高电压工程高电压的测量1_18804467

1、复习、作业、预习复习：7.1、7.2，自学7.3 作业：7-1、7-4、7-5、补充1道（见网络学堂）预习：7.4、7.5、7.6、7.13，自学7.7-7.121第7章高电压的测量7.1 高电压测量基本概念7.1.1 概论7.1.2 高电压测量系统7.1.3 交直流高电压的测量7.1.4 冲击高电压的测量7.1 高电压测量的基本概念7.2 球隙放电法测量高电压7.3 高压静电电压表*7.4 分压器7.5 高压电阻分压器7.6 高压电容分压器7.7 阻尼式电容分压器7.8 微分积分测量系统*7.9 对冲击电压测量系统响应特性的要求*7.10 测量冲击高电压的示波器*7.11 利用光电技术测量高

2、电压*7.12 高电压电场测量*7.13 高电压测量系统中弱电仪器的抗干扰措施*注：自学347.1.1 概论高电压测量：安全可靠性、泄漏电晕影响、交流和冲击下杂散参数的影响、冲击下良好的阶跃响应特性、电压高达数兆难度更大7.1.2 高电压测量系统 高电压测量系统测量系统的定义：有关高电压试验技术的国际标准IEC 600602和国家标准GB/T 16927.2中，把用来进行高电压或冲击电流测量的整套装置称为测量系统测量系统构成（组件）转换装置:将被测的量转变成指示仪表或记录仪器所能指示或记录的量的装置引线：转换装置接到试品或电流回路的引线连接系统：转换装置的输出端接到指示或记录仪器的连接系统，其

3、中包括了所附有的衰减、终端和匹配阻抗或网络、指示或记录仪器及其接到电源的连线接地连线61测量方法测量对象直接间接测量测量球静 利用分压器组成测量系统电利用标准电容器组成测量系统隙电压表电阻分 电容分 阻容分压器压器压器集中式电 微分积容分压器 分系统 稳态高电压交流电压一定频率的高频电压直流电压脉动成分很大的直流电压 冲击高电压雷电冲击电压操作冲击电压陡波前冲击电压极快速暂态电压 振荡电压 5高电压工程高电压试验技术之高电压的测量清华大学电机系 周远翔27.1.3 交直流高电压的测量 标准测量系统：在测量交流电压峰值或有效值，或直流电压的算术平均值时，扩展不确定度均应不超过1%的范围 认可交流

4、测量系统：在额定频率下测量试验电压峰值或有效值的扩展不确定度应在3%范围内 认可直流测量系统： 一般要求试验电压算术平均值的测量扩展不确定度应不超过3% 测量直流电压的纹波幅值时，其扩展不确定度不超过10%的纹波幅值或1%的直流电压平均值 测量系统的分类及测量的不确定度 测量系统的分类IEC 600602和国家标准GB/T 16927.2都把测量系统分为两类标准测量系统（reference measuring system） 认可测量系统（approved measuring system） 标准测量系统具有较高的测量准确度。实验室中一般使用的系统为认可的测量系统，可用标准测量系统进行比对并加

5、以校准。 测量的不确定度 在高电压试验中，测量的不确定度用扩展不确定度来描述 扩展不确定度：是确定测量结果区间的量，被测量之值分布的大部分可望包含于此区间中，它的覆盖率小于100%78 电力系统与实验室的高电压测量 电力系统电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互感器和电压表来实现的扩大量程的方法：各种测量仪表的量程是有限度的，常常通过分压器来扩大仪表的量程。即：使被测电压的大部分降落在分压器的高压臂上，测量仪表测得的仅是低压臂上的电压降，再乘上分压比，即可得被测电压光电测量技术：光纤技术在电工领域中的应用日益广泛。光导纤维本身是绝缘材料，因此光纤技术应用在高电压测量时，可无杂散和电磁干扰的影

6、响，具有很大的优越性。在稳态电压测量时， 无频率特性的要求，只要注意选用温度特性良好的光电元件，比较容易满足测量准确度的要求。光电测量高电压需要用其它测量方法加以校正 实验室的高电压测量 互感器在高电压实验室中用得不多用电压互感器测交流电压 因为：（1）高电压实验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感器是比较昂贵的；（2）而且很高电压的互感器比较笨重前两种是直接 采用别的方法来测量交流高电压测量的方法 实验室交流、直流高电压的测量方法利用气体放电测量交流、直流高电压，如测量球隙利用静电力测量交流、直流高电压，如静电电压表利用整流电容电流测量交流高电压，

7、如峰值电压表利用整流充电电压测量交流高电压，如峰值电压表用高欧姆电阻串联直流毫安表可以测量直流电压的平均值，是一种比较方便而又常用的测量系统9107.1.4 冲击高电压的测量 冲击电压的特点 无论是雷电冲击电压或操作冲击电压，均为快速变 化或较快速变化的一种电压 冲击测量系统的特点测量冲击电压的整个测量系统包括其中的电压转换装置和指示、记录及测量仪器必须具有良好的瞬态响应特性一些适宜于测量稳态或慢过程(如直流和交流电压)的测量系统不一定适宜于或根本不可能测量冲击电压 冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个方面 测量系统的扩展不确定度 对认可的测量系统 测量冲击全波峰值的扩展不确定度为3%范围

8、内 测量冲击截波的总不确定度取决于截断时间Tc 当0.5sTc2s时，总不确定度为5%范围内 当Tc 2s时，总不确定度为3%范围内 测量冲击波形时间参数（如波前时间、半峰值时间、截断时间等） 的总不确定度为10%范围内 实验室中冲击高电压的测量 球隙法：是直接测量高电压峰值的一种方法 分压器峰值电压表：只测峰值，不测波形。事先应验证波形合乎标准，或同时用示波器观测波形 分压器示波器（或数字记录仪）：可同时测出峰值及波形。在采用数字式示波器或数字记录仪时，可立即获得峰值和时间参数值，并可打印 光电测量法：采用光纤技术的测量法。有的仍需与分压器配合，有的则不需要分压器，测量系统中具有专门的传感器

9、或电容探头111227.2.1 测量球隙1. 球隙法符合尺寸的球间隙有两种方式，垂直球间隙和水平球间隙： 见IEC 60052:2002出版物或国标GB 311.6-2005 测量原理 空气在一定电场强度下，才能发生碰撞游离 均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系 可利用间隙放电来测量电压，无绝对均匀电场，可做到接近 于均匀电场 测量球隙：由一对相同直径的金属球构成。加压时，球隙间形成稍不均匀电场。当其余条件相同时，球间隙在大气中的击穿电压决定于球隙的距离 球间隙击穿电压的确定 由于邻近效应的影响，球间的电场强度和击穿电压很难计算， 球隙的放电电压主要是靠试验来决定的 1938年

10、IEC综合各国试验室的试验数据制订出测量球隙放电电压的标准表 到1960年IEC对1938年颁布的标准表又作了修正7.2 球隙放电法测量高电压7.2.1 测量球隙7.2.2 球隙法测量交直流高电压7.2.3 球隙法测量冲击高电压7.2.4 球隙法测量高电压的优缺点放电电压表：张仁豫等高电压试验技术清华大学1982，p. 249 北京：*13143. 预放电与照射2. 球隙结构与测量条件 球径与球间隙距离的确定 放电分散性的影响因素：球隙测量电压的可靠性，决定于测量结果的分散性，其影响因素有二：一是球面的尘污：可使放电电压降低，对交、直流和冲击影响一样二是球隙间空气游离不充分：可使放电电压升高，

11、在冲击下显现出来预放电：如果空气中有灰尘或纤维物质，则会产生不 正常的破坏性放电。因此在取得前后一致的数据以前， 必须进行多次预放电。在放电电压值相对稳定后，才 正式算数。最后测量应取三次连续数的平均值，其偏 差不超过3% 射线照射：IEC认为在测量峰值50 kV以下的电压以及用直径为12.5 cm或更小的球测量任何电压时，都需要用射线或紫外线照射 对一定球径，间隙中的电场随距离的增长而越来越不均匀 被测电压越高，间隙距离越大，要求球径也越大，才能保持稍不均匀电场 当S与D之比大于0.5时，其放电数值准确性较差 要达到球隙所能达到的测量准确度，其结构和使用条件必须符合IEC或国家标准规定 球隙

12、距离：S不大于0.4D标准球径D 为：2、5、6.25、10、12.5 、15、25、5075、 100、150、200 cm 可测的电压峰值：从几kV到近2000kV垂直测量球隙15167.2.2 球隙法测量交直流高电压 串接保护电阻 R1是变压器保护电阻 R2是阻尼保护电阻：在用球间隙测量交流和直流电压时，经常也需在球间隙上串联一个保护电阻 保护电阻R2阻值的选择由于保护电阻和球隙电容的存在引起的误差有多大？7.2.3 球隙法测量冲击高电压 测量冲击与稳态高电压的区别与联系预放电：冲击和稳态都需要预放电自由电子触发：放电必须由有效自由电子来触发 交、直流电压：变化慢，持续时间长，不难在间隙

13、中出现有效自由电子 冲击电压：变化快，一霎即逝，要在这样短暂瞬间正好出现有效自由电子比较困难 当测量电压较高，所用球径较大，间隙所占空间较大，出现有效自由电子比较容易 选择原则：为了限流和阻尼，要求R2大一些；但为了避免R2上压降引起测量误差，要 交直流高电压测量球隙接线图求R2小一些交直流的保护电阻：对于测量直流和工频交流电压时，IEC推荐此电阻值为：100 k 高频的保护电阻：对于更高频率的交流电压，由于间隙的电容效应而引起的充电电流可使该电阻上的压降影响变为较大，因此应适当减小此阻值 球径的影响：球直径越大，允许的每伏电压之电阻值越小，这有两个原因：第一，球径大它的面积也大，热容量大而且

14、散热好；第二，当测量电压较低，所用球径较小，间隙所占空间较小，出现有效自由电子比较困难 激发自由电子的方法：国际标准规定，凡所用球径小于12.5 cm或测量电压低于50 kV，都必须用照射，即用人工方法使间隙中空气游离18173 保护电阻测量交直流电压时：球隙必须串有很大阻值的保护电阻来保护球面和防止振荡测量冲击电压时 50%放电电压的测量 50%放电电压的概念：所谓球隙的50%放电电压值，是指在此电压作用下，相应的球间隙距离的放电概率为50% 基于测量方法的U50的概念解释：一种简单的作法，如使某一冲击电压作用到某一球隙距离上，十次中如有五次放电五次不放电，则此冲击电压即为该球隙距离的50%

15、放电电压。但要在十次中正好有五次放、五次不放，实践中有困难，所以有规定认为如十次中能有四次放、六次不放，或六次放、四次不放都可算作50%放电电压 放电概率：本身代表多次 中出现的频率，次数少了不一定准确。很有可能，即使电压、距离都不变，前十次中的放电概率与后十次中的很不相同，但如次数多了，还是可能得出一准确值的 采用50放电电压的依据：不仅球隙测量用50%放电电压，所有自恢复绝缘，只要它的放电分散情况符合正态分布规律的，都采用50%放电电压 确定50放电电压的方法：确定50%放电电压的方法分多级法和升降法等冲击放电时间很短，不需要保护球面，而且放电前经过球隙的电容电流较大，如串联电阻过大，会影

16、响测量结果但也不能不要串接电阻，因为仍有防止过电压的问题，一般规定串联电阻以不超过500为宜 冲击比 一般间隙：冲击放电电压高于交流和直流的放电电压， 冲击比大于1 球隙：是个稍不均匀电场，它的伏秒特性大体上是条水平线，冲击比等于1 放电电压：因为冲击比等于1，所以球隙的冲击放电 电压和交直流放电电压可以并列一张表中，但表中所列是50%放电电压值，也即是冲击放电电压的平均值19207.2.4 球隙法测量高电压的优缺点 球隙法测量高电压的优点： 测量超高压的唯一设备：可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，几乎是直接 测量超高电压的唯一设备 结构：简单，容易自制或购买，不易损坏 有一定的准确度，一般

17、认为测量交流及冲击电压时可达3%以内 球隙法测量高电压的缺点：放电产生过电压：测量时必须放电，放电将破坏稳定状态,可引起过电压放电具有统计性，测量费时：气体放电有统计性，数据分散，必须取多次放电 数据的平均值，为防止游离气体的影响，每次放电间隔不得小于一分钟在击穿电压后25%电压的升压过程中的升压速度每秒钟不得超过击穿电压的2%，测量较费时间需校订曲线和采用50放电电压：实际使用中，测量稳态电压要进行多次放电， 测量冲击电压要用50%放电电压法，手续都较麻烦要校订大气条件影响建筑结构尺寸： 被测电压越高， 球径越大， 目前已有用到直径为3 米的铜球，不仅本身越来越笨重，而且影响建筑尺寸。从发展的角度来看，测量球隙 的前途将成问题不宜户外使用：一般来说测量球隙不宜使用于室外，实践证明，由于强气流以 及灰尘、砂土、纤维和高湿度的影响，球隙在室外使用时常会产生异常放电 50%放电电压的测量方法1. 多级法 概念：用多级法求某一间隙的50%放电电压时， 可向此间隙逐级施加电压U，每级电压施加10次， 求得在该电压下的放电近似概率P %，然后在正态概率纸上标出相应于U的P点。如此做45点， 即可得出一条拟合直线，由此直线可求得相应于P =50%的U 值，即为50%放电电压U5%0一般求法：一