(优选)高电压和大电流的测量

（优选）高电压和大电流的测量
6.1 交流高压的测量
电力系统中，常用（PT＋低压测量仪表）监视运行电压。 在高压实验室中，试验用电压很高，电网用的PT不再适用
。定制PT造价高，且体积、重量也大，所以一般不用。
试验室高压测量的常用方法：
直接测量法
球隙法 静电电压表
电压互感器(PT)
转换测量法 分压器（电容式、电阻式） 电流计算法（高压电容器配合整流回路）
国标规定，冲击电压测量系统的不确定度为： 幅值<3%；波形时间± 10%。
对于雷电冲击截波,如果截断时间在0.5~2 s,那么允许 幅值测量的不确定度为<5%；
6.3.1 球隙法
标准球隙测量冲击电压的峰值； 测量冲击电压时，与球隙串联的电阻<500 ，
寄生电感<30 H，避免在保护电阻上产 生大的压降。
•
R1
rn1
•
rn
R1
•
R2
V
寄生电容的影响显著；
电阻上的发热，引起阻 值变化，测量电压范围 受到限制
•
两种分压器都需考虑消除高压端的电晕。
高压标准电容器
1.高压电极 2.低压电极 3.保护电极 4.绝缘筒 5.低压引线 6.底座电极 7.高压屏蔽罩
6.1.4 峰值测量
半桥整流：
Um
I pin 2C1 f
用棒－棒间隙取代球间隙 测量直流高压。
Ub 2 0.534 d (kV)
6.2.2 静电电压表
表示的是瞬时值的平方的平均值， 因此在直流纹波较大时，读数不是 平均值。
U
U aV
2
U
2
2
当纹波较小时，二者的差别很小。根据上式， 当直流电压的纹波系数不大于20%时（实际上 符合规定的试验用高压的纹波系数应不大于3% ），可认为有效值和平均值相等，即认为静电 电压表所测得的值即为直流电压的平均值。
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6.2.3 高阻分压器
R1 U1
R2 V U 2
30
电阻分压器的高压臂R1实际上是高阻值的电阻 ，一般按1～2M/kV配置。因为单个电阻的耐 受电压能力和电阻值有限，这个高压臂电阻由 许多阻值较小的电阻元件串联组成。
31
由于测量直流高压时 不需要考虑寄生电容 的影响，所以高压电 阻可以不采取屏蔽
36
由于在冲击电压作用下球隙放电有分散性，球隙 放电电压表所列的是球隙的50%放电电压U50％。
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对于分压器，要求它的分压比N是常数，即不 应随被测波形、频率、电压大小、周围大气条 件和安装地点而变化，或者变化很小以满足规 定的测量准确度的要求。
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高阻抗电阻式分压器
•
r1
•
r2
•
r3
R1 R1
r：屏蔽用分压电阻 R1：分压器高压臂电阻 R2：分压器低压臂电阻
U1

R1 R2 R2
U 2
6.2.4 直流高压纹波的测量
UD Ur
UD：直流电压 Ur：纹波电压
C
纹波分量的计算
• U RV
U UrR R 1
1
j
2f CR j 2f CR
U
r
j 2f C
•
如果 2fCR 1
则 U Ur
纹波的测量
6.3 冲击高压的测量
冲击电压的特点：持续时间短，波形变化快，幅值高
要求冲击电压测量系统具有很好的瞬态响应特性。
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6.1.3 电容分压器
2
Z2
2
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必须满足条件
C1
高阻抗
电压表
1
U1
R
R
C2 V U2
C
U1
C1 C2 C1
U 2
分压比：N 分压器上所加总电压与低压臂输出电压之比。
N C1 C2 C1
只要C1<<C2，那么U2<<U1，仅有小部分
电压降在C2上，就可以实现用低压仪器测 量高压的目的。
球隙的另一个主要用途
保护 将球隙距离加大到试验电压
的1.1-1.15倍对应的距离。
球隙的布置
图中A、B值
A—放电点与大地之间的距离 B—放电点与周围物体之间的距离
测量方法： 固定球距 固定电压
校正曲线：
9
使用球隙法应注意：
周围物体的影响 照 射 规 定 ： 当 被 测 电 压 < 5 0 kV 时 或 者
D<12.5cm时，均须γ射线或紫外线照射。 保护电阻 保护电阻一般取100k－1M 球表面要光滑，表面曲率半径足够大。其表
面要洁净，无灰尘。
测量球隙
6.1.2 静电电压表
dl
l
F
E
U
测量原理：静电引力。
F
dW dl
d ( 1 CU 2 ) 2 dl
0 A
2l 2
U
2
2F
U l
kl F
6.2 直流高压的测量
注意：直流中含脉动分量U，脉动系数S<3% 。
U=(Umax-Umin)/2
测量仪器：
标准“棒－棒”间隙 静电电压表 高阻分压器 旋转电位计(已很少使用)
6.2.1 标准“棒－棒”间隙
棒－棒类似于球间隙。
球间隙的问题： 测量直流高压时，球隙放电 的分散性较大，其不确定度 超过了±3％，达到±5％。
0 A
C 0 A
l
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静电电压表测量方法
特点：
1. 由于电容很小，一般为5－50pF，电极间靠大气绝缘，因此吸收 功率很小。
2. 可用于直流、工频，用于高频时，需考虑功率吸收。
3. 刻度非线性。
静电电压表
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。
6.1.1 球隙法
由一对直径相同的金属球构成，测量误差约2％～ 3％
球隙构成
球隙法测量依据
稍不均匀电场中，气体击穿电压与间隙距离有 稳定的关系。 电压校正：取10次的平均值，并保证标准偏差 <1%平均值。最后再进行大气环境的修正。
球隙放电电压是被测电压的峰值
标准球隙放电电压
通过多年研究，已经制订了标准球 隙放电电压表格。
全桥整流：
Um
I pin 4C1 f
要求：电容C1、电流Ipin和频率f测量准确， 频率不发生变化；
半波平均电流回路公式推导
I pin
1 T
T 2
i dt
1
0
T
T 2 0
C1
du dt
dt
C1
T
Um Um
du
C1 T
2U m
所以，U m
I pin 2C1 f
二、通过测量整流后的电压确定峰值
一定的球直径和球隙距离有一对应 的放电电压。
使用要求：
球隙距离 球直径
0.5
球隙的优点
➢击穿时延小，具有比较稳定的放电电压值和 较高的测量精度 ;
➢50%冲击放电电压与静态（交流或直流）放 电电压的幅值几乎相等。
➢不必对湿度进行校正。
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 30秒，以便在每次放电后让气隙充分电离，各次 击穿电压与平均值之间的偏差不应大于3％。