高電壓的測(cè)量

1、高電壓的測(cè)量一、高電壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述 二、球隙放電法測(cè)量高電壓三、高壓靜電電壓表 四、峰值表五、分壓器 六、光纖傳輸技術(shù)測(cè)量高電壓七、測(cè)量高電壓的示波器 八、高電壓測(cè)量的抗干擾一、高電壓測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)與方法概述穩(wěn)態(tài)高電壓：主要是指工頻交流高壓和直流高壓。但所述及的測(cè)量方法或裝置，有的也可用于頻率在一定范圍以?xún)?nèi)的高頻高壓或脈動(dòng)成分很大的直流高壓的測(cè)量。沖擊電壓：無(wú)論是雷電沖擊電壓或操作沖擊電壓，均為快速變化或較快速變化的一種電壓。測(cè)量沖擊電壓的整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)包括其中的電壓轉(zhuǎn)換裝置和指示、記錄及測(cè)量?jī)x器必須具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)特性，一些適宜于測(cè)量穩(wěn)態(tài)或慢過(guò)程（如直流或交流電壓）的測(cè)量系統(tǒng)不一定適宜于或根

2、本不可能測(cè)量沖擊電壓。沖擊電壓的測(cè)量包括峰值測(cè)量和波形記錄兩個(gè)方面。高電壓測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)的定義：有關(guān)高電壓試驗(yàn)技術(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16927.21997中，把用來(lái)進(jìn)行高電壓或沖擊電流測(cè)量的整套裝置稱(chēng)為測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量系統(tǒng)組件：轉(zhuǎn)換裝置、轉(zhuǎn)換裝置接到試品或電流回路的引線、接地連線、轉(zhuǎn)換裝置的輸出端接到指示或記錄儀器的連接系統(tǒng)，其中包括了所附有的衰減、終端和匹配阻抗或網(wǎng)絡(luò)、指示或記錄儀器及其接到電源的連線。測(cè)量系統(tǒng)的分類(lèi)：IEC 602（1994年版）和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16927.21997都把測(cè)量系統(tǒng)分為兩類(lèi)：一類(lèi)叫認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)（approved measuring system）一類(lèi)為

3、標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)（reference measuring system）后者具有更高的測(cè)量準(zhǔn)確度，可用以與前者進(jìn)行比對(duì)并加以校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中一般是使用認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量工作，這里所敘述到的測(cè)量的不確定度的要求，除特殊說(shuō)明者外，均是指對(duì)認(rèn)可的測(cè)量系統(tǒng)的要求。測(cè)量的不確定度（誤差）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)：在測(cè)量交流電壓峰值或有效值，或直流電壓的算術(shù)平均值時(shí)，測(cè)量總不確定度均應(yīng)不超過(guò)±1%的范圍。認(rèn)可交流測(cè)量系統(tǒng)：要求測(cè)量系統(tǒng)在額定頻率下測(cè)量試驗(yàn)電壓峰值或有效值的總不確定度應(yīng)在±3%范圍內(nèi)。認(rèn)可直流測(cè)量系統(tǒng)：一般要求測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量試驗(yàn)電壓算術(shù)平均值的測(cè)量總不確定度應(yīng)不超過(guò)±3%。測(cè)量直

4、流電壓的紋波幅值時(shí)，要求其總不確定度不超過(guò)±10%的紋波幅值或±1%的直流電壓平均值。沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)：測(cè)量沖擊全波峰值的總不確定度為±3%范圍內(nèi)測(cè)量沖擊截波的總不確定度取決于截?cái)鄷r(shí)間Tc。當(dāng)0.5sTc<2s時(shí)，總不確定度為±5%范圍內(nèi)；當(dāng)Tc 2s時(shí)，總不確定度為±3%范圍內(nèi)。測(cè)量沖擊波形時(shí)間參數(shù)（如波前時(shí)間、半峰值時(shí)間、截?cái)鄷r(shí)間等）的總不確定度為±3%范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室與電力系統(tǒng)的高電壓測(cè)量電力系統(tǒng)：電力運(yùn)行部門(mén)測(cè)量交流高電壓，是通過(guò)電壓互感器和電壓表來(lái)實(shí)現(xiàn)的。用電壓互感器測(cè)交流電壓把電壓互感器的高壓邊接到被測(cè)電壓，低壓邊跨接

5、一塊電壓表，把電壓表讀數(shù)乘上電壓互感器的變比，就可得被測(cè)電壓值。電力系統(tǒng)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室：互感器在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多，因?yàn)楦唠妷簩?shí)驗(yàn)室中所要測(cè)的電壓值常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多，特制一個(gè)超高壓的電壓互感器是比較昂貴的，而且很高電壓的互感器也比較笨重，所以采用別的方法來(lái)測(cè)量交流高電壓。實(shí)驗(yàn)室的高電壓測(cè)量交流高電壓測(cè)量：(1) 利用氣體放電測(cè)量交流高電壓如測(cè)量球隙(2) 利用靜電力測(cè)量交流高電壓如靜電電壓表（(1)、(2)是直接測(cè)量法）(3) 利用整流電容電流測(cè)量交流高電壓如峰值電壓表(4) 利用整流充電電壓測(cè)量交流高電壓如峰值電壓表直流高電壓的測(cè)量：用高歐姆電阻串

6、聯(lián)直流毫安表可以測(cè)量直流電壓的平均值，是一種比較方便而又常用的測(cè)量系統(tǒng)。沖擊高電壓的測(cè)量：(1) 球隙法：是直接測(cè)量高電壓峰值的一種方法。50%(2) 分壓器峰值電壓表：只測(cè)峰值，不測(cè)波形。事先應(yīng)驗(yàn)證波形合乎標(biāo)準(zhǔn)，或同時(shí)用示波器觀測(cè)波形。%(3) 分壓器示波器（或數(shù)字記錄儀）：可同時(shí)測(cè)出峰值及波形。在采用數(shù)字式示波器或數(shù)字記錄儀時(shí)，可立即獲得峰值和時(shí)間參數(shù)值，并可打印(4) 光電測(cè)量法：采用光纖技術(shù)的測(cè)量法。有的仍需與分壓器配合，有的則不須要分壓器，測(cè)量系統(tǒng)中具有專(zhuān)門(mén)的傳感器或電容探頭。擴(kuò)大量程的方法：各種測(cè)量?jī)x表的量程是有限度的，常常通過(guò)分壓器來(lái)擴(kuò)大儀表的量程。即使被測(cè)電壓的大部分降落在分壓

7、器的高壓臂上，測(cè)量?jī)x表測(cè)得的僅是低壓臂上的電壓降，再乘上分壓比，即可得被測(cè)電壓。光電測(cè)量技術(shù)：光纖技術(shù)在電工領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛。光導(dǎo)纖維本身是絕緣材料，因此光纖技術(shù)應(yīng)用在高電壓測(cè)量時(shí)，可無(wú)雜散和電磁干擾的影響，具有很大的優(yōu)越性。在穩(wěn)態(tài)電壓測(cè)量時(shí)，無(wú)頻率特性的要求，只要注意選用溫度特性良好的光電元件，比較容易滿(mǎn)足測(cè)量準(zhǔn)確度的要求。光電測(cè)量高電壓需要用其它測(cè)量方法加以校正。二、球隙放電法測(cè)量高電壓1. 球間隙放電2. 交直流高電壓的測(cè)量3. 沖擊電壓的測(cè)量4. 球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn)1. 球間隙放電球隙的結(jié)構(gòu)符合尺寸的球間隙有兩種方式，圖中所示是垂直球間隙，另有水平球間隙（見(jiàn)IEC52出版物）

8、。測(cè)量原理空氣在一定電場(chǎng)強(qiáng)度下，才能發(fā)生碰撞游離。均勻電場(chǎng)下空氣間隙的放電電壓與間隙距離具有一定的關(guān)系。可以利用間隙放電來(lái)測(cè)量電壓，但絕對(duì)的均勻電場(chǎng)是不易做到的，只能做到接近于均勻電場(chǎng)。測(cè)量球隙是由一對(duì)相同直徑的金屬球所構(gòu)成。加壓時(shí)，球隙間形成稍不均勻電場(chǎng)。當(dāng)其余條件相同時(shí)，球間隙在大氣中的擊穿電壓決定于球間隙的距離。球間隙擊穿電壓的確定由于鄰近效應(yīng)的影響，球間的電場(chǎng)強(qiáng)度和擊穿電壓很難計(jì)算，球隙的放電電壓主要是靠試驗(yàn)來(lái)決定的1938年I.E.C綜合各國(guó)試驗(yàn)室的試驗(yàn)數(shù)據(jù)制訂出測(cè)量球隙放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)表到1960年I.E.C對(duì)1938年頒布的標(biāo)準(zhǔn)表又作了修正。球徑與球間隙距離的確定對(duì)一定球徑，間隙中

9、的電場(chǎng)隨距離的增長(zhǎng)而越來(lái)越不均勻。被測(cè)電壓越高，間隙距離越大，要求球徑也越大，才能保持稍不均勻電場(chǎng)當(dāng)S與D之比大于0.5時(shí)，其放電數(shù)值準(zhǔn)確性較差。要達(dá)到球隙所能達(dá)到的測(cè)量準(zhǔn)確度，其結(jié)構(gòu)和使用條件必須符合IEC或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定球隙距離：不大于0.4D標(biāo)準(zhǔn)球徑D為：2；5；6.25；10；12.5；15；25；50；75； 100；150和200厘米?？蓽y(cè)的電壓峰值：從幾千伏到近2000千伏2. 交直流高電壓的測(cè)量串接保護(hù)電阻在用球間隙測(cè)量交流和直流電壓時(shí)，經(jīng)常需在球間隙上串聯(lián)一個(gè)保護(hù)電阻R2。以測(cè)交流電壓為例接線如圖所示保護(hù)電阻的作用R1是保護(hù)變壓器用的防振電阻而R2是與球隙串連的保護(hù)電阻。R2的

10、作用有兩方面，一方面可用它來(lái)限制球隙放電時(shí)所流過(guò)球極的短路電流，以免球極燒傷而產(chǎn)生麻點(diǎn)；另一方面當(dāng)試驗(yàn)回路出現(xiàn)刷狀放電時(shí)，可減少或避免由此產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓所造成的球間隙的異常放電，也就是用此電阻來(lái)阻尼局部放電時(shí)連接線電感與球隙電容和試品電容等所產(chǎn)生的高頻振蕩R2應(yīng)放在圖示的位置，使流過(guò)試品的電容電流或泄漏電流(視交流或直流電壓而定)不在R2上產(chǎn)生壓降。保護(hù)電阻阻值的選擇(1) 為了限流和阻尼，要求R2大一些；但為了避免R2上壓降引起測(cè)量誤差，要求R2小一些(2) 對(duì)于測(cè)量直流和工頻交流電壓時(shí)，I.E.C推薦此電阻值為100千歐。(3) 對(duì)于更高頻率的交流電壓，由于間隙的電容效應(yīng)而引起的充電電流

11、可使該電阻上的壓降影響變?yōu)檩^大，因此應(yīng)適當(dāng)減小此阻值。(4) 球直徑越大，允許的每伏電壓之電阻值越小，這有兩個(gè)原因：第一，球徑大它的面積也大，熱容量大而且散熱好；第二，球徑大，球間電容大，電容電流也大。正確測(cè)量交直流高電壓的其它措施預(yù)放電：如果空氣中有灰塵或纖維物質(zhì)，則會(huì)產(chǎn)生不正常的破壞性放電。因此在取得前后一致的數(shù)據(jù)以前，必須進(jìn)行多次預(yù)放電。在放電電壓值相對(duì)穩(wěn)定后，才正式算數(shù)。最后測(cè)量應(yīng)取三次連續(xù)數(shù)的平均值，其偏差不超過(guò)3%。射線照射：IEC認(rèn)為在測(cè)量峰值50kV以下的電壓以及用直徑為12.5cm或更小的球測(cè)量任何電壓時(shí)，都需要用r射線或紫外線照射。3. 沖擊電壓的測(cè)量測(cè)量沖擊與穩(wěn)態(tài)高電壓的

12、區(qū)別與聯(lián)系影響因素：球隙測(cè)量電壓的可靠性，決定于測(cè)量結(jié)果的分散性。有兩個(gè)因素影響放電的分散性：一是球面的塵污，二是球隙間空氣游離不充分。前者使放電電壓降低，后者使放電電壓升高。塵污影響：前者對(duì)交、直流和沖擊影響一樣，后者在沖擊下才顯得突出自由電子影響：放電必須由有效自由電子來(lái)觸發(fā)，交、直流電壓變化慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不難在間隙中出現(xiàn)有效自由電子。沖擊電壓變化快，一霎即逝，要在這樣短暫瞬間正好出現(xiàn)有效自由電子比較困難。當(dāng)測(cè)量電壓較高，所用球徑較大，間隙所占空間較大，出現(xiàn)有效自由電子比較容易，當(dāng)測(cè)量電壓較低，所用球徑較小，間隙所占空間較小，出現(xiàn)有效自由電子比較困難。激發(fā)自由電子的方法：所以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

13、，凡所用球徑小于12.5厘米或測(cè)量電壓低于50千伏，都必須用照射，即用人工方法使間隙中空氣游離。例：一種方法是用石英水銀燈所產(chǎn)生的紫外線照射球的閃絡(luò)點(diǎn)，要求石英水銀燈的功率不小于35瓦，電流不小于1安，燈離球有一定距離，希不因此接地物的存在而影響放電電壓。這項(xiàng)有關(guān)照射的規(guī)定，對(duì)測(cè)量沖擊和穩(wěn)態(tài)高壓都是適用的，且對(duì)于前者作用更為明顯。預(yù)放電：沖擊和穩(wěn)態(tài)都需要預(yù)放電。保護(hù)電阻：測(cè)量交直流電壓時(shí)球隙必須串有很大阻值的保護(hù)電阻來(lái)保護(hù)球面和防止振蕩沖擊放電時(shí)間很短，不需要保護(hù)球面，而且放電前經(jīng)過(guò)球隙的電容電流較大，如串聯(lián)電阻過(guò)大，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。但也不能不要串接電阻，因?yàn)槿杂蟹乐惯^(guò)電壓的問(wèn)題，一般規(guī)定串聯(lián)

14、電阻以不超過(guò)500歐姆為宜沖擊比：一般間隙的沖擊放電電壓高于交流和直流的放電電壓，沖擊比大于1。因?yàn)榍蛳妒莻€(gè)稍不均勻電場(chǎng)，它的伏 秒特性大體上是條水平線，沖擊比等于1。所以球隙的沖擊放電電壓和交直流放電電壓可以并列一張表中，但表中所列是50%放電電壓值，也即是沖擊放電電壓的平均值。50%放電電壓的測(cè)量50%放電電壓的概念：所謂球隙的50%放電電壓值，是指在此電壓作用下，相應(yīng)的球間隙距離的放電概率為50%。測(cè)量方法：一種簡(jiǎn)單的作法，如使某一沖擊電壓作用到某一球隙距離上，十次中如有五次放電五次不放電，則此沖擊電壓即為該球隙距離的50%放電電壓。但要在十次中正好有五次放、五次不放，實(shí)踐中有困難，所以

15、有規(guī)定認(rèn)為如十次中能有四次放、六次不放，或六次放、四次不放都可算作50%放電電壓。概率本身代表多次事件中出現(xiàn)的頻率，次數(shù)少了不一定準(zhǔn)確。很有可能，即使電壓、距離都不變，這十次中的放電概率與后十次中的很不相同，但如次數(shù)多了，還是可能得出一準(zhǔn)確值的不僅球隙測(cè)量用50%放電電壓，所有自恢復(fù)絕緣，只要它的放電分散情況符合正態(tài)分布規(guī)律的，都采用50%放電電壓。確定50%放電電壓的方法分多級(jí)法和升降法等多級(jí)法：用多級(jí)法求某一間隙的50%放電電壓時(shí)，可向此間隙逐級(jí)施加電壓U，每級(jí)電壓施加10次，求得在該電壓下的放電近似概率P%，然后在正態(tài)概率紙上標(biāo)出相應(yīng)于U的P點(diǎn)。如此做45點(diǎn)，即可得出一條擬合直線，由此直

16、線可求得相應(yīng)于P=50%的U值，即為50%放電電壓U50* 。一般認(rèn)為在P=2080%范圍內(nèi)P與U近似直線關(guān)系，在P=5080%做一點(diǎn)及P=2050%做一點(diǎn)，聯(lián)成直線即可求得U50。又從正態(tài)概率紙上求得P為15.85%以及84.15%點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的U值，它和U50之差，即標(biāo)準(zhǔn)偏差升降法：4. 球隙法測(cè)量高電壓的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1) 可以測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接測(cè)量超高電壓的唯一設(shè)備。(2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易自制或購(gòu)買(mǎi)，不易損壞。(3) 有一定的準(zhǔn)確度，一般認(rèn)為測(cè)量交流及沖擊電壓時(shí)可達(dá)±3%以?xún)?nèi)。缺點(diǎn)：(1) 測(cè)量時(shí)必須放電，放電時(shí)將破壞穩(wěn)定狀態(tài)可能引起過(guò)電壓。(2) 氣體放

17、電有統(tǒng)計(jì)性，數(shù)據(jù)分散，必須取多次放電數(shù)據(jù)的平均值，為防止游離氣體的影響，每次放電間隔不得小于一分鐘，且在擊穿電壓后25%電壓的升壓過(guò)程中的升壓速度每秒鐘不得超過(guò)擊穿電壓的2%，測(cè)量較費(fèi)時(shí)間。(3) 實(shí)際使用中，測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓要做校訂曲線，測(cè)量沖擊電壓要用50%放電電壓法，手續(xù)都較麻煩。(4) 要校訂大氣條件。(5) 被測(cè)電壓越高，球徑越大，目前已有用到直徑為3米的銅球，不僅本身越來(lái)越笨重，而且影響建筑尺寸。從發(fā)展的角度來(lái)看，測(cè)量球隙的前途將成問(wèn)題。(6) 一般來(lái)說(shuō)測(cè)量球隙不宜使用于室外，實(shí)踐證明，由于強(qiáng)氣流以及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時(shí)常會(huì)產(chǎn)生異常放電。小結(jié)：盡管測(cè)量球隙具

18、有上述缺點(diǎn)，IEC及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定它是一種能以規(guī)定的準(zhǔn)確度來(lái)測(cè)量高電壓的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了可采用棒棒間隙來(lái)測(cè)量直流高壓，并可用它作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量裝置來(lái)校核未認(rèn)可的測(cè)量裝置。在滿(mǎn)足一定條件的情況下，它的測(cè)量的不確定度估計(jì)小于±3%。三、高壓靜電電壓表概念與原理：加電壓于兩個(gè)相對(duì)的電極，由于兩電極上分別充上異性電荷，電極就會(huì)受到靜電機(jī)械力的作用。測(cè)量此靜電力的大小，或是測(cè)量由靜電力所產(chǎn)生的某一極板的偏移(或偏轉(zhuǎn))來(lái)反映所加電壓大小的表計(jì)稱(chēng)為靜電電壓表。發(fā)明人：早在1884年凱爾文（Kelvin）就設(shè)計(jì)了以這種測(cè)量原理為基礎(chǔ)的靜電電壓表。適用范圍：測(cè)量穩(wěn)態(tài)電壓。靜電電壓表已廣泛應(yīng)用于測(cè)

19、量低電壓，并且也用它直接測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓。由于它的內(nèi)阻極大，可以把它并在分壓器的低壓臂上，通過(guò)它的電壓讀數(shù)乘以分壓比來(lái)測(cè)量高電壓。類(lèi)型：靜電電壓表有兩種類(lèi)型，一種是絕對(duì)儀靜電電壓表；另一種是工程上常用的靜電電壓表，是非絕對(duì)儀絕對(duì)儀靜電電壓表：所謂絕對(duì)儀靜電電壓表是測(cè)量作用力F并根據(jù)極板尺寸，通過(guò)計(jì)算可得作用在極板上的電壓的表計(jì)。不必用其它儀表的校訂來(lái)刻出電壓刻度。相反，由于它的測(cè)量準(zhǔn)確度高，所以可用它來(lái)校訂其它表計(jì)非絕對(duì)儀靜電電壓表：工程上所應(yīng)用的靜電電壓表是非絕對(duì)儀，需要用別的測(cè)量?jī)x表來(lái)校正它的電壓刻度。它在工作時(shí)，一個(gè)可動(dòng)電極產(chǎn)生了位移或偏轉(zhuǎn)，利用所設(shè)置的張絲所產(chǎn)生的扭矩或彈簧的彈力等產(chǎn)生了

20、反力矩，當(dāng)反力矩與靜電場(chǎng)力矩相平衡時(shí)，可動(dòng)電極位移到一穩(wěn)定值。用可動(dòng)電極相連接的指針或反射鏡的光線指示，便可讀出被測(cè)的電壓值。特點(diǎn)：靜電電壓表的優(yōu)點(diǎn)是它基本上不從電路里吸取功率，或是準(zhǔn)確地講只吸取極少量的無(wú)功率，用以建立極板中的電場(chǎng)和極板對(duì)地的雜散電場(chǎng)。由于儀表極板的電容一般僅幾個(gè)到幾十個(gè)微微法，所以所吸收的功率極小，可以認(rèn)為靜電電壓表的內(nèi)阻抗極大，這是它的最大優(yōu)點(diǎn)。稍低一點(diǎn)的額定電壓表計(jì)，可接到分壓器上來(lái)擴(kuò)大其電壓量程。對(duì)于波形是純正的正弦波的高電壓來(lái)說(shuō)，用靜電電壓測(cè)量出有效值也就反映出它的峰值。缺點(diǎn)：介質(zhì)擊穿取決于峰值，當(dāng)正弦波含有諧波時(shí)，用靜電電壓測(cè)量時(shí)就失去了它的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為

21、，在此條件下應(yīng)先測(cè)出峰值Um，然后用Um*21/2 算作為電壓的有效值。使用注意事項(xiàng)普通高壓靜電電壓表在使用時(shí)，應(yīng)注意高壓源及引線對(duì)表的電場(chǎng)影響，引線應(yīng)水平地從接地極板后側(cè)引入。因?yàn)閮x表雖已有電場(chǎng)屏蔽裝置，但外界電場(chǎng)的影響仍然不同程度地存在著。靜電電壓表的安放位置或方向及高壓引線的路徑若處置不當(dāng)，往往會(huì)造成顯著的測(cè)量誤差。此外，高壓靜電電壓表不像低壓表那樣四周已被封閉起來(lái)，所以不宜使用于有風(fēng)的環(huán)境中，否則活動(dòng)電極會(huì)被風(fēng)吹動(dòng)，造成光標(biāo)指示搖晃而形成測(cè)量誤差。四、峰值表定義決定絕緣擊穿的是交流高電壓的峰值，所以測(cè)量峰值的電壓表即峰值電壓表，在一定意義上來(lái)說(shuō)比靜電電壓表更具有重要的意義種類(lèi)峰值電壓表

22、的種類(lèi)，典型的有利用電容電流整流測(cè)量峰值、利用整流的充電電壓測(cè)量峰值和有源數(shù)字式峰值電壓表三種，還有配合分壓器的峰值電壓表。利用電容電流整流測(cè)量峰值利用電容電流測(cè)電壓峰值的接線 利用電容電流測(cè)電壓峰值原理圖利用電容器C上的整流充電電壓測(cè)量峰值 電容C上的電壓波形通過(guò)電容分壓器測(cè)量交流電壓峰值 有源數(shù)字峰值表的原理圖 五、分壓器1. 高壓交流分壓器及充氣標(biāo)準(zhǔn)電容器交流分壓器接線圖2. 高壓直流分壓器3. 測(cè)量沖擊電壓的分壓器1. 高壓交流分壓器及充氣標(biāo)準(zhǔn)電容器分壓器的原理其中Z1為分壓器高壓臂的阻抗，Z2為分壓器低壓臂的阻抗，大部分的被測(cè)電壓降落在Z1上，Z2上僅有一小部分電壓，用低量程電壓表測(cè)

23、量得Z2上的電壓，乘上一個(gè)常數(shù)，即可得被測(cè)電壓。這個(gè)常數(shù)叫做分壓比K對(duì)分壓器提出基本要求要求被測(cè)電壓與Z2上的電壓僅在幅值上差k倍，相角應(yīng)完全相同，或相角差極小，一般K>>1。分壓器是個(gè)中間環(huán)節(jié)，要達(dá)到上述目標(biāo)，對(duì)分壓器提出基本要求如下：(1) 分壓器接入被測(cè)電路，應(yīng)基本上不影響原始的被測(cè)電壓峰值和波形。(2) 由分壓器低壓臂所測(cè)得的電壓波形應(yīng)與被測(cè)電壓波形相同，分壓比應(yīng)與被測(cè)電壓的頻率和峰值大小無(wú)關(guān)。(3) 分壓比與大氣條件(氣壓、氣溫、一般條件下的濕度)無(wú)關(guān)或基本上無(wú)關(guān)。分壓比應(yīng)較穩(wěn)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其測(cè)量的不確定度應(yīng)在|1|以?xún)?nèi)。(4) 分壓器所消耗的電能應(yīng)不大，不會(huì)對(duì)電源造成

24、大的負(fù)載效應(yīng)。在一定的冷卻條件下，分壓器消耗的電能所形起的溫升，不應(yīng)引起分壓比的改變。(5) 分壓器中應(yīng)無(wú)電暈及大的絕緣泄漏電流，或者說(shuō)即使有極微量的電暈和泄漏，它們應(yīng)對(duì)分壓比的影響很小。電阻分壓器電路圖分壓器的誤差分析雜散電容：對(duì)于電阻分壓器來(lái)說(shuō)，圖中示明高壓臂電阻R1由n個(gè)R元件串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)R元件有它的兩端間的并聯(lián)雜散電容C,并有一個(gè)對(duì)地雜散電容Ce。一般C很小可忽略不計(jì)，只考慮Ce的影響。分壓器總的對(duì)地電容為Ce，它等于nCe。電阻分壓器的適用范圍：若u1=U1msint，通過(guò)計(jì)算得到低壓臂上電壓為u2= AU1msin(t-°)/K 式中分壓比 A1(R1Ce)2/180，

25、而 tg-1(R1Ce/6)上式中，A小于1，反映分壓器產(chǎn)生幅值誤差；反映產(chǎn)生了滯后的相角誤差。 可以看出頻率越高，電阻越大，雜散電容越大，測(cè)量誤差也越大。較高電壓的分壓器的尺寸必定較大，對(duì)地雜散電容勢(shì)必隨之而增大。而且在測(cè)量較高電壓時(shí)，電阻也必須增大，否則電流太大，即對(duì)被測(cè)電壓源不利，而且會(huì)造成分壓器本身的溫升太高，也會(huì)引起誤差?？梢?jiàn)電阻分壓器只適合于測(cè)量頻率不過(guò)高和幅值不太高的交流電壓，一般在工頻電壓下，只應(yīng)用于幾十千伏的電壓等級(jí)下。通過(guò)近似計(jì)算可得當(dāng)u1=U1msint 時(shí)，u2=U1msin1(Ce/6C1)/K 雜散電容Ce可用西林電橋測(cè)得雜散電容Ce也可用近似計(jì)算法算得。因堆積式電

26、容器是圓柱形的，它構(gòu)成一垂直于水平面的金屬圓柱體。設(shè)它的長(zhǎng)度為，直徑為d，下端離地面距為h，則 高壓電容分壓器的實(shí)現(xiàn)適用范圍：電容分壓器可使用于幾千伏至3兆伏廣泛的交流高電壓范圍之內(nèi)。在有些高壓實(shí)驗(yàn)室里，已發(fā)展工頻和沖擊電壓兼用的電容分壓器。例：清華大學(xué)研制了一種高壓臂電容量C1為300pF的ZRF型沖擊工頻兩用油紙介質(zhì)阻尼式電容分壓器。工額的額定電壓為1200kV（有效值）；沖擊（1.5/40微秒）的額定電壓為2400kV（峰值）。它由八個(gè)阻容元件組裝而成電容分壓器有兩種主要形式：一種稱(chēng)為分布式電容分壓器，它的高壓臂由多個(gè)電容器元件串聯(lián)組裝而成。前面所進(jìn)行的誤差分析，就是針對(duì)這類(lèi)分壓器的。另

27、一種稱(chēng)為集中式電容分壓器，它的高壓臂使用一個(gè)氣體介質(zhì)的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，將在后面進(jìn)行介紹：分布式分壓器的高壓臂各個(gè)電容元件的選擇：應(yīng)盡可能為純電容，要求它的介質(zhì)損耗和電感量小，實(shí)際所用的元件為(1) 油紙電容器或油浸漬塑料（如聚丙烯）薄膜電容器(2) 聚苯乙烯電容器(3) 陶瓷電容器為了減小雜散電容的影響，C1值不應(yīng)太小。但分壓器的C1值的增大，不僅增加了投資費(fèi)及分壓器的尺寸，而且增加了工頻試驗(yàn)變壓器的負(fù)荷，所以C1應(yīng)選擇一合適的數(shù)值。在不考慮沖擊電壓測(cè)量時(shí)的專(zhuān)用交流電容分壓器，一般C1取100200pF的數(shù)量分壓器的低壓臂電容C2應(yīng)低壓臂電容的選擇及系統(tǒng)接線：C2由高穩(wěn)定度、低損耗、低電感量的

28、電容器作成。C2通常應(yīng)用云母、空氣或聚苯乙烯介質(zhì)的電容器，準(zhǔn)確度要求不高時(shí)，也可以用油紙電容器或金屬化紙及金屬化薄膜電容器。工頻電容分壓系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)屏蔽：通常分壓器的高壓臂C1處于試區(qū)內(nèi)，測(cè)量用低壓電壓表處于控制室中。為防止空間雜散電場(chǎng)所造成的電容Cs的影響，低壓臂電容及連接高壓臂和電壓表之間的導(dǎo)線都應(yīng)屏蔽起來(lái)。實(shí)際上后者是采用屏蔽電纜，如圖所示。所有屏蔽應(yīng)良好接地。低壓臂電容可以全部或部分放置在屏蔽電纜的任何一端。高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器及集中式分壓器概述：組成分布式分壓器的電容元件多少存在介質(zhì)損耗和電感影響。嚴(yán)格的來(lái)講，其電容量隨環(huán)境溫度及作用電壓的高低都會(huì)有些變化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的運(yùn)行觀點(diǎn)來(lái)講，電容量的

29、穩(wěn)定度很難保證IEC及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的1測(cè)量不確定度。需不時(shí)進(jìn)行校正試驗(yàn)。才可符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。此外，分布式分壓器難以實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽，因此采用了一種集中式分壓器，它的高壓臂電容由壓縮氣體介質(zhì)的電容器做成標(biāo)準(zhǔn)電容器的概念：由于氣體介質(zhì)基本上無(wú)損耗，接近于理想介質(zhì)，由它構(gòu)成的電容器的電容量不受作用電壓的影響，準(zhǔn)確而穩(wěn)定。這種電容器有良好的屏蔽，有無(wú)暈的電極，電容值不受周?chē)h(huán)境的影響。所以這種應(yīng)用氣體作介質(zhì)的電容器，被稱(chēng)作為標(biāo)準(zhǔn)電容器。高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的功用有：(1) 作為電容分壓器的高壓臂，用來(lái)測(cè)量交流電壓的峰值、有效值或測(cè)量其波形。近來(lái)也已發(fā)展用它來(lái)測(cè)量沖擊電壓。(2) 用它作為高壓西林電橋上的標(biāo)準(zhǔn)

30、電容，高壓西林電橋是用來(lái)測(cè)量電容器、電纜、套管 的介質(zhì)損失角正切值和電容量的。(3) 作為耦合電容器與無(wú)線電干擾測(cè)量?jī)x器相配合，用于檢測(cè)變壓器、套管等的局部放電以及高頻干擾電壓。(4) 作為微分積分測(cè)壓系統(tǒng)的元件，可用來(lái)測(cè)量雷電沖擊電壓。2. 高壓直流分壓器（a）直流電阻分壓器（b）高歐姆電阻串聯(lián)毫安表直流分壓器的概念：能用來(lái)測(cè)量直流高壓的分壓器是由電阻元件組成的分壓器真正符合分壓器概念的是圖（a）所示的接線圖。在此圖中，跨接在低壓臂電阻R2 上的電壓表，必須是高內(nèi)阻的表計(jì)，如靜電電壓表或數(shù)字電壓表。另一種測(cè)直流高電壓的接線是圖（b）狀的，高壓電阻器R1已知，則測(cè)得流過(guò)它的電流值，便可獲得所加

31、的電壓值。由于所加的電壓很高，所以無(wú)論上述哪種接線，R1的阻值都是很高的，一般R1由數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)電阻元件串聯(lián)組成。R1阻值的選擇R1阻值的選擇不能太小，否則要求直流高壓源供給較大的電流I1，且R1本身的熱損耗也會(huì)太大，以致R1阻值不穩(wěn)定而增加測(cè)量誤差。另一方面也不能選得太大，否則由于I1過(guò)小而使電暈放電和絕緣支架的漏電都會(huì)造成測(cè)量誤差國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定I1不低于0.5mA。一般I1選擇在0.52mA之間，額定工作電壓高的分壓器I1可選大些(因?yàn)殡姇灪托孤┮哺鼑?yán)重些)，電壓低的分壓器則I1可選小些，實(shí)際上I1常選定為1mA。造成電阻分壓器測(cè)量誤差的主要原因主要原因：造成電阻分壓器測(cè)量誤差的主要原因是電阻值不穩(wěn)定雖然就整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的誤差來(lái)講除