第四章 高压试验设备及高电压的测量

电阻分压器、电容分压器、串联阻容分压器和
并联阻容分压器。
图4-14 不同类型冲击分压器的原理电路图 （a）电阻分压器； (b) 电容分压器； (c) 串联阻容分压器； (d) 并联阻容分压器 第四章 高压试验设备及高电压的测量
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（3）测量冲击电压用的示波器和峰值电压表。 冲击电压是变化速度很快的脉冲电压，高压示波 器适于记录这种快速变化的一次过程。 高压示波器电子射线的能量很高，长时间射
压表法和高压分压器法；
冲击高压可采用球隙和分压器测量系统进行测量。
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多级冲击电压发生器的工作原理：利用多级
电容器并联充电，然后通过球隙串联放电。
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图4-11
高效率多级冲击电压发生器电路图
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2.操作冲击电压的产生
操作冲击电压与雷电冲击电压的产生原理 是相同的，只不过操作冲击电压的波前和半峰 值时间比雷电冲击电压的长得多，从而要求发 生器的放电时间常数比产生雷电冲击电压时长
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图4-9
冲击电压发生器的常用回路
R2 C1 R11 R2 C1 C 2
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以上是单级冲击电压发生器的工作原理。
由于受到整流设备和电容器额定电压的限制， 单级冲击电压发生器的最高电压一般不超过 200～300kV。如需更高的冲击电压，可采用多级 冲击电压发生器。
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目前国产变压器的电压限制在750kV。当需要
更高的输出电压时，可将2～3台试验变压器
串接起来使用。
图4-2
累接式串接试验变压器的原理接线
T1,T2,T3 三级试验变压器; 1—低压绕组;2—低压绕组; 3,4—累接绕组; Z1,Z2—绝缘支柱; TM—调压器;TO—被试品
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利用高压电容器通过球隙对电阻电容回 路放电来产生雷电冲击电压。
图4-8
U 2m
冲击电压发生器的基本回路
(b)高效率回路
(a) 低效率回路；
R2 C1 U0 R1 R2 C1 C 2
U 2m
C1 U0 C1 C 2
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高电压峰值的测量装置。
它由一对直径相同的金属球构成的，当保持 各种外界条件不变时，球间隙在大气中的击穿电 压取决于球隙距离。
用球隙测量工频电压时，应取连续三次放电
电压的平均值，相邻两次放电的时间间隔不得小
于1分钟，各次击穿电压与平均值之间的偏差不
得大于3％。
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2.串联谐振试验装置
在现场耐压试验中，当被试品的试验电压较高
或电容值较大，试验变压器的额定电压或容量
不能满足要求时，可采用串联谐振试验装置进
行试验。
图4-3
串联谐振试验线路原理图
(a) 原理图； (b) 电路图 1—外加可调电感;2—被试品 第四章 高压试验设备及高电压的测量
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2.用分压器测量系统测量 （1）测量系统的方波响应。冲击测量系统性 能的优劣通常用方波响应来衡量。
图4-13
冲击测量系统的方波响应
(b) 衰减振荡型
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（a) 指数型；
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(2) 冲击分压器。冲击分压器按其结构可分为
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静电电压表可直接测量交流和直流高电压。
由于电极上所受的力和电压的平方成正比，
故静电电压表指示的是电压的方均根值。即测量 交流电压时，指示的是被测电压的有效值；测直 流电压时，当脉动系数不超过20%时，测得的数 值与平均值的误差不超过1%，故可认为在直流下 静电电压表的测量值为平均值。 静电电压表的测量误差一般为1%～1.5%。
直流高压一般通过串接整流电路获得，在进行直
流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流；
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冲击电压是由冲击电压发生器产生的，分高效率 回路和低效率回路两种，如需要更高的冲击电压，
可采用多级冲击电压发生器，其基本工作原理是
电容器并联充电、串联放电；
稳态高压的测量方法主要有球隙测量法、静电电
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2.静电电压表 静电电压表由两个平行平板电极构成，其中 一个为固定电极，另一个为可动电极。当施加稳 态电压时，两电极分别带上异性电荷，由于静电 力的作用，可动电极发生转动，用某种方式加外 力于可动电极，使之与静电力平衡，而静电力的 大小与电极上的电荷多少有关，即与电极间的电 压大小有关，因此测定了平衡力也就能知道电压 的大小了。
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4.交流峰值电压表
交流电压下，绝缘的击穿取决于电压的 峰值，所以有时需要测量高电压的峰值。 目前常用的交流峰值电压表有以下两种 类型： （1）利用电容电流整流测量峰值电压； （2）利用电容器上的整流充电电压测量峰值
电压。
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3.高压分压器 当被测电压很高时，直接用指示仪表测量高 压比较困难，采用分压器分出小部分电压，用测 量仪器进行测量，将测量值乘以分压比便可得到 待求高压。 根据分压器所用分压元件的不同，有电阻分
压器、电容分压器和阻容分压器等三种类型。每
一分压器都由高压臂和低压臂组成。
由于冲击电压是一种非周期性快速或较快
速变化的脉冲电压，因此测量冲击高电压的仪 器和测量系统必须具有良好的瞬态响应特性， 冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个 方面。 1.用球隙测量 测量时，除了球隙的有关结构、布置、连
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接和使用等要符合规定外，还应注意以下特点： （1）由于冲击电压作用下球隙的放电具有分散 性，球隙测量时所确定的电压应为球隙的50％ 放电电压。 （2）球隙放电电压表中的冲击放电电压值是标 准雷电冲击全波或长波尾冲击电压下球隙的50 ％放电电压。
图4-4 串接整流电路 第四章 高压试验设备及高电压的测量
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三、稳态高压的测量
IEC和我国国家标准规定，交流高电压峰值 或有效值的测量误差应不大于士3%；直流电压 平均值的测量误差不大于土3 %，脉动幅值的测 量误差应不大于10%。 目前常用的测量设备和方法有： 1.球隙
球隙是唯一能直接测量高达数兆伏的各类
到荧光屏上会损坏屏上的荧光层，故电子射线平
时是闭锁的，只有在被测信号到达前的瞬间，通
过启动示波器的释放装置才能射到荧光屏上。被
测信号消失后，电子射线将被自动闭锁。
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小结
交流耐压试验时，试验变压器的容量与被试品的 电容量成正比； 当需要较高试验电压时，可采用几台试验变压器 串接的形式，随着串接台数的增加，装置的利用 率减低；
，Q为谐振
路中电阻R的比。
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二、直流高压试验设备
直流高电压通常是由交流高电压经整流 变换而来的。
图4-4
倍压整流电路
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（a）变压器两端不接地; （b）变压器一端接地
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倍压整流电路只能获得2Um的电压，如果需
要更高的电压，可采用串接整流电路。
（3）在小间隙中为加速有效电子的出现，使放
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电电压稳定，凡所用球径小于12.5cm，不论测
量何种电压，或使用任何球径来测量峰值小于
50kV的任何电压时，都必须用短波光源照射球 隙。 （4）测量冲击电压时，与球隙串联的保护电阻 的作用是减小球隙击穿时加在被试品上的截波 电压陡度，同时减小阻尼回路内可能发生的振 荡。一般要求不超过500Ω 。
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（1）电阻分压器
N
u1 R R2 1 u2 R2 u1 C C2 1 u2 C1
（2）电容分压器
N
（3）阻容分压器 按阻尼电阻接法不同，又分为串联阻容分 压器和并联阻容分压器两类。前者的测量回路 与电容分压器相同，后者的测量回路与电阻分 压器相同。
得多。
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操作冲击电压还可以利用冲击电压发生 器和变压器联合产生，即用一个小型的冲击 电压发生器向变压器低压绕组放电，在变压 器高压绕组感应出幅值很高的操作冲击电压 波。
图4-12
IEC推荐的一种操作波发生器 第四章 高压试验设备及高电压的测量
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二、冲击高压的测量
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图4-7
峰值电压表原理接线图
（a）利用电容电流整流； （b）利用电容器整流充电电压
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第二节
冲击高压试验设备及其测量
冲击高压试验设备主要指冲击电压发生
器，它是一种产生脉冲波的高电压发生装置，
能模拟产生电气设备在运行中遭受的雷电冲
击电压波和操作冲击电压波。 一、冲击电压发生器 1.雷电冲击电压的产生
（3）连续运行时间短； （4）漏抗较大； （5）容量小。
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S 2fC X U 10
2
3
式中:U—被试品的试验电压，kV；
CX—被试品的电容，μ F； f—电源的频率，Hz； S—试验变压器的容量，kVA
对于大多数被试品，通常试验变压器高 压侧额定电流在0.1～1A范围内就可满足试验 要求。
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其中： R--代表整个试验回路损耗的等值电阻；
L--可调电感和电源设备漏感之和；
C--被试品电容；
U--试验变压器空载时高压端对地电压。
当调节电感使回路发生谐振时，XL=XC，被
试品上的电压 U
C
IX C
回路的品质因数，为谐振时感抗（容抗）与回
U 1 1 U QU R C CR
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第一节
稳态高压试验设备及其测量
一、交流高压试验设备
1.高压试验变压器
T--试验变压器 AV--调压器 F--保护球隙
R1--保护电阻
图4-1 工频耐压试验接线
R2--球隙保护电阻
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高压试验变压器的特点： （1）工作电压高，一般为单相；
（2）绝缘裕度小；