第四节 高电压测量技术

小
结
进行高电压试验，除了要有能产生各种试验电压的 高压设备之外，还必须要有能测量这些高电压的仪器 和装置。 试验室条件下高压静电电压表、峰值电压表、球隙 测压器、高压分压器等仪器广泛应用于测高电压。 现代高电压测量技术也向数字测量技术方向发展。
• 1、画出高效率多级冲击电压发生器（3级） 、画出高效率多级冲击电压发生器（ 级 接线图，并画出等效电路图， 接线图，并画出等效电路图，解释其高效 性工作原理。 性工作原理。 • 2、画出 种倍压整流电路图，比较优缺点。 种倍压整流电路图， 、画出3种倍压整流电路图 比较优缺点。 • 3、对设备进行工频耐压试验时，耐压时 、对设备进行工频耐压试验时， 间规定为多少？ 间规定为多少？ • 4、在进行雷电冲击试验电压测量时，能 、在进行雷电冲击试验电压测量时， 否用电阻型分压器，为什么？ 否用电阻型分压器，为什么？
第四节 高电压测量技术
高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备， 还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。 电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来 测量高电压；但此法在试验室中用得很少。试验室条 件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测 压器、高压分压器等仪器测量高电压。 国标规定，高电压的测量误差一般应控制在±3％以 内。
电容分压器在冲击电压 作用下存在着一些列高频 振荡回路，其中的电磁振 荡将使分压器输出电压波 形发生畸变。阻容分压器 可阻尼各处的振荡。
（三）阻容分压器
五、高压脉冲示波器和新型冲击电压数字测 量系统
什么是高压脉冲示波器？ 什么是高压脉冲示波器？ 用来测量、记录冲击波的专用仪器。 用来测量、记录冲击波的专用仪器。
– 技术要求： 技术要求： – 分压比的准确度和稳定性
•
分出的电压与被测高电压波形的相似性
SGY数字高显表 数字高显表
• 组装分压器
分压比
每一个分压器均由高压臂和低压臂组成，在低压 臂上得到的就是分给测量仪器的低电压 u2 ，总电压
u 1 与u2
之比称为分压比（N ）。
（一）电阻分压器 高、低压臂均为电阻，如 低压臂均为电阻， 30所示 所示。 图5－30所示。 图中的放电管F起保护作用。 图中的放电管F起保护作用。
升降法 预先估计一个大致50％击穿电压的2％～3％作为级 差 ，凡是加压引起击穿，则下次加压比上次高 。 ∆ U 反复加压20～40次，分别统计各级电压 的加压次 ∆ U Ui 数 ，
ni
U =
50 %
∑U n ∑n
i i
i
• 四、高压分压器 被测电压很高时，采用 被测电压很高时， 高压分压器来分出一小部分电压， 高压分压器来分出一小部分电压，然后利 用静电电压表、峰值电压表、 用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示 波器等来测量。 波器等来测量。
不能测量一切冲击电压
• FRC系列交直流数字分压器主要用 系列交直流数字分压器主要用 于工频交流和直流高电压的测量， 于工频交流和直流高电压的测量， 可代替高压静电电压表，使用方便， 可代替高压静电电压表，使用方便， 显示直观，测量精度高。 显示直观，测量精度高。 • 测量范围：0-50KV，0-100KV，0测量范围： ， ， 150KV， 0-200KV，0， ， 250KV，0-300KV ， • 精度：±1.50%，±1%，±0.5% 精度： ， ， .技术指标 三.技术指标 • 1.准确度：AC1.5%，DC1% 准确度： 准确度 ， • 2.分压比 高压 低压 分压比K=高压 低压=1000：1 分压比 高压/低压 ： 所测量高压值=1000×低压值（表 所测量高压值 ×低压值（ 中数值） 中数值） • 3.电气强度：1.2倍额定电压 电气强度： 倍额定电压 电气强度 • 4.环境条件：温度 环境条件： 摄式度， 环境条件 温度0-40摄式度，湿 摄式度 度〈85%
确定球隙或其他自恢复绝缘的50％冲击放电电压： 多极法
或固定电压值， 或固定电压值，逐级 调节球隙距离； 调节球隙距离；或固定 球隙距离， 球隙距离，逐级改变所 加冲击电压的幅值。 加冲击电压的幅值。得 到放电概率P 到放电概率P与所加电压 或球隙距离d) d)的关系 U（或球隙距离d)的关系 曲线，从而得到P 50％ 曲线，从而得到P＝50％ 时的U50 U50％ 时的U50％ （或d50%)
f ∝u
2
若采用的是消除了边缘效应的平板电极，那么由 静电场理论，易求得
U∝ F
为了尽可能减少极间距离和仪表体积，极间应采用 均匀电场，所以高压静电电压表的电极均采用消除了 边缘效应的平板电极，如图5-26所示。
静电电压表的特点： 静电电压表的特点： 内阻抗特别大， 内阻抗特别大，几乎不消耗什么能量 大气50能测量相当高的交流和直流电压 （大气 250KV；SF6500-600KV） ； ）
一、高压静电电压表
Hale Waihona Puke u，电极间就会受 到静电力 f 的作用，而且 f 的大小与 u的数值有固定 关系，设法测量 f 的大小就确定所加电压 u 的大小。
两个特制的电极间加上电压 利用这一原理制成的仪表即为静电电压表，它可以用 来测量低电压，也可以在高压测量中得到应用。
但仪表不可能反映力的瞬时值f ，而只能反映其平 均值 F 。
•不必对湿度进行校正。 不必对湿度进行校正。 不必对湿度进行校正 用球隙测量工频电压时， 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一般不小于 压的平均值， 1min，以便在每次放电后让气隙充分电离，各次击 ，以便在每次放电后让气隙充分电离， 穿电压与平均值之间的偏差不应大于3％。 穿电压与平均值之间的偏差不应大于 ％。
三、球隙测压器
唯一能直接测量高达数兆伏的各类高压峰值的测 量装置。
由一对直径相同的金属球构成，测量误差约2 ％～3％
D
工作原理基于一定直径（ 极间距离（
d
）的球隙在一定
）时的放电（击穿）电压为一定值。
–（一）球隙的优点 （
–击穿时延小，具有比较稳定的放电电压值和较高的测 击穿时延小， 击穿时延小 量精度 –50%冲击放电电压与静态（交流或直流）放电电压的 冲击放电电压与静态（ 冲击放电电压与静态 交流或直流） 幅值几乎相等。 幅值几乎相等。
(二)球隙的放电电压
国际电工委员会综合比较了各国高压试验室所得 实验数据编制成标准球隙放电电压表。
R1为限流电阻，R2为球隙 测压器的专用保护电阻。
• 用球隙测量冲击电压时，应通过调节极距 用球隙测量冲击电压时， 来 达到50％放电概率，此时被测电压即 达到 ％放电概率， 等于球隙在这一距离时的50％ 等于球隙在这一距离时的 ％冲击放电电 压。 • 确定 确定50%的放电概率常用 次加压法，即 的放电概率常用10次加压法 的放电概率常用 次加压法， 加上10次同样的冲击电压 次同样的冲击电压， 对球隙 加上 次同样的冲击电压，如有 4～6次发生了放电，即可认为已达到 ％ 次发生了放电， ～ 次发生了放电 即可认为已达到50％ 放电概率。 放电概率。
(二)利用电容器充电电压来测量交流电压（5-27b) 利用电容器充电电压来测量交流电压（ 电容器充电电压来测量交流电压
U
m
=
U
d
T 1− 2 RC
图5-27（b）利用电容器充电电压 来测量交流高压的峰值电压表原理
• 注意事项：
• 选用冲击峰值电压表时，要注意其响应时间是否 选用冲击峰值电压表时， 合适于被测波形的要求， 合适于被测波形的要求，并应使其输入阻抗尽可 能大。 能大。 • 利用峰值电压表，可直接读出冲击电压的峰值， 利用峰值电压表，可直接读出冲击电压的峰值， 与用球隙测压器测峰值相比， 与用球隙测压器测峰值相比，可大大简化测量过 程。 • 但是被测电压波形必须是平滑上升的，否则就会 但是被测电压波形必须是平滑上升的， 产生误差。 产生误差。 • 指示仪表可以是指针式表计，也可以是具有存储 指示仪表可以是指针式表计， 功能的数字式电压表。 功能的数字式电压表。
R1 + R 2 N = R2
高压试验室中，电阻反压器的测量回路如图5－31所 示，同轴电缆可以避免输出波形在这段距离内受到周围 电磁场的干扰。终端并联匹配电阻R以避免冲击波在终 端处的反射。
（二）电容分压器
分压比
C1 + C 2 N= C1
电容分压器也存在对地杂散电容， 电容分压器也存在对地杂散电容，但由于分压器 本身也是电容，所以杂散电容只会引起幅值误差， 本身也是电容，所以杂散电容只会引起幅值误差，而 不会引起波形畸变。 不会引起波形畸变。
二、峰值电压表
（一）利用整流电容电流来测量交流高压 利用整流电容电流来测量交流高压 整流电容电流
U I av = 2 Cf
m
图5-27（a） 利用整流电容电流来测量交 流高压的峰值电压表原理
SFD-5型数字式 型数字式 峰值电压表： 峰值电压表： 主要有峰值保持 器和模数转换器 两大部分组成， 两大部分组成， 当瞬间即逝的冲 击信号到达以后 该功能自行启动， 该功能自行启动， 判别峰值， 判别峰值，跟踪 并永久保持最大 值
• 为什么叫高压脉冲示波器？ 为什么叫高压脉冲示波器？ • “高压”二字并非指需要测量的电压很 高压” 而是指这种示波器的加速电压很高。 高，而是指这种示波器的加速电压很高。例 如要10～ 如要 ～20kV，而普通示波器的加速电压只 ， 就够了。 要2～3kV就够了。 ～ 就够了
• 高电压数字测量系统 • 硬件系统 高压分压器、数字示波器、 高压分压器、数字示波器、 打印机等。 计算机 打印机等。 • 软件系统 操作、信号处理、存储、 操作、信号处理、存储、显 打印等软件。 示、 打印等软件。