高電壓測量技術(shù)

高電壓測量技術(shù)在有些電子設備測試中，有高達萬伏的電壓；在電力系統(tǒng)中則常遇到需測量數(shù)十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛應用電壓互感器配上低壓電壓表來測量高電壓，在試驗室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器、裝置來測量高電壓。

（1）高壓靜電電壓表

在兩個特制的電極間加上電壓u，電極間就會受到靜電力f的作用，而且f的大小與u的數(shù)值有固定的關(guān)系，因而設法測量f的大小或它所引起的可動極板的位移或偏轉(zhuǎn)就能確定所加電壓u的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測量低電壓，也可以在高電壓測量中得到應用。

假如采納的是消退了邊緣效應的平板電極，那么應用靜電場理論，很簡單求得f與u的關(guān)系式，并可得知，但儀表不行能反映力的瞬時值f，而只能反映其平均值F。

假如u是按正弦函數(shù)作周期性變化的溝通電壓，則電極在一個周期T內(nèi)所受到的作用力平均值F與溝通電壓的有效值U的平方成正比，或者反過來

（1）

即靜電電壓表用于測量溝通電壓時，測得的是它的有效值。

為了減小極間距離d和儀表體積，極間應采納勻稱電場，所以高壓靜電電壓表的電極均采納消退了邊緣效應的平板電極，如圖1所示，圓形的可動電極1位于愛護電極2的中心部位，二者之間只隔著很小的空隙g，連接線使電極1和2具有相同的電位。為保證邊緣電場不會影響到電極1和3工作面之間電場的勻稱性，固定電極3和愛護電極2的外直徑D相對于它們之間的距離d來說要取得比較大，而它們的邊緣也應具有足夠大的曲率半徑r以避開消失電暈放電。

圖1靜電電壓表極板結(jié)構(gòu)示意圖

靜電電壓表的內(nèi)阻抗特殊大，能直接測量相當高的溝通和直流電壓。在大氣中工作的高壓靜電電壓表的量程上限在50～250kV的范圍內(nèi)；電極處于壓縮SF6氣體中的高壓靜電電壓表的量程上限可提高到500～600kV。

（2）峰值電壓表

在不少場合，只需要測量高電壓的峰值，例如絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值?，F(xiàn)已制成的產(chǎn)品有溝通峰值電壓表和沖擊峰值電壓表，它們通常均與分壓器協(xié)作起來使用。

溝通峰值電壓表的工作原理可分為兩類：

①利用整流電容電流來測量溝通高壓

如圖2（a），當被測電壓u隨時間而變化時，流過電容Ｃ的電流。在u的正半波，電流經(jīng)整流元件D1及檢流計G流回電源。假如流過G的電流平均值為Iav。那么它與被測電壓的峰值Um之間存在下面的關(guān)系

（2）

式中，C為電容器的電容量；f為被測電壓的頻率。

②利用電容器充電電壓來測量溝通高壓

如圖2（b），幅值為Um的被測溝通電壓經(jīng)整流器D使電容C充電到某一電壓Ud，它可以用靜電電壓表PV或用電阻（R）串聯(lián)微安表PA測得。如用后一種測量方法，則被測電壓的峰值

圖2峰值電壓表接線原理圖

（3）

式中，T為溝通電壓的周期；C為電容器的電容量；R為串聯(lián)電阻的阻值。

在RC≥20T的狀況下，式（3）的誤差≤2.5％。

（3）球隙測壓器

球隙測壓器是惟一能直接測量高達數(shù)兆伏的各類高電壓峰值的測量裝置。它由一對直徑相同的金屬球構(gòu)成，測量誤差約2％～3％，能滿意大多數(shù)工程測試的要求。

它的工作原理基于肯定直徑（D）的球隙在肯定極間距離（d）時的放電（擊穿）電壓為肯定值。若已知直徑D和極間距離d，球隙的放電電壓可從理論上推得計算公式，但因存在某些難以精確?????估量的影響因素，所得結(jié)果往往不能滿意測量精度的要求。在有用上，通常均通過試驗的方法得出不同球隙的放電電壓數(shù)據(jù)，為了使用的便利，它們被制成表格或曲線備用。

球隙在高壓試驗時的接入方式如圖3所示，圖中R1為限流電阻，當被試品或球隙擊穿時，它既限制流過試驗裝置的電流，也限制流過球隙F的電流；R2為球隙測壓器的專用愛護電阻，主要防止球隙在持續(xù)作用電壓下放電時，雖然已有R1的限流作用，但流過球隙的電流仍過大，又未能準時切斷，從而使兩球的工作面被放電火花所灼傷。不過在測量沖擊電壓時，一般不盼望接有R2，由于這時電壓的變化速率du／dt很大，流過球隙的電容電流CFdu／dt也較大（CF為兩球間的電容），就會在R2上造成肯定壓降，使作用在球隙上的電壓與被試品上的電壓不全都，引起較大的誤差。

圖3球隙測壓器接入示意圖

（4）高壓分壓器

當被測電壓很高時，不但高壓靜電電壓表無法直接測量，就是球隙測壓器亦將無能為力，由于球極的直徑不能無限增大（一般不超過2m）。當需要用示波器測量電壓的波形時，也不能直接將很高的被測電壓引到示波器的偏轉(zhuǎn)極板上去。在這些場合，采納高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量，是最合理的解決方案。

對分壓器最重要的技術(shù)要求有二：分壓比的精確?????度和穩(wěn)定性（幅值誤差要小）；分出的電壓與被測高電壓波形的相像性（波形畸變要?。?。

根據(jù)用途的不同，分壓器可分為溝通高壓分壓器、直流高壓分壓器和沖