3 穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量

1、 概述概述 測(cè)量球隙測(cè)量球隙 靜電電壓表靜電電壓表 高壓交流分壓器及充氣標(biāo)準(zhǔn)電容器高壓交流分壓器及充氣標(biāo)準(zhǔn)電容器 峰值電壓表峰值電壓表 直流電壓脈動(dòng)的測(cè)量直流電壓脈動(dòng)的測(cè)量 ;);(;:光電法等絕對(duì)測(cè)量如核反應(yīng)法量裝置利用其它物理效應(yīng)的測(cè)分壓器測(cè)量法確定高電壓上的電壓測(cè)兩串聯(lián)阻抗中低阻抗定電壓測(cè)通過高阻抗的電流確法高阻抗與低壓儀表配合高壓靜電電壓表測(cè)量球隙直接接入式測(cè)量裝置）（，、穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量)(systemmeasuringapprovedsystemmeasuringreference認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量系統(tǒng)：%1%10%3直流電壓平均值誤差脈動(dòng)幅

2、值誤差誤差最大值有效值平均值直流電壓峰值有效值交流電壓）、（）、（誤差要求：誤差要求：動(dòng)態(tài)特性：動(dòng)態(tài)特性：幅頻響應(yīng)在幅頻響應(yīng)在0.20.27 7倍試驗(yàn)電壓頻率范圍內(nèi)倍試驗(yàn)電壓頻率范圍內(nèi)變化不超過變化不超過 2%2%。認(rèn)可試驗(yàn)認(rèn)可試驗(yàn)類型：類型：性能校核性能試驗(yàn)驗(yàn)收試驗(yàn)2.1 為什么可用球隙測(cè)量電壓為什么可用球隙測(cè)量電壓 均勻電場(chǎng)下空氣間隙的放電電壓與間隙距離存在一均勻電場(chǎng)下空氣間隙的放電電壓與間隙距離存在一定關(guān)系；定關(guān)系； 測(cè)量球隙間是稍不均勻場(chǎng)，所以可用來測(cè)量電壓；測(cè)量球隙間是稍不均勻場(chǎng)，所以可用來測(cè)量電壓； 因?yàn)榇蟮氐戎車矬w的影響，理論計(jì)算難獲準(zhǔn)確因?yàn)榇蟮氐戎車矬w的影響，理論計(jì)算難獲準(zhǔn)

3、確性，球隙放電電壓只能夠靠試驗(yàn)決定；性，球隙放電電壓只能夠靠試驗(yàn)決定； 球隙測(cè)量的是電壓的峰值，可用于測(cè)量交流、直球隙測(cè)量的是電壓的峰值，可用于測(cè)量交流、直流標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊電壓、長(zhǎng)波尾沖擊波電壓。流標(biāo)準(zhǔn)全波沖擊電壓、長(zhǎng)波尾沖擊波電壓。銅球直徑：銅球直徑：2cm2cm2m2m，誤差，誤差 2 2。間隙距離間隙距離S S與球直徑與球直徑D D比值比值: :S/D 0.5S/D 0.5高壓線引入點(diǎn)高壓線引入點(diǎn)距高壓球放電點(diǎn)距高壓球放電點(diǎn)2D2D以上以上1 1、周圍物體的影響、周圍物體的影響 A Amaxmax、A Aminmin、B Bminmin。2 2、照射、照射 。 IECIEC：V V（峰）（

4、峰） 50kV k，k很小可略去，所以很小可略去，所以 RCjshRCjlxshUURCjl)(11)(1oAlxUU)6(,18011222RCtgCRA地端等效阻抗：地端等效阻抗：)1801 (sinh)(222011CRRRCjRCjRIUZxtSinUUM11)(1tSinAUlxUM當(dāng)當(dāng)對(duì)于電阻分壓器，對(duì)于電阻分壓器，RR，CC誤差誤差 較高電壓分壓器雜散電容較高電壓分壓器雜散電容(stray capacitance)(stray capacitance)必必定大（尺寸大），定大（尺寸大），R R也大（電流不能太大，否則溫升也大（電流不能太大，否則溫升高）。高）。 所以電阻分壓器適于

5、測(cè)量所以電阻分壓器適于測(cè)量 頻率和電壓不太高的交流電壓（頻率和電壓不太高的交流電壓（ 100kVCCH H值，總體看，值，總體看，C C的作用效果更大。的作用效果更大。 （4 4）C CH H可對(duì)分壓器的對(duì)地雜數(shù)電容起一定的補(bǔ)償作用，減小可對(duì)分壓器的對(duì)地雜數(shù)電容起一定的補(bǔ)償作用，減小C C引起的誤差。引起的誤差。 1 1、高電阻串聯(lián)電流表測(cè)量：、高電阻串聯(lián)電流表測(cè)量：主要測(cè)直流主要測(cè)直流U Ud d和小于和小于100kV100kV交流電壓；交流電壓；2 2、高壓電容串聯(lián)電流表測(cè)量、高壓電容串聯(lián)電流表測(cè)量主要測(cè)交流（不能測(cè)直流主要測(cè)交流（不能測(cè)直流U Ud d，只能測(cè)直流，只能測(cè)直流UU） 無論

6、對(duì)電阻分壓還是高電阻串聯(lián)電流表測(cè)量，關(guān)無論對(duì)電阻分壓還是高電阻串聯(lián)電流表測(cè)量，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)能在高電壓下穩(wěn)定工作的高歐姆電阻鍵在于設(shè)計(jì)一個(gè)能在高電壓下穩(wěn)定工作的高歐姆電阻器（即高壓電阻）。器（即高壓電阻）。 高壓電阻設(shè)計(jì)是測(cè)量直流和小于高壓電阻設(shè)計(jì)是測(cè)量直流和小于100kV100kV交流電壓交流電壓的關(guān)鍵所在。的關(guān)鍵所在。 P P：放電管或穩(wěn)壓管防止毫安表：放電管或穩(wěn)壓管防止毫安表超量程；超量程；G G：間隙，防止過電壓，作：間隙，防止過電壓，作P P的的后備保護(hù)后備保護(hù)R3R3：防止引線和毫安表開路將：防止引線和毫安表開路將過電壓引到控制臺(tái)過電壓引到控制臺(tái)測(cè)量直流高壓的接線圖測(cè)量直流高壓的

7、接線圖R R太小，電流大，太小，電流大，R R發(fā)熱，阻值不穩(wěn)增加誤差；發(fā)熱，阻值不穩(wěn)增加誤差；R R太大，電流過小，電暈放電和絕緣支架漏電會(huì)造成太大，電流過小，電暈放電和絕緣支架漏電會(huì)造成測(cè)量誤差。測(cè)量誤差。因存在電暈和泄漏電流，電壓高時(shí)可取較大電流值。因存在電暈和泄漏電流，電壓高時(shí)可取較大電流值。一般電流取：一般電流?。?.50.51mA1mA，即，即(1(12M/kV)2M/kV)。 電阻值變化主要取決于電阻的溫度系數(shù)。電阻值變化主要取決于電阻的溫度系數(shù)。碳膜電阻：碳膜電阻：-100ppm/-100ppm/；精密金屬膜：精密金屬膜：（1010100100）ppm/ppm/；精密線繞電阻：精

8、密線繞電阻：10 ppm/10 ppm/，一般，一般1 15 ppm/5 ppm/；A A、電阻本身發(fā)熱或環(huán)境溫度變化造成阻值變化、電阻本身發(fā)熱或環(huán)境溫度變化造成阻值變化措施：措施：（a a）選用溫度系數(shù)小的元件；）選用溫度系數(shù)小的元件；（b b）選元件容量大于分壓器所需額定功率；）選元件容量大于分壓器所需額定功率；（c c）正、負(fù)溫度系數(shù)元件搭配，使整體誤差最?。唬┱?、負(fù)溫度系數(shù)元件搭配，使整體誤差最??；（d d）分壓器內(nèi)充變壓器油或其它強(qiáng)迫散熱措施。）分壓器內(nèi)充變壓器油或其它強(qiáng)迫散熱措施。B B、電暈放電造成測(cè)量誤差：、電暈放電造成測(cè)量誤差：電暈電流使本體電流向下逐漸減小，（相似于對(duì)地電容

9、對(duì)交流電暈電流使本體電流向下逐漸減小，（相似于對(duì)地電容對(duì)交流分壓器的影響）帶來誤差。分壓器的影響）帶來誤差。措施：措施：（a a）使電流適當(dāng)增大（減小電暈電流比例）；）使電流適當(dāng)增大（減小電暈電流比例）；（b b）電阻的高壓端裝金屬屏蔽罩，使電場(chǎng)均勻；）電阻的高壓端裝金屬屏蔽罩，使電場(chǎng)均勻；（c c）電阻器內(nèi)充高氣壓氣體或高絕緣（）電阻器內(nèi)充高氣壓氣體或高絕緣（SFSF6 6）氣體或變壓器油；）氣體或變壓器油；（d d）等電位屏蔽。）等電位屏蔽。1 1、分壓器自身供給屏蔽電位的等電位屏蔽：、分壓器自身供給屏蔽電位的等電位屏蔽：兩個(gè)電阻由一個(gè)單元屏蔽，兩個(gè)電阻由一個(gè)單元屏蔽，然后各單元連起來，繞

10、成螺然后各單元連起來，繞成螺旋旋形。由于各屏蔽單元光旋旋形。由于各屏蔽單元光滑而尺寸大，不易產(chǎn)生電暈?；叽绱螅灰桩a(chǎn)生電暈。（但若屏蔽單元對(duì)地或電阻（但若屏蔽單元對(duì)地或電阻體對(duì)屏蔽有電暈或漏電，仍體對(duì)屏蔽有電暈或漏電，仍然會(huì)有誤差）。然會(huì)有誤差）。2 2、由輔助分壓器供給屏蔽電位的等電位屏蔽、由輔助分壓器供給屏蔽電位的等電位屏蔽 屏蔽電位由輔助分壓器屏蔽電位由輔助分壓器提供，即使屏蔽單元有電暈，提供，即使屏蔽單元有電暈，也不會(huì)帶來測(cè)誤差（電暈電也不會(huì)帶來測(cè)誤差（電暈電流是由輔助分壓器供給）。流是由輔助分壓器供給）。但必須保證屏蔽單元與電阻但必須保證屏蔽單元與電阻體無漏電。體無漏電。C C

11、絕緣支架的漏電造成測(cè)量誤差：絕緣支架的漏電造成測(cè)量誤差： 支撐電阻體的絕緣支架漏電電流是從本體電流中分支撐電阻體的絕緣支架漏電電流是從本體電流中分出來的會(huì)帶來誤差。出來的會(huì)帶來誤差。措施：措施：（a a）選用絕緣電阻大的材料；）選用絕緣電阻大的材料；（b b）本體電流取大些；）本體電流取大些；（c c）充油或等電位屏蔽。）充油或等電位屏蔽。 阻值的選擇：阻值的選擇： 因?qū)Φ仉娙莸挠绊懀驅(qū)Φ仉娙莸挠绊?，R R不能取太大，比直流時(shí)的低不能取太大，比直流時(shí)的低得多；得多； 一般電流?。簬滓话汶娏魅。簬?mA+mA1 1百多百多mAmA，阻值為數(shù)百，阻值為數(shù)百k k 1M1M，電阻一般用線繞電阻。，

12、電阻一般用線繞電阻。實(shí)際中，交流高壓電阻用得不多（一般實(shí)際中，交流高壓電阻用得不多（一般100kV100kV）。）。1、分布式高壓電容器、分布式高壓電容器1、分布式高壓電容器、分布式高壓電容器 電容值的選擇：電容值的選擇： C C1 1小，雜散電容小，雜散電容C CH H和和C C影響較大；影響較大； C C1 1大，成本和尺寸增大，工頻試大，成本和尺寸增大，工頻試驗(yàn)變壓器負(fù)荷增加；驗(yàn)變壓器負(fù)荷增加；一般一般C1C1取取100100200pF200pF（只測(cè)交流）（只測(cè)交流） 1、分布式高壓電容器、分布式高壓電容器電容元件：電容元件： 要求為純電容，介質(zhì)損耗和電感量小。要求為純電容，介質(zhì)損耗和

13、電感量小。 電容形式：油紙、聚苯乙烯、陶瓷電容器。電容形式：油紙、聚苯乙烯、陶瓷電容器。 分布式電容分壓器存在電感影響（電容隨溫度和分布式電容分壓器存在電感影響（電容隨溫度和作用電壓不同有些變化）及難以實(shí)現(xiàn)良好屏蔽（雜散作用電壓不同有些變化）及難以實(shí)現(xiàn)良好屏蔽（雜散電容影響）。電容影響）。2 2、集中式高壓電容器、集中式高壓電容器 氣體介質(zhì)作絕緣，介質(zhì)損耗小，氣體介質(zhì)作絕緣，介質(zhì)損耗小，且且C C準(zhǔn)確穩(wěn)定。準(zhǔn)確穩(wěn)定。 低壓電極被高壓電極包圍，屏蔽低壓電極被高壓電極包圍，屏蔽良好，基本不受雜散電容良好，基本不受雜散電容 的影響，的影響，一般一般C C中充滿耐電強(qiáng)度高的絕緣氣體中充滿耐電強(qiáng)度高的絕

14、緣氣體（如（如N N2 2、SFSF6 6等），以減小尺寸。等），以減小尺寸。3、測(cè)量?jī)x器入口電阻的影響、測(cè)量?jī)x器入口電阻的影響R2R2：測(cè)量?jī)x器入口電阻；：測(cè)量?jī)x器入口電阻；釋放釋放C2C2電荷。電荷。%50222CR測(cè)量幅值減小比值測(cè)量幅值減小比值2211tanCR相位移動(dòng)（領(lǐng)先）相位移動(dòng)（領(lǐng)先）4 4、分壓器測(cè)量的干擾及屏蔽、分壓器測(cè)量的干擾及屏蔽 高壓臂電容處于試驗(yàn)區(qū)；高壓臂電容處于試驗(yàn)區(qū)；低壓臂電容處于控制室、測(cè)低壓臂電容處于控制室、測(cè)量連接線及儀表應(yīng)屏蔽。量連接線及儀表應(yīng)屏蔽。5.1.1 5.1.1 測(cè)量原理測(cè)量原理 測(cè)量接線圖測(cè)量接線圖 電壓電流波形圖電壓電流波形圖5.1.1 5

15、.1.1 測(cè)量原理測(cè)量原理 fCUTCUduTCdtdtduCTdtiTImtmmUUmTcd2/2111020一周內(nèi)經(jīng)檢流計(jì)一周內(nèi)經(jīng)檢流計(jì)G G的平均電流的平均電流IdId為為 CfIUdm2峰值電壓：峰值電壓：5.1.2 5.1.2 利用電容電流整流測(cè)量電壓峰值的電容選擇利用電容電流整流測(cè)量電壓峰值的電容選擇 (1) (1) 用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器作用高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器作C C：因：因C C準(zhǔn)確、穩(wěn)定、不受外物準(zhǔn)確、穩(wěn)定、不受外物影響，測(cè)量精度高；影響，測(cè)量精度高；說明：要求電壓正勻半波波形相同，而且半周期內(nèi)的電壓波形說明：要求電壓正勻半波波形相同，而且半周期內(nèi)的電壓波形不能有兩個(gè)高峰值或多個(gè)高峰值

16、，若半周期內(nèi)電流過零不止一不能有兩個(gè)高峰值或多個(gè)高峰值，若半周期內(nèi)電流過零不止一次，則測(cè)得的電流會(huì)加大，會(huì)引起測(cè)量誤差。次，則測(cè)得的電流會(huì)加大，會(huì)引起測(cè)量誤差。 高壓電容型式：高壓電容型式：(2) (2) 用球隙用球隙C C：C C不穩(wěn)定、易受外物影響，只有通過校訂不穩(wěn)定、易受外物影響，只有通過校訂才能知道被測(cè)電壓值，測(cè)定精度不高。才能知道被測(cè)電壓值，測(cè)定精度不高。5.2.1 5.2.1 測(cè)量原理測(cè)量原理 RCtmCeUU2121minRCTmmmdeUUUUU5.2.1 5.2.1 測(cè)量原理測(cè)量原理 RCTRCTRCTeRCT1)(2112RCTUUmd21 該電路可測(cè)交流、直流最大峰值，若

17、有幾個(gè)峰，該電路可測(cè)交流、直流最大峰值，若有幾個(gè)峰，則給出的為最大峰值。當(dāng)則給出的為最大峰值。當(dāng)RC20TRC20T時(shí)，誤差時(shí)，誤差2.5%2.5%。 5.2.2 5.2.2 利用電容分壓器測(cè)量峰值電壓利用電容分壓器測(cè)量峰值電壓C3C3：濾波電容；：濾波電容；D D：硅堆：硅堆R2R2：直流電壓泄漏電阻：直流電壓泄漏電阻5.2.35.2.3重復(fù)充電誤差分析重復(fù)充電誤差分析 mUCCCCCU321321mUCCCCCCQ3213211mUCCCCU32112mUCCCCCQ321122mUCCCCU32113mUCCCCCQ321133321QQQ 第一次電源加到第一次電源加到UmUm時(shí)時(shí) 5.

18、2.35.2.3重復(fù)充電誤差分析重復(fù)充電誤差分析 當(dāng)電源當(dāng)電源+U+UM M00時(shí)時(shí), ,C1C1、C2C2相當(dāng)于短路，（相當(dāng)于短路，（D D不通）并反向并聯(lián)，（不通）并反向并聯(lián)，（C1C1、C2C2各放掉各放掉Q2Q2電荷，電荷，Q1Q1上仍剩上仍剩Q3Q3由由C1C1、C2C2平分）平分）21321211CCQCCQQU21312CCQUUC1C1、C2C2上出現(xiàn)直流分量上出現(xiàn)直流分量 。5.2.35.2.3重復(fù)充電誤差分析重復(fù)充電誤差分析 第二次達(dá)到正半波第二次達(dá)到正半波UmUm時(shí)，先假定時(shí)，先假定D D不通（不通（C3C3電荷不放掉）電荷不放掉） mmUCCCCCCCQUCCCU321322132121mmUCCCCCCQUCCCU32112132112表面看表面看U1=U1U1=U1，U2=U2U2=U2，無誤差，實(shí)際上，無誤差，實(shí)際上，C3C3上電荷總是上電荷總是要通過與之并聯(lián)的測(cè)量?jī)x器泄漏一部分，特別是要測(cè)量下一次要通過與之并聯(lián)的測(cè)量?jī)x器泄漏一部分，特別是要測(cè)量下一次稍低電壓時(shí)，稍低電壓時(shí)，C3C3還要并聯(lián)專門的放電電阻還要并聯(lián)專門的放電電阻R R。D D不導(dǎo)通的假設(shè)是不導(dǎo)通的假設(shè)是錯(cuò)誤的，第二次充電時(shí)錯(cuò)誤的，第二次充電時(shí)C3C3仍要從仍要從C2C2上獲得電荷。由于第一正半上獲得電荷。由于第一正半周周C3C3從從C2 C2