高电压工程：第7章 稳态高电压的测量.ppt

高电压工程基础高电压工程基础华南理工大学电力学院高电压工程第第7 7章章 稳态高电压的测量稳态高电压的测量7.1 概述7.2 测量球隙7.3 高压静电电压表7.4 交流峰值电压表7.5 高压交流分压器及充气标准电容器7.6 高压直流分压器7.4 稳态高电压的测量稳态高电压的测量高压测量系统：高压测量系统：转换装置、至试品间的引线、接地连线、 低压测量回路、测量仪表等 对测量结果的要求：对测量结果的要求：（1）交流电压的测量，要求蜂值或有效值的总不确定度在3之内；（2）直流电压的测量，要求电压算术平均值的总不确定度不超过3%，直流电压脉动系数测量的不确定度应小于1% 稳态高电压：稳态高电压：工频交流高压、直流高压高电压工程测量系统测量系统的分类：的分类：IEC 60IEC 602 2（19941994年版）和国家年版）和国家标准标准GB/T 16927.2GB/T 16927.219971997都把测量系统分为两类都把测量系统分为两类一类叫一类叫认可的测量系统认可的测量系统（approved measuring systemapproved measuring system）一类为一类为标准测量系统标准测量系统（reference measuring systemreference measuring system）后者具有更高的测量准确度，可用以与前者进行比对并加后者具有更高的测量准确度，可用以与前者进行比对并加以校准以校准实验室中一般是使用认可的测量系统进行测量工作实验室中一般是使用认可的测量系统进行测量工作这里所叙述到的测量的不确定度的要求，除特殊说明者外，这里所叙述到的测量的不确定度的要求，除特殊说明者外，均是指对认可的测量系统的要求均是指对认可的测量系统的要求高电压工程实验室与电力系统的高电压测量电力系统：电力系统：电力运行部门测量交流高电压，电力运行部门测量交流高电压，是通过是通过电压互感器电压互感器和和电压表电压表来实现的。

用来实现的用电压互感器测交流电压把电压互感器的高电压互感器测交流电压把电压互感器的高压边接到被测电压，低压边跨接一块电压压边接到被测电压，低压边跨接一块电压表，把电压表读数乘上电压互感器的变比，表，把电压表读数乘上电压互感器的变比，就可得被测电压值就可得被测电压值电力系统没有专门的冲击电压测量系统电力系统没有专门的冲击电压测量系统实验室：实验室：互感器在高电压实验室中用得不互感器在高电压实验室中用得不多，因为高电压实验室中所要测的电压值多，因为高电压实验室中所要测的电压值常常比现有电压互感器的额定电压高许多，常常比现有电压互感器的额定电压高许多，特制一个超高压的电压互感器是比较昂贵特制一个超高压的电压互感器是比较昂贵的，而且很高电压的互感器也比较笨重，的，而且很高电压的互感器也比较笨重，所以采用别的方法来测量交流高电压所以采用别的方法来测量交流高电压用电压互感器测交流电压 高电压工程利用气体放电测量交流高电压，例如测量球隙利用气体放电测量交流高电压，例如测量球隙DC/AC/DC/AC/冲击）冲击）利用静电力测量高电压，例如静电电压表利用静电力测量高电压，例如静电电压表DC/AC)(DC/AC)利用整流电容电流或充电电压来测量高电压，例如峰利用整流电容电流或充电电压来测量高电压，例如峰值电压表。

值电压表AC)(AC)利用分压器测量高电压，如电容分压器和电阻分压器利用分压器测量高电压，如电容分压器和电阻分压器AC/DC)(AC/DC)高欧姆电阻串联直流毫安表、高欧姆电阻组成直流分高欧姆电阻串联直流毫安表、高欧姆电阻组成直流分压器压器（DCDC）实验室中测量实验室中测量稳态稳态高压常用的方法：高压常用的方法：高电压工程 7.2 7.2 测量球隙测量球隙垂直型标准测量球隙 （1）测测交流交流和和冲击冲击电压时，间隙距电压时，间隙距离不超过球径的离不超过球径的1/2，可保证测量的，可保证测量的不确定度在不确定度在 3%以内以内用球隙测量工频电压时，应取连续三次击穿电压的平均值，相邻两次间隔时间不小于1min，击穿电压与平均值之间的偏差不大于3%2 2）测测直流直流时，当球隙距离不大于时，当球隙距离不大于0.4D0.4D时，其测量不确定度在5%以内3 3）球间隙测量电压时，必须进行）球间隙测量电压时，必须进行大气条件的修正大气条件的修正4 4）测量时必须放电，容易引起过电压而造成被试品不必要的损伤5 5）测量时较费时间，所需的空间越大高电压工程球间隙形成球间隙形成稍不均匀电场稍不均匀电场球隙法的布置注意事项球隙法的布置注意事项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图中A、B值垂直型标准测量球隙 高电压工程1.测量球的标准球径测量球的标准球径D在在2cm到到200cm之间，测量电压峰值从几千之间，测量电压峰值从几千伏到近伏到近2000kV2.用球间隙测量交流和直流电压时，用球间隙测量交流和直流电压时，经常需要在球间隙上串联一个保护经常需要在球间隙上串联一个保护电阻，以交流电压的测量为例子，电阻，以交流电压的测量为例子，如图如图7-3所示。

所示R1保护变压器的防振电阻；保护变压器的防振电阻；R2保护球隙的电阻（保护球隙的电阻（100k）R2不能太大，否则有压降，影响测不能太大，否则有压降，影响测量精度；也不能太小，否则起不到量精度；也不能太小，否则起不到阻尼作用阻尼作用高电压工程1.测量球隙的测量球隙的优点优点：可以测量稳态高电压和冲击高电压的幅值，几乎直可以测量稳态高电压和冲击高电压的幅值，几乎直接测量高电压的唯一设备；接测量高电压的唯一设备；结构简单，容易自制或购买，不易损坏；结构简单，容易自制或购买，不易损坏；有一定的准确度，一般认为测量交流及冲击电压时有一定的准确度，一般认为测量交流及冲击电压时的不确定度可在的不确定度可在3%3%以内2.缺点缺点：测量时必须放电，放电会破坏稳定状态，可能引起测量时必须放电，放电会破坏稳定状态，可能引起过电压；过电压；测量较费时间；测量较费时间；使用起来程序复杂；使用起来程序复杂；需要校正大气条件需要校正大气条件电压越高、球径越大，发展受限制电压越高、球径越大，发展受限制只能室内测量只能室内测量高电压工程球隙高电压工程2. 棒间隙棒间隙标准棒间隙测量直流电压直流电压时，其测量不准确度在3%以内，测量方法与球间隙一样。

棒间隙直接测量直流电压时也非常费时，一般用于求取直流高压输出值与直流发生器低压侧的仪表读数间的比例关系 标况下，正、负极性的直流电压下，棒间隙10次放电电压的平均值为： 高电压工程球间隙测直流易球间隙测直流易静电吸尘静电吸尘7.3 7.3 高压静电电压表高压静电电压表原理：原理：分别带正、负电荷的导体间存在着静电吸引力，吸引分别带正、负电荷的导体间存在着静电吸引力，吸引力的大小与两导体间的电位差的平方成正比，测量此静电力力的大小与两导体间的电位差的平方成正比，测量此静电力的大小或是由静电力产生的某一极板的位移（或偏转）从而的大小或是由静电力产生的某一极板的位移（或偏转）从而反映所加电压大小反映所加电压大小高电压工程1 1 1 1、测电压有效值、测电压有效值、测电压有效值、测电压有效值高电压工程即，平衡力反映即，平衡力反映有效值有效值；刻度；刻度非线性非线性2 2 2 2、测有脉动的电压平均值、测有脉动的电压平均值、测有脉动的电压平均值、测有脉动的电压平均值高电压工程即，测的是即，测的是平均值平均值国产高压静电电压表的型号及规格 型号型号量程量程仪表等级仪表等级制造厂名制造厂名Q2V75V150V300V750V1500V3000V1.0北京电表厂北京电表厂Q3V7.5KV15KV30KV1.5Q4V20KV50KV100KV1.0Q5V基本上同基本上同Q2V浦江电表厂浦江电表厂Q7V同同Q2V0.2北京电表厂北京电表厂Q8V50KV100KV200KV1.5Q9V200KV500KV2.5北京电表厂北京电表厂高电压工程 7.4 7.4 交流峰值电压表交流峰值电压表7.4.1 利用电容器电流整流测量电压峰值利用电容器电流整流测量电压峰值电容器电流半波整流法 高电压工程7.4.2. 电容器充电电压法测量交流峰值电容器充电电压法测量交流峰值IdRCDVA电容器充电电压法 如果静电电压表或微安表串联电阻测得的电压为Ud，则电压峰值：T为交流电压的周期（s）高电压工程 7.5 7.5 高压交流分压器及充气标准电容器高压交流分压器及充气标准电容器概述概述U2U1Z1Z2交流分压器 球隙球隙和峰值电压表峰值电压表可直接测量交流高压，但电压再高也受限制。

新的方法：光电测量法和分压器法 高电压工程分压比k：对分压器的基本要求对分压器的基本要求要求被测电压与Z2上电压仅在幅值上相差k倍，相角完全相同，或相角差极小对分压器基本要求如下：分压器的接入要基本不影响原始被测电压峰值和波形；分压器的接入要基本不影响原始被测电压峰值和波形；分压器低压臂测得的电压波形应与被测电压波形相同，分压器低压臂测得的电压波形应与被测电压波形相同，分压比应与被测电压的频率和峰值大小无关；分压比应与被测电压的频率和峰值大小无关；分压比与大气条件无关或基本无关，分压比稳定（分压比与大气条件无关或基本无关，分压比稳定（1%1%以内）；以内）；分压器消耗的电能应不大，不会对电源造成大的负载分压器消耗的电能应不大，不会对电源造成大的负载效应；效应；分压器中应无电晕及大的绝缘泄露电流，或极小分压器中应无电晕及大的绝缘泄露电流，或极小高电压工程理论上来讲，理论上来讲，Z Z可由电阻、电容、阻容回路组成，而实可由电阻、电容、阻容回路组成，而实际上测量际上测量交流高压一般用电容交流高压一般用电容，幅值和频率较低的交流，幅值和频率较低的交流高压（高压（100kV100kV以下）可由电阻分压器；测量直流电压用以下）可由电阻分压器；测量直流电压用电阻分压器较多。

电阻分压器较多高电压工程7.5.1 分压器的误差分析分压器的误差分析高电压工程如则其中：可见，可见，电阻分压器电阻分压器用于测量电压和用于测量电压和频率不太高的交流电压频率不太高的交流电压对于电容分压器对于电容分压器高电压工程如则其中：可见，可见，电容分压器电容分压器不会引起相位误差，不会引起相位误差，仅有的幅值误差可以减小或克服仅有的幅值误差可以减小或克服一种方法是用另一种比较精确的分压一种方法是用另一种比较精确的分压器来校正，另一种方法是把电容值尽器来校正，另一种方法是把电容值尽可能选大可能选大7.5.2 高压电容分压器的实现高压电容分压器的实现高电压工程电容分压器可用于测量几千伏至电容分压器可用于测量几千伏至3MV3MV某些高压试验已发展出工频与冲击兼某些高压试验已发展出工频与冲击兼用的分压器，如清华：工频用的分压器，如清华：工频1200kV/1200kV/冲击冲击2400kV2400kV，由，由8 8个阻容元件组成个阻容元件组成两类：两类：分布式电容分压器分布式电容分压器：高压臂由多个电：高压臂由多个电容串联组成，容串联组成，C C和和tg tg 小100-200pF100-200pF；其低压臂要求高稳定性、低电感和低其低压臂要求高稳定性、低电感和低损耗。

损耗集中式电容分压器集中式电容分压器：高压臂由一个气：高压臂由一个气体介质的高压标准电容体介质的高压标准电容7.5.3 高压标准电容器及集中式分压器高压标准电容器及集中式分压器高电压工程组成分布式分压器的电容元件多少存组成分布式分压器的电容元件多少存在电感和损耗，严格来讲其电容量随在电感和损耗，严格来讲其电容量随环境温度和作用电压变化都会有变化环境温度和作用电压变化都会有变化集中式分压器高压臂采用气体介质的集中式分压器高压臂采用气体介质的电容器组成电容器组成标准电容器，作用：标准电容器，作用：用作电容分压器的高压臂，测量AC的峰值、有效值或测其波形；用作西林电桥的标。