高电压的测量技术

一 二 三
四
• 高电压测量标准与方法概述
• 球隙放电法 • 高压静电电压表 • 分压器
稳态高电压：主要是指工频交流高压和直流高压。 冲击电压：快速变化的一种电压。测量冲击电压的整
个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
测量的不确定度（误差）
1. 球间隙放电
测量原理
空气在一定电场强度下， 才能发生放电。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。
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。 (3) 利用整流电容电流测量交流高电压――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。
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电离。
预放电：冲击和稳态都需要预放电
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：一种简单的做法，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。
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%。
3. 冲击电压的测量
测量冲击与稳态高电压的区别与联系

4. 球隙法测量高电压的优缺点
优点：
(1) 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 (2) 结构简单，容易自制或购买，不易损坏 (3) 有一定的准确度，一般认为测量交流及冲击电压时 可达±3%以内。
缺点：
(1) 测量时必须放电，放电时将破坏稳定状态可能引起过电 压。 (2) 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，测量较费时间。 (3) 实际使用中，测量稳态电压要做校订曲线，测量冲击电 压要用50%放电电压法，手续都较麻烦。 (4) 要校订大气条件。 (5) 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。 (6) 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。
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%放电电压的方法分多级法和升降法等。
多级法：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4－5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U50％。一般 认为在P=20～80%范围内P与 U近似直线关系，在P=50～ 80%作一点及P=20～50%作一 点，连成直线即可求得U50％ 。
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。 (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。
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。 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。
不能测量冲击电压！！
分类：
高压交流分压器 2. 高压直流分压器 3. 测量冲击电压的分压器
1.

对分压器提出基本要求
(1) 分压器接入被测电路，应基本上不影响原始的被测 电压峰值和波形。 (2) 由分压器低压臂所测得的电压波形应与被测电压波 形相同，分压比应与被测电压的频率和峰值大小无关。 (3) 分压比与大气条件(气压、气温、一般条件下的湿 度)无关或基本上无关。分压比应较稳定，国家标准规 定其测量的不确定度应在±1％以内。 (4) 分压器所消耗的电能应不大，不会对电源造成大的 负载效应。在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能 所形起的温升，不应引起分压比的改变。
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，二是球隙间空气电离不充分。
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。
稳态高电压测量系统：要求测量系Fra bibliotek在额定频率下测 量试验电压峰值或有效值的总不确定度在±3%范围内。 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。
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， 是通过电压互感器和电压表来实现的。用 电压互感器测交流电压把电压互感器的高 压边接到被测电压，低压边跨接一块电压 表，把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。
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是保护试验变压器用的限流电阻，而R2是与球隙串 连的保护电阻。 R2的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； 保护电阻阻值的选择 (1) 为了限流，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。
概念与原理：加电压于两
个相对的电极，由于两电 极上分别充上异性电荷， 电极就会受到静电机械力 的作用。测量此静电力的 大小，或是测量由静电力 所产生的某一极板的偏移 (或偏转)来反映所加电压大 小的表计称为静电电压表。
适用范围：测量稳态电压。静电电压表已广泛应用于
测量低电压，并且也用它直接测量稳态高电压。由于 它的内阻极大，可以把它并在分压器的低压臂上，通 过它的电压读数乘以分压比来测量高电压