高電壓工程高電壓的測量1_18804467

1、復習、作業(yè)、預習復習：7.1、7.2，自學7.3 作業(yè)：7-1、7-4、7-5、補充1道（見網(wǎng)絡學堂）預習：7.4、7.5、7.6、7.13，自學7.7-7.121第7章高電壓的測量7.1 高電壓測量基本概念7.1.1 概論7.1.2 高電壓測量系統(tǒng)7.1.3 交直流高電壓的測量7.1.4 沖擊高電壓的測量7.1 高電壓測量的基本概念7.2 球隙放電法測量高電壓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 微分積分測量系統(tǒng)*7.9 對沖擊電壓測量系統(tǒng)響應特性的要求*7.10 測量沖擊高電壓的示波器*7.11 利用光電技術測量高

2、電壓*7.12 高電壓電場測量*7.13 高電壓測量系統(tǒng)中弱電儀器的抗干擾措施*注：自學347.1.1 概論高電壓測量：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特性、電壓高達數(shù)兆難度更大7.1.2 高電壓測量系統(tǒng) 高電壓測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)的定義：有關高電壓試驗技術的國際標準IEC 600602和國家標準GB/T 16927.2中，把用來進行高電壓或沖擊電流測量的整套裝置稱為測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)構成（組件）轉(zhuǎn)換裝置:將被測的量轉(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：轉(zhuǎn)換裝置接到試品或電流回路的引線連接系統(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、指示或記錄儀器及其接到電源的連線接地連線61測量方法測量對象直接間接測量測量球靜 利用分壓器組成測量系統(tǒng)電利用標準電容器組成測量系統(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技術之高電壓的測量清華大學電機系 周遠翔27.1.3 交直流高電壓的測量 標準測量系統(tǒng)：在測量交流電壓峰值或有效值，或直流電壓的算術平均值時，擴展不確定度均應不超過1%的范圍 認可交流

4、測量系統(tǒng)：在額定頻率下測量試驗電壓峰值或有效值的擴展不確定度應在3%范圍內(nèi) 認可直流測量系統(tǒng)： 一般要求試驗電壓算術平均值的測量擴展不確定度應不超過3% 測量直流電壓的紋波幅值時，其擴展不確定度不超過10%的紋波幅值或1%的直流電壓平均值 測量系統(tǒng)的分類及測量的不確定度 測量系統(tǒng)的分類IEC 600602和國家標準GB/T 16927.2都把測量系統(tǒng)分為兩類標準測量系統(tǒng)（reference measuring system） 認可測量系統(tǒng)（approved measuring system） 標準測量系統(tǒng)具有較高的測量準確度。實驗室中一般使用的系統(tǒng)為認可的測量系統(tǒng)，可用標準測量系統(tǒng)進行比對并加

5、以校準。 測量的不確定度 在高電壓試驗中，測量的不確定度用擴展不確定度來描述 擴展不確定度：是確定測量結(jié)果區(qū)間的量，被測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)與實驗室的高電壓測量 電力系統(tǒng)電力運行部門測量交流高電壓，是通過電壓互感器和電壓表來實現(xiàn)的擴大量程的方法：各種測量儀表的量程是有限度的，常常通過分壓器來擴大儀表的量程。即：使被測電壓的大部分降落在分壓器的高壓臂上，測量儀表測得的僅是低壓臂上的電壓降，再乘上分壓比，即可得被測電壓光電測量技術：光纖技術在電工領域中的應用日益廣泛。光導纖維本身是絕緣材料，因此光纖技術應用在高電壓測量時，可無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)電壓測量時， 無頻率特性的要求，只要注意選用溫度特性良好的光電元件，比較容易滿足測量準確度的要求。光電測量高電壓需要用其它測量方法加以校正 實驗室的高電壓測量 互感器在高電壓實驗室中用得不多用電壓互感器測交流電壓 因為：（1）高電壓實驗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 采用別的方法來測量交流高電壓測量的方法 實驗室交流、直流高電壓的測量方法利用氣體放電測量交流、直流高電壓，如測量球隙利用靜電力測量交流、直流高電壓，如靜電電壓表利用整流電容電流測量交流高電壓，

7、如峰值電壓表利用整流充電電壓測量交流高電壓，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)9107.1.4 沖擊高電壓的測量 沖擊電壓的特點 無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 沖擊測量系統(tǒng)的特點測量沖擊電壓的整個測量系統(tǒng)包括其中的電壓轉(zhuǎn)換裝置和指示、記錄及測量儀器必須具有良好的瞬態(tài)響應特性一些適宜于測量穩(wěn)態(tài)或慢過程(如直流和交流電壓)的測量系統(tǒng)不一定適宜于或根本不可能測量沖擊電壓 沖擊電壓的測量包括峰值測量和波形記錄兩個方面 測量系統(tǒng)的擴展不確定度 對認可的測量系統(tǒng) 測量沖擊全波峰值的擴展不確定度為3%范圍

8、內(nèi) 測量沖擊截波的總不確定度取決于截斷時間Tc 當0.5sTc2s時，總不確定度為5%范圍內(nèi) 當Tc 2s時，總不確定度為3%范圍內(nèi) 測量沖擊波形時間參數(shù)（如波前時間、半峰值時間、截斷時間等） 的總不確定度為10%范圍內(nèi) 實驗室中沖擊高電壓的測量 球隙法：是直接測量高電壓峰值的一種方法 分壓器峰值電壓表：只測峰值，不測波形。事先應驗證波形合乎標準，或同時用示波器觀測波形 分壓器示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時測出峰值及波形。在采用數(shù)字式示波器或數(shù)字記錄儀時，可立即獲得峰值和時間參數(shù)值，并可打印 光電測量法：采用光纖技術的測量法。有的仍需與分壓器配合，有的則不需要分壓器，測量系統(tǒng)中具有專門的傳感器

9、或電容探頭111227.2.1 測量球隙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IEC 60052:2002出版物或國標GB 311.6-2005 測量原理 空氣在一定電場強度下，才能發(fā)生碰撞游離 均勻電場下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關系 可利用間隙放電來測量電壓，無絕對均勻電場，可做到接近 于均勻電場 測量球隙：由一對相同直徑的金屬球構成。加壓時，球隙間形成稍不均勻電場。當其余條件相同時，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 由于鄰近效應的影響，球間的電場強度和擊穿電壓很難計算， 球隙的放電電壓主要是靠試驗來決定的 1938年

10、IEC綜合各國試驗室的試驗數(shù)據(jù)制訂出測量球隙放電電壓的標準表 到1960年IEC對1938年頒布的標準表又作了修正7.2 球隙放電法測量高電壓7.2.1 測量球隙7.2.2 球隙法測量交直流高電壓7.2.3 球隙法測量沖擊高電壓7.2.4 球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點放電電壓表：張仁豫等高電壓試驗技術清華大學1982，p. 249 北京：*13143. 預放電與照射2. 球隙結(jié)構與測量條件 球徑與球間隙距離的確定 放電分散性的影響因素：球隙測量電壓的可靠性，決定于測量結(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)出來預放電：如果空氣中有灰塵或纖維物質(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， 必須進行多次預放電。在放電電壓值相對穩(wěn)定后，才 正式算數(shù)。最后測量應取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏 差不超過3% 射線照射：IEC認為在測量峰值50 kV以下的電壓以及用直徑為12.5 cm或更小的球測量任何電壓時，都需要用射線或紫外線照射 對一定球徑，間隙中的電場隨距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S與D之比大于0.5時，其放電數(shù)值準確性較差 要達到球隙所能達到的測量準確度，其結(jié)構和使用條件必須符合IEC或國家標準規(guī)定 球隙

12、距離：S不大于0.4D標準球徑D 為：2、5、6.25、10、12.5 、15、25、5075、 100、150、200 cm 可測的電壓峰值：從幾kV到近2000kV垂直測量球隙15167.2.2 球隙法測量交直流高電壓 串接保護電阻 R1是變壓器保護電阻 R2是阻尼保護電阻：在用球間隙測量交流和直流電壓時，經(jīng)常也需在球間隙上串聯(lián)一個保護電阻 保護電阻R2阻值的選擇由于保護電阻和球隙電容的存在引起的誤差有多大？7.2.3 球隙法測量沖擊高電壓 測量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的區(qū)別與聯(lián)系預放電：沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預放電自由電子觸發(fā)：放電必須由有效自由電子來觸發(fā) 交、直流電壓：變化慢，持續(xù)時間長，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 選擇原則：為了限流和阻尼，要求R2大一些；但為了避免R2上壓降引起測量誤差，要 交直流高電壓測量球隙接線圖求R2小一些交直流的保護電阻：對于測量直流和工頻交流電壓時，IEC推薦此電阻值為：100 k 高頻的保護電阻：對于更高頻率的交流電壓，由于間隙的電容效應而引起的充電電流可使該電阻上的壓降影響變?yōu)檩^大，因此應適當減小此阻值 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 激發(fā)自由電子的方法：國際標準規(guī)定，凡所用球徑小于12.5 cm或測量電壓低于50 kV，都必須用照射，即用人工方法使間隙中空氣游離18173 保護電阻測量交直流電壓時：球隙必須串有很大阻值的保護電阻來保護球面和防止振蕩測量沖擊電壓時 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，相應的球間隙距離的放電概率為50% 基于測量方法的U50的概念解釋：一種簡單的作法，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，實踐中有困難，所以有規(guī)定認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，還是可能得出一準確值的 采用50放電電壓的依據(jù)：不僅球隙測量用50%放電電壓，所有自恢復絕緣，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法和升降法等沖擊放電時間很短，不需要保護球面，而且放電前經(jīng)過球隙的電容電流較大，如串聯(lián)電阻過大，會影

16、響測量結(jié)果但也不能不要串接電阻，因為仍有防止過電壓的問題，一般規(guī)定串聯(lián)電阻以不超過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：是個稍不均勻電場，它的伏秒特性大體上是條水平線，沖擊比等于1 放電電壓：因為沖擊比等于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 球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點 球隙法測量高電壓的優(yōu)點： 測量超高壓的唯一設備：可以測量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接 測量超高電壓的唯一設備 結(jié)構：簡單，容易自制或購買，不易損壞 有一定的準確度，一般

17、認為測量交流及沖擊電壓時可達3%以內(nèi) 球隙法測量高電壓的缺點：放電產(chǎn)生過電壓：測量時必須放電，放電將破壞穩(wěn)定狀態(tài),可引起過電壓放電具有統(tǒng)計性，測量費時：氣體放電有統(tǒng)計性，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%電壓的升壓過程中的升壓速度每秒鐘不得超過擊穿電壓的2%，測量較費時間需校訂曲線和采用50放電電壓：實際使用中，測量穩(wěn)態(tài)電壓要進行多次放電， 測量沖擊電壓要用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)構尺寸： 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 的前途將成問題不宜戶外使用：一般來說測量球隙不宜使用于室外，實踐證明，由于強氣流以 及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時常會產(chǎn)生異常放電 50%放電電壓的測量方法1. 多級法 概念：用多級法求某一間隙的50%放電電壓時， 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)概率紙上標出相應于U的P點。如此做45點， 即可得出一條擬合直線，由此直線可求得相應于P =50%的U 值，即為50%放電電壓U5%0一般求法：一