稳态高电压的测量.ppt

第一篇稳态高电压试验设备,第三章稳态高电压的测量,主要内容,概述测量球隙静电电压表高压交流分压器及充气标准电容器峰值电压表直流电压脉动的测量,1概述,稳态高电压的测量,测量系统分类,测量系统：,误差要求：,认可试验类型：,2测量球隙,2.1为什么可用球隙测量电压,均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离存在一定关系；测量球隙间是稍不均匀场，所以可用来测量电压；,因为大地等周围物体的影响，理论计算难获准确性，球隙放电电压只能够靠试验决定；球隙测量的是电压的峰值，可用于测量交流、直流标准全波冲击电压、长波尾冲击波电压。,2.2球和球隙的结构布置,2.3影响球隙放电的主要因数和关于测量的规定,1、周围物体的影响Amax、Amin、Bmin。,2、照射。IEC：V（峰）k，k很小可略去，所以,地端等效阻抗：,当,4.2.1电阻分压器分析,对于电阻分压器，R，C误差,较高电压分压器杂散电容(straycapacitance)必定大（尺寸大），R也大（电流不能太大，否则温升高）。所以电阻分压器适于测量频率和电压不太高的交流电压（100kV工频电压）直流电压（很小）,4.2.2电容分压器分析,R,电容分压器只造成幅值误差，不引起相角误差。电容分压器适于测量各种交流电压。,4.2.3高压端杂散电容对电容分压器的影响,高压端对分压器杂散电容CH，对分压器的测量造成一定影响。,CH组成：高压端高压引线、高压端屏蔽幅（罩）对分压器本体之间形成的杂散电容。,4.2.3高压端杂散电容对电容分压器的影响,等效电容Ce,4.2.3高压端杂散电容对电容分压器的影响,（4）CH可对分压器的对地杂数电容起一定的补偿作用，减小C引起的误差。,4.3高阻抗串联电流表测量电压,1、高电阻串联电流表测量：,主要测直流Ud和小于100kV交流电压；,2、高压电容串联电流表测量,主要测交流（不能测直流Ud，只能测直流U）,4.4高压电阻设计,无论对电阻分压还是高电阻串联电流表测量，关键在于设计一个能在高电压下稳定工作的高欧姆电阻器（即高压电阻）。,高压电阻设计是测量直流和小于100kV交流电压的关键所在。,4.4.1测量直流高压的高压电阻,P：放电管或稳压管防止毫安表超量程；G：间隙，防止过电压，作P的后备保护R3：防止引线和毫安表开路将过电压引到控制台,测量直流高压的接线图,阻值的选择,R太小，电流大，R发热，阻值不稳增加误差；R太大，电流过小，电晕放电和绝缘支架漏电会造成测量误差。,因存在电晕和泄漏电流，电压高时可取较大电流值。,一般电流取：0.51mA，即(12M/kV)。,电阻值变化主要取决于电阻的温度系数。碳膜电阻：-100ppm/；精密金属膜：（10100）ppm/；精密线绕电阻：10ppm/，一般15ppm/；,A、电阻本身发热或环境温度变化造成阻值变化,措施：（a）选用温度系数小的元件；（b）选元件容量大于分压器所需额定功率；（c）正、负温度系数元件搭配，使整体误差最小；（d）分压器内充变压器油或其它强迫散热措施。,阻值不稳的原因及改进措施,B、电晕放电造成测量误差：电晕电流使本体电流向下逐渐减小，（相似于对地电容对交流分压器的影响）带来误差。,措施：（a）使电流适当增大（减小电晕电流比例）；（b）电阻的高压端装金属屏蔽罩，使电场均匀；（c）电阻器内充高气压气体或高绝缘（SF6）气体或变压器油；（d）等电位屏蔽。,阻值不稳的原因及改进措施,1、分压器自身供给屏蔽电位的等电位屏蔽：,两个电阻由一个单元屏蔽，然后各单元连起来，绕成螺旋旋形。由于各屏蔽单元光滑而尺寸大，不易产生电晕。（但若屏蔽单元对地或电阻体对屏蔽有电晕或漏电，仍然会有误差）。,等电位屏蔽方法,2、由辅助分压器供给屏蔽电位的等电位屏蔽,屏蔽电位由辅助分压器提供，即使屏蔽单元有电晕，也不会带来测误差（电晕电流是由辅助分压器供给）。但必须保证屏蔽单元与电阻体无漏电。,等电位屏蔽方法,C绝缘支架的漏电造成测量误差：支撑电阻体的绝缘支架漏电电流是从本体电流中分出来的会带来误差。,措施：（a）选用绝缘电阻大的材料；（b）本体电流取大些；（c）充油或等电位屏蔽。,阻值不稳的原因及改进措施,4.4.2测量交流高压的高压电阻,阻值的选择：,因对地电容的影响，R不能取太大，比直流时的低得多；一般电流取：几+mA1百多mA，阻值为数百k1M，电阻一般用线绕电阻。实际中，交流高压电阻用得不多（一般100kV）。,4.5高压电容器设计,1、分布式高压电容器,4.5高压电容器设计,1、分布式高压电容器,电容值的选择：C1小，杂散电容CH和C影响较大；C1大，成本和尺寸增大，工频试验变压器负荷增加；一般C1取100200pF（只测交流）,4.5高压电容器设计,1、分布式高压电容器,电容元件：要求为纯电容，介质损耗和电感量小。电容形式：油纸、聚苯乙烯、陶瓷电容器。,分布式电容分压器存在电感影响（电容随温度和作用电压不同有些变化）及难以实现良好屏蔽（杂散电容影响）。,4.5高压电容器设计,2、集中式高压电容器,气体介质作绝缘，介质损耗小，且C准确稳定。低压电极被高压电极包围，屏蔽良好，基本不受杂散电容的影响，一般C中充满耐电强度高的绝缘气体（如N2、SF6等），以减小尺寸。,4.5高压电容器设计,3、测量仪器入口电阻的影响,R2：测量仪器入口电阻；释放C2电荷。,测量幅值减小比值,相位移动（领先）,4.5高压电容器设计,4、分压器测量的干扰及屏蔽,高压臂电容处于试验区；低压臂电容处于控制室、测量连接线及仪表应屏蔽。,5.1利用电容电流整流测量电压的峰值,5.1.1测量原理,测量接线图电压电流波形图,5.1.1测量原理,一周内经检流计G的平均电流Id为,峰值电压：,5.1利用电容电流整流测量电压的峰值,5.1.2利用电容电流整流测量电压峰值的电容选择,(1)用高压标准电容器作C：因C准确、稳定、不受外物影响，测量精度高；,说明：要求电压正匀半波波形相同，而且半周期内的电压波形不能有两个高峰值或多个高峰值，若半周期内电流过零不止一次，则测得的电流会加大，会引起测量误差。,高压电容型式：,(2)用球隙C：C不稳定、易受外物影响，只有通过校订才能知道被测电压值，测定精度不高。,5.1利用电容电流整流测量电压的峰值,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.1测量原理,5.2.1测量原理,该电路可测交流、直流最大峰值，若有几个峰，则给出的为最大峰值。当RC20T时，误差2.5%。,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.2利用电容分压器测量峰值电压,C3：滤波电容；D：硅堆R2：直流电压泄漏电阻,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.3重复充电误差分析,第一次电源加到Um时,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.3重复充电误差分析,当电源+UM0时,C1、C2相当于短路，（D不通）并反向并联，（C1、C2各放掉Q2电荷，Q1上仍剩Q3由C1、C2平分）,C1、C2上出现直流分量。,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.3重复充电误差分析,第二次达到正半波Um时，先假定D不通（C3电荷不放掉）,表面看U1=U1，U2=U2，无误差，实际上，C3上电荷总是要通过与之并联的测量仪器泄漏一部分，特别是要测量下一次稍低电压时，C3还要并联专门的放电电阻R。D不导通的假设是错误的，第二次充电时C3仍要从C2上获得电荷。由于第一正半周C3从C2取得电荷Q3出现了C1、C2直流分量。第二正半周、第三仍要从C2分电荷，使得C1、C2直流分量越来越大，于是此后的正半周C2上的交流电压将越来越小，最终趋近于0。这种就是由于重复充电出现直流分量所引起的测量误差，称重复充电误差。,5.2利用电容器上的整流充电电压测量峰值,5.2.4实用电路,R4、C4、D平衡回路，用于平衡C2上的直流电荷，使C2上无直流电荷，消除重复充电误差。,设,峰值电压：,5.2利用电容器上的整