高电压的测量

高电压的测量

一、高电压测量标准与方法概述 二、球隙放电法测量高电压 三、高压静电电压表 四、峰值表

五、分压器 六、光纤传输技术测量高电压 七、测量高电压的示波器 八、高电压测量的抗干扰

一、高电压测量标准与方法概述

稳态高电压：主要是指工频交流高压和直流高压。但所述及的测量方法或装置，有的也可用于频率在一定范围以内的高频高压或脉动成分很大的直流高压的测量。

冲击电压：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。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（如直流或交流电压）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。

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家标准GB/T 16927.2－1997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。

测量系统组件：转换装置、转换装置接到试品或电流回路的引线、接地连线、转换装置的输出端接到指示或记录仪器的连接系统，其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。 测量系统的分类：IEC 60－2（1994年版）和国家标准GB/T 16927.2－1997都把测量系统分为两类：

一类叫认可的测量系统（approved measuring system） 一类为标准测量系统（reference measuring system）

后者具有更高的测量准确度，可用以与前者进行比对并加以校准实验室中一般是使用认可的测量系统进行测量工作，这里所叙述到的测量的不确定度的要求，除特殊说明者外，均是指对认可的测量系统的要求。

测量的不确定度（误差）

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，测量总不确定度均应不超过±1%的范围。

认可交流测量系统：要求测量系统在额定频率下测量试验电压峰值或有效值的总不确定度应在±3%范围内。

认可直流测量系统：一般要求测量系统测量试验电压算术平均值的测量总不确定度应不超过±3%。测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±10%的纹波幅值或±1%的直流电压平均值。 冲击电压测量系统：

测量冲击全波峰值的总不确定度为±3%范围内测量冲击截波的总不确定度取决于截断时间Tc。当0.5μs≤Tc<2μs时，总不确定度为±5%范围内；当Tc ≥2μs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±3%范围内。 实验室与电力系统的高电压测量

电力系统：电力运行部门测量交流高电压，是通过电压感器和电压表来实现的。用电压互感器测交流电压把电互感器的高压边接到被测电压，低压边跨接一块电压表，电压表读数乘上电压互感器的变比，就可得被测电压值。 电力系统没有专门的冲击电压测量系统。

实验室：互感器在高电压实验室中用得不多，因为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，而且很高电压的互感器也比较笨重，所以采用别的方法来测量交流高电压。

实验室的高电压测量 交流高电压测量：

(1) 利用气体放电测量交流高电压――如测量球隙 (2) 利用静电力测量交流高电压――如静电电压表（(1)、(2)是直接测量法）

互压把

(3) 利用整流电容电流测量交流高电压――如峰值电压表 (4) 利用整流充电电压测量交流高电压――如峰值电压表 直流高电压的测量：

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。 冲击高电压的测量：

(1) 球隙法：是直接测量高电压峰值的一种方法。50%

(2) 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。%

(3) 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 (4) 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，有的则不须要分压器，测量系统中具有专门的传感器或电容探头。

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。

二、球隙放电法测量高电压 1. 球间隙放电

2. 交直流高电压的测量 3. 冲击电压的测量

4. 球隙法测量高电压的优缺点 1. 球间隙放电

球隙的结构符合尺寸的球间隙有两种方式，图中所示是垂直球间隙，另有 水平球间隙（见IEC52出版物）。 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。可以利用间隙放电来测量电压，但绝对的均匀电场是不易做到的，只能做到接近于均匀电场。 测量球隙是由一对相同直径的金属球所构成。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间隙的距离。 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I.E.C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I.E.C对1938年颁布的标准表又作了修正。

球径与球间隙距离的确定

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 球隙距离：不大于0.4D

标准球径D为：2；5；6.25；10；12.5；15；25；50；75； 100；150和200厘米。可测的电压峰值：从几千伏到近2000千伏 2. 交直流高电压的测量

串接保护电阻在用球间隙测量交流和直流电压时，经常需在球间隙上串联一个保护电阻R2。以测交流电压为例接线如图所示

保护电阻的作用

R1是保护变压器用的防振电阻 而R2是与球隙串连的保护电阻。

R2的作用有两方面，一方面可用它来限制球隙放电时所流过球极的短路电流，以免球极烧伤而产生麻点；另一方面当试验回路出现刷状放电时，可减少或避免由此产生的瞬态过电压所造成的球间隙的异常放电，也就是用此电阻来阻尼局部放电时连接线电感与球隙电容和试品电容等所产生的高频振荡R2应放在图示的位置，使流过试品的电容电流或泄漏电流(视交流或直流电压而定)不在R2上产生压降。 保护电阻阻值的选择

(1) 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，

要求R2小一些

(2) 对于测量直流和工频交流电压时，I.E.C推荐此电阻值为100千欧。 (3) 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。

(4) 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，热容量大而且散热好；第二，球径大，球间电容大，电容电流也大。

正确测量交直流高电压的其它措施

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50kV以下的电压以及用直径为12.5cm或更小

的球测量任何电压时，都需要用r射线或紫外线照射。 3. 冲击电压的测量

测量冲击与稳态高电压的区别与联系

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。有两个因素影响放电的分散性：一是球面的尘污，二是球隙间空气游离不充分。前者使放电电压降低，后者使放电电压升高。

尘污影响：前者对交、直流和冲击影响一样，后者在冲击下才显得突出 自由电子影响：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，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：所以国际标准规定，凡所用球径小于12.5厘米或测量电压低于50千伏，都必须用照射，即用人工方法使间隙中空气游离。

例：一种方法是用石英水银灯所产生的紫外线照射球的闪络点，要求石英水银灯的功率不小于35瓦，电流不小于1安，灯离球有一定距离，希不因此接地物的存在而影响放电电压。这项有关照射的规定，对测量冲击和稳态高压都是适用的，且对于前者作用更为明显。

预放电：冲击和稳态都需要预放电。

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欧姆为宜

冲击比：一般间隙的冲击放电电压高于交流和直流的放电电压，冲击比大于1。因为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。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。

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%。

测量方法：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%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。

概率本身代表多次事件中出现的频率，次数少了不一定准确。很有可能，即使电压、距离都不变，这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