高电压测量方法概述

高电压测量方法概述

球隙法测量高电压是试验室比较常用的方法之一。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。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。这样才能保持稍不均匀电场。球隙法测量接线如图1所示。

测量球隙作为一种高电压测量方法的优缺点进行比较。其优点是：可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，是直接测量超高压的重要设备。结构简单，容易自制或购买，不易损坏。有一定的准确度，测量交流及冲击电压时准确度在3％以内。球隙法测量的缺点是：测量时必须放电放电时将破坏稳定状态可能引起过电压。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，为防止游离气体的影响，每次放电间隔不得过小。且升压过程中的升压速度应较缓慢，使低压表计在球隙放电瞬间能准确读数，测量较费时间。实际使用中，测量稳态电压要作校订曲线，测量冲击电压要用50％放电电压法。手续都较麻烦。被测电压越高，球径越大，目前已有用到直径为±3m的铜球，不仅本身越来越笨重，而且影响建筑尺寸。

静电压表法测量原理是加电压于两电极，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由静电力产生的某一极板的偏移(或是偏转)就能够反映所加电荷的大小。

静电电压表有两种类型，一种是绝对静电电压表，另一种是非绝对的静电电压表，由于绝对静电电压表结构和应用都非常复杂。在工程上应用较多的还是构造相对简单的非绝对静电电压表，其测量不确定度为1％～3％。量程可达1000kV。此种测量表测量时可动电极有位移。可动电极移动时，张丝所产生的扭矩或是弹簧的弹力产生了反力矩，当反力矩和静电场的力矩相平衡时，可动电极的位移达到一个稳定值。与可动电极相连接在一起的指针或反射光线的小镜子就指出了被测电压的数值。静电电压表从电路中吸取的功率相当小，当测量交流电压时，表计通过的电容电流的多少决定于被测电压频率的高低以及仪器本身电容的大小，由于仪表的电容一般仅有几皮法到几十皮法，所以吸取的功率十分的微小，因此静电电压表的内阻抗极大。通常还可以把它接到分压器上来扩大其电压量程，目前国内已生产有250～500kV的静电电压表。

静电电压表的优点是它基本上不从电路里吸取功率，或是只吸取极小量的功率。但是静电电压表的测量也存在着明显的缺点：

(1)容易受到外界电场的干扰，同时静电电压表不能在有风的环境中使用，否则活动电极会被风吹动，造成较大的测量误差。

(2)静电电压表的准确等级通常在1．5级左右，有一定的测量误差。若其安放位置或高压引线的路径处置不当，往往会造成显著的误差，另外它携带不方便。否则活动电极会被风吹动，造成较大的测量误差。所以一般被用于实验室里测量100～250kV 及以下的电压。

峰值电压表是用来测量交流电压幅值的。目前应用较多的有两种方法：一种是利用电容电流整流来测量电压峰值：另一种是利用电容上的整流充电电压来测量电压峰值

分压器是一种将高电压波形转换成低电压波形的转换装置，它由高压臂和低压臂组成。输入电压加在整个装置上，而输出电压则取自低压臂。通过分压器可以解决低压仪器测量高压峰值以及波形的问题。分压器可以分为电阻分压器，电容分压器，阻容分压器。用电容分压器测量高电压的原理是，将被测电压通过串联的电容分压器进行分压，测出其中低阻抗电容器上的电压，再用分压比算出被测电压，如图3所示图中C ，、C 。分别代表高电压臂和低电压臂的电容，测量仪表接在c 两端，可以用高阻抗的交流电压表或静电电压表测量电压的有效值，也可以用峰值表测量电压的峰值：还可以用示波器观察波形和测量电压的峰值。R 为并联在C ，上的一个高电阻，可以用它防止C ．在加压前或加压后所存在的残余电压。假定被测电压为U e 两端电压为U ．根据电流连续性原理：221

21U K U C C C U C =+=

对于测量工频的分压器，一般有以下的基本要求：分压器接入被测电路基本不影响被测龟压的幅值和波形。分压器所消耗的电能不能太大。在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能所形成的温升不应引起分压比的变化。由分压器低压臂所测得的电压波形与被测电压波形相同，分压比在一定的频带范围内应与被测电压的频率和幅值无关。分压器中应无电晕及绝缘泄漏电流，或者说即使有极微量的电晕和泄漏，它们应对分压比的影响很小。

光测高电压技术具有许多优点，如：信号传输媒介为光纤，绝缘能力强；信号通道不受电磁场的干扰，使光测系统具有很强的抗电磁干扰性能；造价低且造价不强烈依赖被测电压等级等。

如图1所示，光测高电压系统可分为传感和信号处理两大部分。

(1)传感部分：包括泡克尔斯盒(Pockels Cell以下简称P．C．)、光源、叠层介质分压器和

传递光信号的光纤、光电转换器件等。

(2)信号处理部分：包括放大电路和单片微机部分。

系统工作过程简述如下：

高压电网经一定比例分压后，部分电压加在P．C，上，该电压对穿过盒中晶体的光强产生调制使P．c．的出射光强随被测电压按确定的函数关系变化。出射光强经光纤传到光电转换器并把光强信号转化为电流、电压信号。该信号经A／D转换变为数字信号，并

由单片机根据被测电压与光信号之间的函数关系计算出被测电压，并以数字方式显示。同时，

由D／A转换器输出代表被测电压的模拟信号。