高電壓工程高電壓的測(cè)量1_18804467

1、復(fù)習(xí)、作業(yè)、預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)：7.1、7.2，自學(xué)7.3 作業(yè)：7-1、7-4、7-5、補(bǔ)充1道（見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂）預(yù)習(xí)：7.4、7.5、7.6、7.13，自學(xué)7.7-7.121第7章高電壓的測(cè)量7.1 高電壓測(cè)量基本概念7.1.1 概論7.1.2 高電壓測(cè)量系統(tǒng)7.1.3 交直流高電壓的測(cè)量7.1.4 沖擊高電壓的測(cè)量7.1 高電壓測(cè)量的基本概念7.2 球隙放電法測(cè)量高電壓7.3 高壓靜電電壓表*7.4 分壓器7.5 高壓電阻分壓器7.6 高壓電容分壓器7.7 阻尼式電容分壓器7.8 微分積分測(cè)量系統(tǒng)*7.9 對(duì)沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)響應(yīng)特性的要求*7.10 測(cè)量沖擊高電壓的示波器*7.11 利用光電技術(shù)測(cè)量高

2、電壓*7.12 高電壓電場(chǎng)測(cè)量*7.13 高電壓測(cè)量系統(tǒng)中弱電儀器的抗干擾措施*注：自學(xué)347.1.1 概論高電壓測(cè)量：安全可靠性、泄漏電暈影響、交流和沖擊下雜散參數(shù)的影響、沖擊下良好的階躍響應(yīng)特性、電壓高達(dá)數(shù)兆難度更大7.1.2 高電壓測(cè)量系統(tǒng) 高電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)的定義：有關(guān)高電壓試驗(yàn)技術(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 600602和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16927.2中，把用來(lái)進(jìn)行高電壓或沖擊電流測(cè)量的整套裝置稱(chēng)為測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成（組件）轉(zhuǎn)換裝置:將被測(cè)的量轉(zhuǎn)變成指示儀表或記錄儀器所能指示或記錄的量的裝置引線(xiàn)：轉(zhuǎn)換裝置接到試品或電流回路的引線(xiàn)連接系統(tǒng)：轉(zhuǎn)換裝置的輸出端接到指示或記錄儀器的連接系統(tǒng)，其

3、中包括了所附有的衰減、終端和匹配阻抗或網(wǎng)絡(luò)、指示或記錄儀器及其接到電源的連線(xiàn)接地連線(xiàn)61測(cè)量方法測(cè)量對(duì)象直接間接測(cè)量測(cè)量球靜 利用分壓器組成測(cè)量系統(tǒng)電利用標(biāo)準(zhǔn)電容器組成測(cè)量系統(tǒng)隙電壓表電阻分 電容分 阻容分壓器壓器壓器集中式電 微分積容分壓器 分系統(tǒng) 穩(wěn)態(tài)高電壓交流電壓一定頻率的高頻電壓直流電壓脈動(dòng)成分很大的直流電壓 沖擊高電壓雷電沖擊電壓操作沖擊電壓陡波前沖擊電壓極快速暫態(tài)電壓 振蕩電壓 5高電壓工程高電壓試驗(yàn)技術(shù)之高電壓的測(cè)量清華大學(xué)電機(jī)系 周遠(yuǎn)翔27.1.3 交直流高電壓的測(cè)量 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)：在測(cè)量交流電壓峰值或有效值，或直流電壓的算術(shù)平均值時(shí)，擴(kuò)展不確定度均應(yīng)不超過(guò)1%的范圍 認(rèn)可交流

4、測(cè)量系統(tǒng)：在額定頻率下測(cè)量試驗(yàn)電壓峰值或有效值的擴(kuò)展不確定度應(yīng)在3%范圍內(nèi) 認(rèn)可直流測(cè)量系統(tǒng)： 一般要求試驗(yàn)電壓算術(shù)平均值的測(cè)量擴(kuò)展不確定度應(yīng)不超過(guò)3% 測(cè)量直流電壓的紋波幅值時(shí)，其擴(kuò)展不確定度不超過(guò)10%的紋波幅值或1%的直流電壓平均值 測(cè)量系統(tǒng)的分類(lèi)及測(cè)量的不確定度 測(cè)量系統(tǒng)的分類(lèi)IEC 600602和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16927.2都把測(cè)量系統(tǒng)分為兩類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)（reference measuring system） 認(rèn)可測(cè)量系統(tǒng)（approved measuring system） 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)室中一般使用的系統(tǒng)為認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)，可用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)并加

5、以校準(zhǔn)。 測(cè)量的不確定度 在高電壓試驗(yàn)中，測(cè)量的不確定度用擴(kuò)展不確定度來(lái)描述 擴(kuò)展不確定度：是確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量，被測(cè)量之值分布的大部分可望包含于此區(qū)間中，它的覆蓋率小于100%78 電力系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)室的高電壓測(cè)量 電力系統(tǒng)電力運(yùn)行部門(mén)測(cè)量交流高電壓，是通過(guò)電壓互感器和電壓表來(lái)實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)大量程的方法：各種測(cè)量?jī)x表的量程是有限度的，常常通過(guò)分壓器來(lái)擴(kuò)大儀表的量程。即：使被測(cè)電壓的大部分降落在分壓器的高壓臂上，測(cè)量?jī)x表測(cè)得的僅是低壓臂上的電壓降，再乘上分壓比，即可得被測(cè)電壓光電測(cè)量技術(shù)：光纖技術(shù)在電工領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。光導(dǎo)纖維本身是絕緣材料，因此光纖技術(shù)應(yīng)用在高電壓測(cè)量時(shí)，可無(wú)雜散和電磁干擾的影

6、響，具有很大的優(yōu)越性。在穩(wěn)態(tài)電壓測(cè)量時(shí)， 無(wú)頻率特性的要求，只要注意選用溫度特性良好的光電元件，比較容易滿(mǎn)足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。光電測(cè)量高電壓需要用其它測(cè)量方法加以校正 實(shí)驗(yàn)室的高電壓測(cè)量 互感器在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多用電壓互感器測(cè)交流電壓 因?yàn)椋海?）高電壓實(shí)驗(yàn)室中所要測(cè)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；（2）而且很高電壓的互感器比較笨重前兩種是直接 采用別的方法來(lái)測(cè)量交流高電壓測(cè)量的方法 實(shí)驗(yàn)室交流、直流高電壓的測(cè)量方法利用氣體放電測(cè)量交流、直流高電壓，如測(cè)量球隙利用靜電力測(cè)量交流、直流高電壓，如靜電電壓表利用整流電容電流測(cè)量交流高電壓，

7、如峰值電壓表利用整流充電電壓測(cè)量交流高電壓，如峰值電壓表用高歐姆電阻串聯(lián)直流毫安表可以測(cè)量直流電壓的平均值，是一種比較方便而又常用的測(cè)量系統(tǒng)9107.1.4 沖擊高電壓的測(cè)量 沖擊電壓的特點(diǎn) 無(wú)論是雷電沖擊電壓或操作沖擊電壓，均為快速變 化或較快速變化的一種電壓 沖擊測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)測(cè)量沖擊電壓的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)包括其中的電壓轉(zhuǎn)換裝置和指示、記錄及測(cè)量?jī)x器必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性一些適宜于測(cè)量穩(wěn)態(tài)或慢過(guò)程(如直流和交流電壓)的測(cè)量系統(tǒng)不一定適宜于或根本不可能測(cè)量沖擊電壓 沖擊電壓的測(cè)量包括峰值測(cè)量和波形記錄兩個(gè)方面 測(cè)量系統(tǒng)的擴(kuò)展不確定度 對(duì)認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量沖擊全波峰值的擴(kuò)展不確定度為3%范圍

8、內(nèi) 測(cè)量沖擊截波的總不確定度取決于截?cái)鄷r(shí)間Tc 當(dāng)0.5sTc2s時(shí)，總不確定度為5%范圍內(nèi) 當(dāng)Tc 2s時(shí)，總不確定度為3%范圍內(nèi) 測(cè)量沖擊波形時(shí)間參數(shù)（如波前時(shí)間、半峰值時(shí)間、截?cái)鄷r(shí)間等） 的總不確定度為10%范圍內(nèi) 實(shí)驗(yàn)室中沖擊高電壓的測(cè)量 球隙法：是直接測(cè)量高電壓峰值的一種方法 分壓器峰值電壓表：只測(cè)峰值，不測(cè)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(guān)測(cè)波形 分壓器示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時(shí)測(cè)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 光電測(cè)量法：采用光纖技術(shù)的測(cè)量法。有的仍需與分壓器配合，有的則不需要分壓器，測(cè)量系統(tǒng)中具有專(zhuān)門(mén)的傳感器

9、或電容探頭111227.2.1 測(cè)量球隙1. 球隙法符合尺寸的球間隙有兩種方式，垂直球間隙和水平球間隙： 見(jiàn)IEC 60052:2002出版物或國(guó)標(biāo)GB 311.6-2005 測(cè)量原理 空氣在一定電場(chǎng)強(qiáng)度下，才能發(fā)生碰撞游離 均勻電場(chǎng)下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關(guān)系 可利用間隙放電來(lái)測(cè)量電壓，無(wú)絕對(duì)均勻電場(chǎng)，可做到接近 于均勻電場(chǎng) 測(cè)量球隙：由一對(duì)相同直徑的金屬球構(gòu)成。加壓時(shí)，球隙間形成稍不均勻電場(chǎng)。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隙的距離 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(chǎng)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(lái)決定的 1938年

10、IEC綜合各國(guó)試驗(yàn)室的試驗(yàn)數(shù)據(jù)制訂出測(cè)量球隙放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)表 到1960年IEC對(duì)1938年頒布的標(biāo)準(zhǔn)表又作了修正7.2 球隙放電法測(cè)量高電壓7.2.1 測(cè)量球隙7.2.2 球隙法測(cè)量交直流高電壓7.2.3 球隙法測(cè)量沖擊高電壓7.2.4 球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn)放電電壓表：張仁豫等高電壓試驗(yàn)技術(shù)清華大學(xué)1982，p. 249 北京：*13143. 預(yù)放電與照射2. 球隙結(jié)構(gòu)與測(cè)量條件 球徑與球間隙距離的確定 放電分散性的影響因素：球隙測(cè)量電壓的可靠性，決定于測(cè)量結(jié)果的分散性，其影響因素有二：一是球面的塵污：可使放電電壓降低，對(duì)交、直流和沖擊影響一樣二是球隙間空氣游離不充分：可使放電電壓升高，

11、在沖擊下顯現(xiàn)出來(lái)預(yù)放電：如果空氣中有灰塵或纖維物質(zhì)，則會(huì)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(duì)穩(wěn)定后，才 正式算數(shù)。最后測(cè)量應(yīng)取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏 差不超過(guò)3% 射線(xiàn)照射：IEC認(rèn)為在測(cè)量峰值50 kV以下的電壓以及用直徑為12.5 cm或更小的球測(cè)量任何電壓時(shí)，都需要用射線(xiàn)或紫外線(xiàn)照射 對(duì)一定球徑，間隙中的電場(chǎng)隨距離的增長(zhǎng)而越來(lái)越不均勻 被測(cè)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(chǎng) 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(cè)量準(zhǔn)確度，其結(jié)構(gòu)和使用條件必須符合IEC或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 球隙

12、距離：S不大于0.4D標(biāo)準(zhǔn)球徑D 為：2、5、6.25、10、12.5 、15、25、5075、 100、150、200 cm 可測(cè)的電壓峰值：從幾kV到近2000kV垂直測(cè)量球隙15167.2.2 球隙法測(cè)量交直流高電壓 串接保護(hù)電阻 R1是變壓器保護(hù)電阻 R2是阻尼保護(hù)電阻：在用球間隙測(cè)量交流和直流電壓時(shí)，經(jīng)常也需在球間隙上串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻 保護(hù)電阻R2阻值的選擇由于保護(hù)電阻和球隙電容的存在引起的誤差有多大？7.2.3 球隙法測(cè)量沖擊高電壓 測(cè)量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的區(qū)別與聯(lián)系預(yù)放電：沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預(yù)放電自由電子觸發(fā)：放電必須由有效自由電子來(lái)觸發(fā) 交、直流電壓：變化慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不難在間隙

13、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(cè)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 選擇原則：為了限流和阻尼，要求R2大一些；但為了避免R2上壓降引起測(cè)量誤差，要 交直流高電壓測(cè)量球隙接線(xiàn)圖求R2小一些交直流的保護(hù)電阻：對(duì)于測(cè)量直流和工頻交流電壓時(shí)，IEC推薦此電阻值為：100 k 高頻的保護(hù)電阻：對(duì)于更高頻率的交流電壓，由于間隙的電容效應(yīng)而引起的充電電流可使該電阻上的壓降影響變?yōu)檩^大，因此應(yīng)適當(dāng)減小此阻值 球徑的影響：球直徑越大，允許的每伏電壓之電阻值越小，這有兩個(gè)原因：第一，球徑大它的面積也大，熱容量大而且

14、散熱好；第二，當(dāng)測(cè)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 激發(fā)自由電子的方法：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡所用球徑小于12.5 cm或測(cè)量電壓低于50 kV，都必須用照射，即用人工方法使間隙中空氣游離18173 保護(hù)電阻測(cè)量交直流電壓時(shí)：球隙必須串有很大阻值的保護(hù)電阻來(lái)保護(hù)球面和防止振蕩測(cè)量沖擊電壓時(shí) 50%放電電壓的測(cè)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% 基于測(cè)量方法的U50的概念解釋?zhuān)阂环N簡(jiǎn)單的作法，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%

15、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、六次不放，或六次放、四次不放都可算作50%放電電壓 放電概率：本身代表多次 中出現(xiàn)的頻率，次數(shù)少了不一定準(zhǔn)確。很有可能，即使電壓、距離都不變，前十次中的放電概率與后十次中的很不相同，但如次數(shù)多了，還是可能得出一準(zhǔn)確值的 采用50放電電壓的依據(jù)：不僅球隙測(cè)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：確定50%放電電壓的方法分多級(jí)法和升降法等沖擊放電時(shí)間很短，不需要保護(hù)球面，而且放電前經(jīng)過(guò)球隙的電容電流較大，如串聯(lián)電阻過(guò)大，會(huì)影

16、響測(cè)量結(jié)果但也不能不要串接電阻，因?yàn)槿杂蟹乐惯^(guò)電壓的問(wèn)題，一般規(guī)定串聯(lián)電阻以不超過(guò)500為宜 沖擊比 一般間隙：沖擊放電電壓高于交流和直流的放電電壓， 沖擊比大于1 球隙：是個(gè)稍不均勻電場(chǎng)，它的伏秒特性大體上是條水平線(xiàn)，沖擊比等于1 放電電壓：因?yàn)闆_擊比等于1，所以球隙的沖擊放電 電壓和交直流放電電壓可以并列一張表中，但表中所列是50%放電電壓值，也即是沖擊放電電壓的平均值19207.2.4 球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn) 球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)點(diǎn)： 測(cè)量超高壓的唯一設(shè)備：可以測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接 測(cè)量超高電壓的唯一設(shè)備 結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單，容易自制或購(gòu)買(mǎi)，不易損壞 有一定的準(zhǔn)確度，一般

17、認(rèn)為測(cè)量交流及沖擊電壓時(shí)可達(dá)3%以?xún)?nèi) 球隙法測(cè)量高電壓的缺點(diǎn)：放電產(chǎn)生過(guò)電壓：測(cè)量時(shí)必須放電，放電將破壞穩(wěn)定狀態(tài),可引起過(guò)電壓放電具有統(tǒng)計(jì)性，測(cè)量費(fèi)時(shí)：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，為防止游離氣體的影響，每次放電間隔不得小于一分鐘在擊穿電壓后25%電壓的升壓過(guò)程中的升壓速度每秒鐘不得超過(guò)擊穿電壓的2%，測(cè)量較費(fèi)時(shí)間需校訂曲線(xiàn)和采用50放電電壓：實(shí)際使用中，測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓要進(jìn)行多次放電， 測(cè)量沖擊電壓要用50%放電電壓法，手續(xù)都較麻煩要校訂大氣條件影響建筑結(jié)構(gòu)尺寸： 被測(cè)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(lái)越笨重，而且影響建筑尺寸。從發(fā)展的角度來(lái)看，測(cè)量球隙 的前途將成問(wèn)題不宜戶(hù)外使用：一般來(lái)說(shuō)測(cè)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(huì)產(chǎn)生異常放電 50%放電電壓的測(cè)量方法1. 多級(jí)法 概念：用多級(jí)法求某一間隙的50%放電電壓時(shí)， 可向此間隙逐級(jí)施加電壓U，每級(jí)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45點(diǎn)， 即可得出一條擬合直線(xiàn)，由此直線(xiàn)可求得相應(yīng)于P =50%的U 值，即為50%放電電壓U5%0一般求法：一