第六章 高电压大电流测量技术
(完整版)高电压技术习题与答案.(DOC)
第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题1) 流注理论未考虑 B 的现象。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．光游离D ．电荷畸变电场2) 先导通道的形成是以 C 的出现为特征。
A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种 A 。
A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 C 。
A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ___ B ___型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。
A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？DA.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 C 2/cm mg 。
A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25 8) 以下哪种材料具有憎水性？AA . 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D 金属二、填空题9)气体放电的主要形式：辉光放电、 电晕放电、 刷状放电、 火花放电、 电弧放电 。
10)根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小（最低） 值。
11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。
12)流注理论认为，碰撞游离和 光电离 是形成自持放电的主要因素。
13)工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。
14)气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 改善(电极附近)电场分布 。
16)沿面放电就是沿着 固体介质 表面气体中发生的放电。
17)标准参考大气条件为：温度C t 200 ，压力 0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越__低____19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上____NaCl ______含量的一种方法20)常规的防污闪措施有： 增加 爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。
高电压测试技术
高电压测试技术-高电压测试技术高电压测试技术-正文研究各种高电压和大电流的产生、测量、试验及应用的一门工程技术。
是高电压技术的重要组成部分。
高电压测试技术主要用于电力设备绝缘试验、开关设备断流试验、电力系统过电压测试以及各种类型放电现象的试验研究等。
除传统的应用领域外，它还广泛应用于机加工、纺织、印刷、除尘、勘探、医疗等各种行业，并已成为激光、高能粒子、热核聚变等高技术领域中不可缺少的一种技术手段。
高电压试验和应用的种类很多，需要应用各种不同的稳态或暂态的高电压和大电流。
常用的稳态高电压有工频交流电压和直流电压，用作试验电压或工作电压。
常用的暂态高电压和大电流有冲击电压和冲击电流以及工频振荡电流等。
前者模拟雷电过电压或操作过电压，后两者分别模拟雷电流及短路电流。
此外，还有一些特殊的方波电压、方波电流、强流脉冲以及纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。
高电压发生装置产生上述高电压和大电流的设备通常采用交流高压试验变压器、直流高压发生器、冲击电压发生器、冲击电流发生器、合成振荡回路等。
这些设备都是以试验变压器和高压电容器为主体，以不同接线所构成。
试验变压器可产生工频交流高电压，也可用作其他设备的交流高压电源。
高压电容器与硅堆等组成的各种整流回路，可产生直流高电压，也可用作其他设备的直流高压电源。
多台高压电容器并联充电、串联放电的Marx回路可产生很高的冲击电压。
多台高压电容器并联，通过低阻抗放电可产生很大的冲击电流；若通过电感线圈放电，则可产生衰减振荡的电流或电压，并可用以构成振荡回路等。
除上述常规设备外，还可由这些设备改装或组合，用以产生陡波冲击电压、交流叠加冲击波电压等；也可利用高压电容器等基本部件构成各种各样的特殊设备，例如电容电感链型回路或同轴型形成线，它们都可产生很高的方波电压或很大的方波电流等。
高电压测试技术测量仪器测量各种高电压和大电流的装置通常采用测量球隙、静电电压表（见图）、分压器、分流器、电压互感器、电流互感器等。
高电压试验技术实验指导书
高电压试验技术实验高电压试验技术的实验是在具体的试验设备上研究高电压及冲击大电流的产生和测量。
通过有关实验，了解各种试验装置的类型、具体结构及操作方法；掌握各种测量装置和仪器、仪表的使用方法。
一般来说，工频高电压、直流高电压、冲击高电压和冲击大电流的产生和测量，都可以在实验室现有的试验设备上进行。
开展教学实验时，如果受客观条件的限制，可采用模拟实验装置。
高电压试验技术中涉及的设备是实现绝缘强度试验的主要设备。
本章以工频高压的产生和测量、冲击电压的产生和测量和避雷器阀片实验为例介绍了电气设备的高电压和大电流的试验方法。
掌握这些试验方法，对巩固理论知识和指导今后的工作都具有实际意义。
实验一工频高压的产生和测量一、实验目的：1、掌握高压试验变压器的试验接线与操作方法。
2、掌握高压试验变压器校正曲线的制定方法。
3、掌握工频高压的几种测量方法：用测量球隙进行测量、用高压静电电压表进行测量和用工频分压器(电容式分压器)配合低压仪表进行测量。
二、实验装置及线路图：工频实验装置如图1所示。
2R 1R 2G图1工频高压试验线路图T 1—调压器，220V/450V/56KVA ；T 2—高压试验变压器，50KV/280V/50KVA ；V l —交流电压表，75/150/300V ，0.5级；V 2—静电电压表，20KV/5OKV ，1.5级；V 3—交流电压表或示波器；R 1—变压器保护电阻，10~20K ；R 2—球隙保护电阻；Cx —试品三、实验说明工频高电压试验装置通常由调压器、试验变压器、保护电阻、分压器和静电电压表以及球隙等组成。
试验变压器的工作原理与电力变压器相同，但由于工作条件和工作任务的不同，试验变压器具有工作电压高、变比大、漏抗大、绝缘裕度小、容量小、工作时间短等特点。
其主要类型有单套管金属外壳型试验变压器、双套管金属外壳型试验变压器、绝缘外壳型试验变压器和串级试验变压器。
进行工频高电压试验时，要求试验电压从零开始，均匀升压，因此必须使用调压设备。
高电压技术高压试验PPT课件
u2由两个指数分量相加构成 波前时间Tf由较小的时间常数τ2决定； 半峰值时间Tt由相对大得多的时间常数τ1决定Fra bibliotek 波头的形成：
放电电阻Rt→∞，球隙g0放电 后，电压u2上升。
Tf=3.24RfC1C2/（C1＋C2） 因C1＞＞C2，Tf≈3.24RfC2
波尾的形成：
电压u2到达峰值U2m后，电容C1 和C2一起经过电阻Rt放电。因 一般C1＞＞C2，放电快慢主要 决定于C1
Tt＝0.69Rt(C1＋C2)≈0.69RtC1
波前
波尾
C2上电压u2的波形
冲击电压发生器的基本原理
冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联 的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后， 通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭 上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒 计，电压峰值一般为几十kV至几MV
➢ 工频高电压-整流器-直流高压，倍压整流-直流 高压串级装置-更高直流电压。
(a) 经整流器V1向电容器C1充电，负半波则经V2向C2充电，最后C1和C2 上的电压均达到Um，在输出端得到2Um的直流高压。
(b) 负半波期间经V1向C1充电，而正半波期间电源与C1串联起来经V2向C2 充电，C2上也可得2Um的直流高压。
操作冲击高压试验
≥330kV电力设备的出厂试验应进行本 项试验。在电力系统现场进行各个电压等
级变压器的耐压试验时，可采用操作冲击 感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于 利用被试变压器自身的电磁感应作用来升 高电压，所以冲击电源装置电压较低，装 备比较简单。而且试验本身不会在绝缘中 产生残留性损伤
冲击高压试验
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。
高电压的测量技术共31页
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
高电压的测量技术
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6、黄金时代是在பைடு நூலகம்们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
高压直流电压电流的测量
高压直流电压电流的测量一．高压直流电流测量测量方式：1.霍尔式隔离传感器（磁隔离）2.直放式LEM传感器3.平衡式LEM传感器测量原理：1.霍尔式隔离传感器（磁隔离）霍尔效应: 如图所示，在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面通以控制电流I，在薄片垂直方向加以磁场B，则在半导体两侧面会产生一个大小与控制电流I和磁场B乘积成正比的电势UH。
即IBUKHH这一现象叫做霍尔效应，产生的电势UH叫做霍尔电势，为灵敏度。
当I一定时，UH正比于B。
2.直放式LEM传感器：在如图所示直放式LEM传感器中存在下列关系：VX∝iX∝LX∝B∝E 该传感器价格便宜，但是存在零点飘移。
目前市场上多为双电源，单电源数量少而且价格高且易发生磁化问题。
4.平衡式LEM传感器:平衡式LEM传感器自身存在动态平衡，反映速度快，其线性度、灵敏度都比直放式好，且它不受零飘的影响。
如图所示，Bx与Bf相抵消直至E=0。
二．高电压测量稳态高电压与冲击高电压区别：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(如直流和交流电压)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。
实验室与电力系统的高电压测量区别：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(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。
高电压技术课后习题答案
第一章1‐1极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质 10-15 s 无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质 10-13 s 几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质 10-10～10-2 s 有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面 10-1 s～数小时有自由电荷的移动1‐4电导形式 电导率金属导体 （自由电子）电子电导 γ很大气体，液体，固体 （自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）离子电导γ很小ρ很大金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。
1‐6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。
补充：图中C1 代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 —R2 代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。
图1－4－2中，为泄漏电阻；为泄漏电流；为介质真空和无损极化所形成的电容；为流过的电流；为无损极化所引起的电容；为无损极化所形成的等效电阻；为流过支路的电流，可以分为有功分量和无功分量。
lk R lk I g C g I g C p C p R p I p p C R －pr I pc I g J 。
为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分和有功部分组成。
容性电流与总电容电流密度向量之间的夹角为lk 。
J p 。
J pc 。
J pr 。
J c 。
J 。
J δ，称为介质损耗角。
介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角ϕ的余角，其正切δtg 称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。
6 高电压和大电流的测量
6
高电压和大电流的测量
6.2 直流高压的测量
GB/T 16927.2-1997:
在测量直流试验电压值即其算数平均值时，认可的测量
系统总不确定度应不大于±3%。 测量脉动幅值时，其总不确定度不大于实际脉动幅值的 10%或直流电压算数平均值的1%。
6
高电压和大电流的测量
6.2 直流高压的测量
U1 Z1 Z 2 N U2 Z2
6
6.1.3
高电压和大电流的测量
电容分压器
6.1 交流高压的测量
一般C1取50～200pF
C1 U1 C2
V
U2
C1 C2 U U1 2 C1
分压比： 施加的高压与分压器的输出电压之比。
N C1 C2 C1
6
6
高电压和大电流的测量
6.3 冲击高压的测量
6.3.1 球间隙 6.3.2 冲击峰值电压表 6.3.3 冲击分压器测量系统
6
高电压和大电流的测量
6.3 冲击高压的测量
6.3.1 球间隙 测量冲击电压峰值；
实验结果表明，在冲击电压波头时间不小于1μs、波长不小
于5μs时，球隙放电电压的不确定度可以满足±3％以内的 要求。 多级法确定U50％ 与球隙串联的电阻<500 ，寄生电感<30 H。
• 球表面光滑
6
高电压和大电流的测量
6.1 交流高压的测量
6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4
球间隙 静电电压表 电容分压器 峰值测量
6
6.1.2
高电压和大电流的测量
静电电压表
6.1 交流高压的测量
原理：静电引力。
高电压试验技术
电压50kV，额定工作电流11.5A ,短时工频 耐受电压65kV；
串联电抗器额定工作电压8×100kV，额定工 作电流1A，短时工作电流1.5A，短时工频耐 受电压900kV；
检测仪器: 电压互感器测差仪3级；模拟负 荷箱2.5-45VA。
2.特高压电流互感器
• 通常500kV柱式CVT由三节耦合电容器串联组 成，765kV柱式CVT由四节组成；
• 我国制造厂研制的1000kV柱式CVT有5节串联 结构，也有3节的；
• 桂容采用5节串连，无锡日新电机有5节和3 节两种；
• 前苏联的串联节数更多 • 耦合电容器串联节数的多少即和瓷套制造技
术有关，也和外绝缘结构设计有关。
➢交流特高压试验示范工程第一期的最大负荷 为2000MVA，一次侧电流为1155A；
➢为了确保电流互感器的基本误差、暂态特性 及其它特性要求，应提高TA设计安匝数，选 取3000安匝，变比3000/1A。
特高压TA参数
➢对于3/2接线方式，1000kV断路器的穿越 功率按每回1000kV线路的自然传输功率 5000MW考虑；
关键技术
➢随着电压等级的提高，电晕放电更加强烈, 需要加强高压端和金属连接法兰处的防晕措 施，以满足环境兼容性的要求。
• 产品顶部装配有4个环，上环和下环外径为 Φ2m，间距达2m，其降低无线电干扰水平的 效果很好。
西容CVT
总体采用分体式结构,电容分压器和电 磁单元部分分开,以便于调试、检测和 维护。
额定输出及准确等级：
• 主二次1号绕组1a-1n为15VA/0.2级
• 主二次2号绕组2a-2n为15VA/0.5/3P级
• 主二次3号绕组3a-3n为15VA/0.5/3P级
高电压测量技术方面的文献
高电压测量技术一、简介高电压测量技术是电力系统中重要的测量技术之一。
在电气设备和电力传输中，经常需要测量和监控高电压以确保电力系统的正常运行和安全性。
本文将深入探讨高电压测量技术的原理、方法以及相关应用。
二、高电压测量原理2.1 断电器电压测量原理1.根据电磁感应原理，利用电压互感器将高电压转换为低电压，再通过测量低电压来确定高电压的值。
2.利用电容分压原理，将高电压通过串联的电容分压器分压为低电压，测量得到低电压后进行计算得到高电压值。
2.2 奈闵电压测量原理1.基于奈闵原理，利用电压分压电路将高电压分压为低电压，再通过精确的电压比例关系计算得到高电压值。
2.通过变压器原理，利用变压器将高电压转换为低电压，再通过变比关系计算得到高电压值。
三、高电压测量方法3.1 直接测量法直接测量法即直接采集高电压值的方法，包括使用电压表、电压计、示波器等仪器对高电压进行直接测量，并记录测量结果。
3.2 间接测量法1.电容法：利用电容分压原理，通过测量电容器两端的电压来间接计算高电压值。
2.放电法：利用放电时通电回路中的电流、电阻等参数，通过一定的实验公式计算得到高电压值。
3.奈闵电桥法：利用奈闵电桥的平衡条件，测量电桥中各支路电压和电流，再通过计算和比较得到高电压值。
3.3 数字测量法1.采用高精度的模数转换器，将高电压信号转换为数字信号进行测量和分析。
2.利用数字信号处理技术，对高电压信号进行滤波、采样和计算，得到高精度的测量结果。
四、高电压测量应用4.1 电力传输线路电压检测通过高电压测量技术，监测并维护电力传输线路中的电压稳定性，及时发现并解决电压异常问题，确保电力传输的安全性和稳定性。
4.2 输变电设备维护利用高电压测量技术对输变电设备进行定期检测和维护，保证设备的性能和安全，延长设备的使用寿命。
4.3 电气设备研发与测试在电气设备的研发和测试过程中，高电压测量技术可以用于对设备的耐压性能进行评估，确保设备在高压环境下的安全可靠性。
大电流测量概述1
大电流测量方法概述著名科学家门捷列夫指出：科学是从测量开始的。
在现代科学技术和生产力的推动下，测量已经成为了一门完整且十分重要的学科，测量的对象日趋丰富，涵盖了绝大多数的物理量。
电流在自然界中十分普遍，人类在对电现象本质的探索中积累了测量电流的丰富经验，特别是近几十年以来，半导体器件和计算机技术突飞猛进，为了便于量化和计算，许多非电量被转化成电量进行间接测量，电流测量在现代工业中十分普遍同时非常重要。
一、大电流测量方法简介对大电流的测量方法，就其原理而言可分为两大类：一类是根据被测电流在已知电阻上的电压来确定被铡电流的大小．如分流器等。
根据被测电流在已知电阻上的电压来确定被测电流的太小，由于其体积、误差、损耗、绝缘、测量范围等方面的不足，已经难以满足现代测量的标准。
另一类是根据被测电流所建立豹磁场为基础，实际上是将电流的测量问题转变为磁场的测量问题，通过一定的手段测量它的磁密、磁通或磁势，再经过转换来得知电流的大小。
从物理学角度来看磁场的测量方法主要有磁共振法、霍尔效应法、电融感应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜剥磁法及超导量子干涉器件法等。
此外．尚有一些未得到广泛应用的磁场测量方法．如磁阻效应法、磁棒管法、磁敏二极管法、短脉冲放电法、半导体负荷浓度效应法、电子束法、阴极射线法和电子回旋共振法等等。
这些方法中大部分由于各种原困的限制无法应用于测量电流的互感器，如设备造价太高、结构过于复杂等，也有些对被测磁场有特殊的要求。
所以实际上并不是所有的测量磁场的方法都可用于测量电流。
现在人们比较关注的主要有霍尔效应法、磁光效应法及罗氏线圈。
霍尔效应原理互感器有磁平衡式(闭环)和直放式(开环)两种，它于70年代由瑞士的LEM公司首先研制成功。
其拥有带宽为0—100kHz，响应时间为1u s．准确度可以达到1~0.1级，线性度优于0.1％等优点。
但是由于其本身受其制作材料的影响所产生的磁阻效应、不等位电势以及温漂，影响了其在更大领域内的推广。
高电压的测量
高压感应装置从高压线感应高压电势并在屏蔽绝缘装 置中形成稳定电场，传感头置于该电场中。屏蔽装置中充 SF6气体进行绝缘。
光路部分
从光源发出的光经过环形器进入 Y 波导调制器，在 Y 波导调制器中被分成两束正交的线偏振光，这两束光经过保 偏耦合器耦合后进入保偏光纤沿保偏光纤的快慢轴传播并传 至传感头；经过传感头之后，携带有待测电压信息的两束光 再沿保偏光纤返回，经过保偏耦合器耦合，在 Y 波导调制 器处发生干涉， 干涉光强信号经过环形器进入光电探测器 转化为电信号，之后进入电路部分进行信号处理。
2014-8-24
电磁式电压互感器测量电压的不足之处
1. 额定容量不足引起TV误差特性恶化； 2. 各TV的实际功率因数低于额定功率因数 引起TV误差特性恶化； 3. 谐波引起TV误差特性的恶化 ； 4. 电力系统过电压引起TV误差特性恶化； 5. 长期的热作用使TV铁芯磁导率下降，引 起误差特性恶化。
L—补偿电抗，可补偿电容分压器的内阻抗 。 T—中间变压器，将测量仪表经中间变压器TV后与分压器连接， 减小分压器的输出电流以减少误差。 Rd—阻尼电阻，在TV付边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻rd， 用以抑制铁磁谐振过电压。
2014-8-24
利用补偿电抗减小测量误差的原理
电容分压器简化成的含源一端口网络 如图所示。内阻抗Zi为电源短路后， 自a和b两点所测得的入端阻抗。其大 小为：
2014-8-24
通过对环境温度的实时检测来进行温度补偿
直接温度补偿法
直接温度补偿法的基本思想是在光学电压传感头部分附加光纤温 度传感器，实时检测温度变化，通过负反馈把温度信号引入硬件 电路。
闭环控制系统法
由FPGA产生温度补偿的信号，经过驱动电路施加给光路部分的 Y波导调制器，实现闭环控制。
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C
控制单元
CAN
U
a
V W
2.5MW变流器B
控制单元
b
c
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第七章 高电压大电流测量技术
三. 采用LEM传感器的测量方案
——任意波形的高压大电流测量
霍尔效应 如图所示，在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧 面通以控制电流I，在薄片垂直方向加以磁场B，则在半导体 两侧面会产生一个大小与控制电流I 和磁场B乘积成正比的电 势UH。即
电路结构
VDD IC + UH _ + _ PI VDD T1 IS P2 RM + UO _
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P1
Ip
B
R1
T2 VEE R2
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第七章 高电压大电流测量技术
二、工作原理
霍尔器件的输出电压
Ip IS
原边 线圈 次边 线圈
如果次边电流是独立的，就不能解决任何问题 ！ 那么，次边电流是如何控制的呢？
U
H
K H IB
这一现象称为霍尔效应， UH称为做霍尔电势，KH 称为灵敏度系数。 当I 一定时，UH正比于B。
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第七章 高电压大电流测量技术
1. 开环式霍尔电流传感器的原理
VDD
被测电流经由原边线圈及
IC
聚磁环而产生磁场B
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第七章 高电压大电流测量技术
绝对型静电电压表是一种在电压测量之前被平衡的天平。
在接地平衡杆４的Ａ端悬挂着平板电极（圆盘）2。由于静电
力fx的相互作用，这个圆盘被处于被测电压U下的不动圆盘１ 所吸引。由于有保护环３包围着圆盘２，从而消除了其周围边 的边缘效应，所以圆盘１和２之间的电场是严格均匀的，电极 间的电容可按公式准确计算。 用小砝码５使天平平衡，由此就确定了力fx。平衡位臵由 接点系统６及小灯泡７和８来监视。绝对型静电电压表用来测 量300～400kV的电压，为了减小尺寸，通常把它们放在高气压 的容器里。电压表的测量误差为0.01~0.4%。
FP -FS
聚磁环
Bp=kBPIp BS=-kBSIS
恒流源 霍尔元件
uH =kHIcB =kHIc (kBPIp-kBSIS)
考虑次边电流的负反馈控制后，工作流程可表示为
被测电流Ip 补偿电流 IS
原边 线圈
FP
聚磁环
Bp=kBPIp
恒流源 霍尔元件
uH =K (NPIp-NSIS)
0
次边 线圈
C:电极间 的电容
由上式可知，如果电容C可以相当准确地计算，力fx可以
准确地测量，则直流电压或交流电压的有效值就可以测量。
满足上述前提条件的电压表称为绝对型静电电压表。
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第七章 高电压大电流测量技术
绝对型静电电压表
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第七章 高电压大电流测量技术
第六章 高电压大电流测量技术
高电压的直接测量 高电压、大电流的衰减测量 采用霍尔传感器的高压大电流测量 ——任意波形的测量
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第七章 高电压大电流测量技术
一.高电压的直接测量
1. 球隙测量
空气间隙的击穿决定于施加 电压的幅值，所以测量火花间隙 就能够测量电压的幅值。 任何形式的电极之间空气间 隙的长度都可以用来量度引起间
所以根据副边电路仪表的读便 可以确定原边电流
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第七章 高电压大电流测量技术
交流电流互感器的作用
扩大仪表量程 隔离 测量仪表与被测电路没有电的直接联系，保证人员安全
注意事项
副绕组一端必须接地，以防止原、副边之间击穿而引起事故 在使用时决不允许副边开路，否则副边电流为零而失去“去
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第七章 高电压大电流测量技术
⑵ 电压互感器——PT
原理：变压器的原理，例如：10kV100V 使用注意事项: 副边绕组不允许短路
电流、电压互感器只适用于特定频率的电流、电压测量
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第七章 高电压大电流测量技术
2.5MW变流器A
在球隙对称连接的情况下，对于所有的电压形式
和极性，击穿电压都是一样的
不对称连接时，极性效应发挥作用，但只对冲击
电压需要考虑，而ห้องสมุดไป่ตู้流电压下，由于测量误差大，
击穿电压的分散性超过了极性效应引起的差别，因
此不考虑。
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第七章 高电压大电流测量技术
在测50Hz及直流电压时，球隙要串接一个保护电阻R，以
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第七章 高电压大电流测量技术
电阻分压、分流方案在功率测量中的应用
—— 电能表（瓦特表）的原理
220VAC RH U 专用集成电路（ADE7755） 调理电路 调理电路 乘 法 器 字车 P/f 计数显示
负 载
U RL RI
I
RH、RL——电阻分压网络，220：248.9mV I RI——分流器，IN：14mV，e.g. 40A:14mV
霍尔元件通过恒定的已知 电流IC 由B和IC产生霍尔电势UH 当B正比于被测电流IP时， UH将正比于被测电流IP 对于电压传感器，需要先 将被测电压转换为电流
P1
+ UH _
+ _ K
+ UO _
Ip
B
P2
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第七章 高电压大电流测量技术
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第七章 高电压大电流测量技术
2. 高压静电电压表
电极在电场力作用下移动的仪表称为静电仪表。由电工
理论知道，处于电位差下的两个电极相互作用的机械力一般
由下式确定：
fx:在ＸＣ方向 上作用的力
fX X
CU 2 2
开环式霍尔电流传感器的局限性
几个问题
磁路会不会饱和？ ——测量范围问题 磁路是否线性？ ——线性度问题
恒流源的精度如何？能否实现？
——精度问题 外界因素有无影响？能否消除？ ——温度、外磁场影响
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结论：该测量方案存在 一定的局限性
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第七章 高电压大电流测量技术
3. 采用交流互感器的电压、电流衰减方法
⑴ 电流互感器——CT
用途：工业用电领域交流大电流的测量，例如 400A : 5A 特点：稳定性好，准确度较高 结构：与普通变压器相似，原副边两组绕组，但原边匝数很少 且串联在回路中 在理想情况下，如果忽略激磁 电流，则原副绕组的磁通势是平 衡的，即： I1W1=I2W2
磁”作用，导致铁心中的激励磁通很大，在副绕组两端感应
出危及人生安全的高电压 在现代磁性材料和工艺条件下，可以制作误差不超过10-4 的电流互感器
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第七章 高电压大电流测量技术
电流互感器的外观
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作。
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第七章 高电压大电流测量技术
示波器的方框图
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第七章 高电压大电流测量技术
二、高电压、大电流的衰减测量
采用电阻、电感、电容的高电压衰减测量方法 采用采样电阻（分流器）的大电流衰减测量方法 采用交流互感器的电压、电流衰减测量方法
-FS
BS=-kBSIS
PI调节器 推挽式放大电路
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第七章 高电压大电流测量技术
二、工作原理（续）
上述控制流程也可以用控制框图表示
Ip
原边线圈 聚磁环 霍尔元件 推挽电路
uH PI调节器 NS
次边线圈
NP
+
_
kHIc
恒流源
Ki
IS
这是一个带有PI调节器的负反馈系统 系统调节的最后结果是PI调节器的输入等于0，也就是霍尔元 件的输出电压等于0 所以， NP IP －NS IS＝0
第七章 高电压大电流测量技术
2. 闭环式霍尔电流传感器的原理 一、结构组成
1．原边线圈
次边线圈 2．聚磁环 3．霍尔元件 4．恒流源
5．电压放大器
PI调节器 6．推挽输出级
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改动不大呀！ 怎么能解决前面所说的所有的技术难点呢？
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第七章 高电压大电流测量技术
0.5R (a) -0.5U 0.5R +0.5U U S O R
(b)
隙击穿的电压。
球隙可用于交流、直流和冲击电压幅值的测量。 球隙击穿电压按照国际电工委员会的球隙放电电压表来确 定。球隙连接回路有两种：对称回路和不对称回路。