交、直流電壓變化慢，持續(xù)時(shí)間長，不難在間隙中出現(xiàn)有效自由電子。沖擊電壓變化快，一霎即逝，要在這樣短暫瞬間正好出現(xiàn)有效自由電子比較困難。當(dāng)測量電壓較高，所用球徑較大，間隙所占空間較大，出現(xiàn)有效自由電子比較容易，當(dāng)測量電壓較低，所用球徑較小，間隙所占空間較小，出現(xiàn)有效自由電子比較困難。,二、 球隙放電法測量高電壓,激發(fā)自由電子的方法：所以國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡所用球徑小于12.5厘米或測量電壓低于50千伏，都必須用照射，即用人工方

10、法使間隙中空氣電離。預(yù)放電：沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預(yù)放電,二、 球隙放電法測量高電壓,50%放電電壓的測量50%放電電壓的概念：所謂球隙的50%放電電壓值，是指在此電壓作用下，相應(yīng)的球間隙距離的放電概率為50%。測量方法：一種簡單的做法，如使某一沖擊電壓作用到某一球隙距離上，十次中如有五次放電五次不放電，則此沖擊電壓即為該球隙距離的50%放電電壓。但要在十次中正好有五次放、五次不放，實(shí)踐中有困難，所以有規(guī)定認(rèn)為如十次中能有四次放、六次

11、不放，或六次放、四次不放都可算作50%放電電壓。不僅球隙測量用50%放電電壓，所有自恢復(fù)絕緣，只要它的放電分散情況符合正態(tài)分布規(guī)律的，都采用50%放電電壓。確定50%放電電壓的方法分多級法和升降法等。,二、 球隙放電法測量高電壓,多級法：用多級法求某一間隙的50%放電電壓時(shí)，可向此間隙逐級施加電壓U，每級電壓施加10次，求得在該電壓下的放電近似概率P%，然后在正態(tài)概率紙上標(biāo)出相應(yīng)于U的P點(diǎn)。如此做4－5點(diǎn)，即可得出一條擬合直線，由此

12、直線可求得相應(yīng)于P=50%的U值，即為50%放電電壓U50％。一般認(rèn)為在P=20～80%范圍內(nèi)P與U近似直線關(guān)系，在P=50～80%作一點(diǎn)及P=20～50%作一點(diǎn)，連成直線即可求得U50％ 。,二、 球隙放電法測量高電壓,升降法：先估計(jì)U’50%大概為U0,選擇級差 d = U’50% ×3%， U’50%加于間隙，若擊穿，則下次加壓減少d；若再擊穿，則再減d即可，若再下次不擊穿，則應(yīng)加d。這樣升降反復(fù)進(jìn)行，約30次。 &#

13、119880; 50% = Σ 𝑛 𝑖 𝑈 𝑖 Σ 𝑛 𝑖 其中，Ui—某一級電壓值； ni—該級電壓的加壓次數(shù) ；Σni—總加壓次數(shù)（20～40）；,二、 球隙放電法測量高電壓,4. 球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn),二、 球隙放電法測量高電壓,優(yōu)點(diǎn)：(1) 可以測量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接測量超高

14、電壓的唯一設(shè)備(2) 結(jié)構(gòu)簡單，容易自制或購買，不易損壞(3) 有一定的準(zhǔn)確度，一般認(rèn)為測量交流及沖擊電壓時(shí)可達(dá)±3%以內(nèi)。,二、 球隙放電法測量高電壓,缺點(diǎn)：(1) 測量時(shí)必須放電，放電時(shí)將破壞穩(wěn)定狀態(tài)可能引起過電壓。(2) 氣體放電有統(tǒng)計(jì)性，數(shù)據(jù)分散，必須取多次放電數(shù)據(jù)的平均值，測量較費(fèi)時(shí)間。(3) 實(shí)際使用中，測量穩(wěn)態(tài)電壓要做校訂曲線，測量沖擊電壓要用50%放電電壓法，手續(xù)都較麻煩。(4) 要校訂大氣條件。

15、(5) 被測電壓越高，球徑越大，目前已有用到直徑為3米的銅球，不僅本身越來越笨重，而且影響建筑尺寸。從發(fā)展的角度來看，測量球隙的前途將成問題。(6) 一般來說測量球隙不宜使用于室外，實(shí)踐證明，由于強(qiáng)氣流以及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時(shí)常會產(chǎn)生異常放電。,二、 球隙放電法測量高電壓,概念與原理：加電壓于兩個(gè)相對的電極，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會受到靜電機(jī)械力的作用。測量此靜電力的大小，或是測量由靜電力所產(chǎn)

16、生的某一極板的偏移(或偏轉(zhuǎn))來反映所加電壓大小的表計(jì)稱為靜電電壓表。,三、高壓靜電電壓表,適用范圍：測量穩(wěn)態(tài)電壓。靜電電壓表已廣泛應(yīng)用于測量低電壓，并且也用它直接測量穩(wěn)態(tài)高電壓。由于它的內(nèi)阻極大，可以把它并在分壓器的低壓臂上，通過它的電壓讀數(shù)乘以分壓比來測量高電壓 不能測量沖擊電壓！！,三、高壓靜電電壓表,分類：高壓交流分壓器高壓直流分壓器測量沖擊電壓的分壓器,四、分壓器,分壓器的原理其中Z1為分壓器高壓臂的阻抗，Z2為分壓器

17、低壓臂的阻抗，大部分的被測電壓降落在Z1上，Z2上僅有一小部分電壓，用低量程電壓表測量得Z2上的電壓，乘上一個(gè)常數(shù)，即可得被測電壓。這個(gè)常數(shù)叫做分壓比K。𝐾= ? 2 ? 1 = 𝑍 1 + 𝑍 2 𝑍 2 ≈ 𝑍 1 𝑍 2 (Z1>>Z2),四、分壓器,對分壓器提出基本要求(1) 分壓器接入被測電

18、路，應(yīng)基本上不影響原始的被測電壓峰值和波形。(2) 由分壓器低壓臂所測得的電壓波形應(yīng)與被測電壓波形相同，分壓比應(yīng)與被測電壓的頻率和峰值大小無關(guān)。(3) 分壓比與大氣條件(氣壓、氣溫、一般條件下的濕度)無關(guān)或基本上無關(guān)。分壓比應(yīng)較穩(wěn)定，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其測量的不確定度應(yīng)在±1％以內(nèi)。(4) 分壓器所消耗的電能應(yīng)不大，不會對電源造成大的負(fù)載效應(yīng)。在一定的冷卻條件下，分壓器消耗的電能所形起的溫升，不應(yīng)引起分壓比的改變。,四、分壓器