第5章 電氣設(shè)備絕緣高電壓試驗(yàn)

1、高電壓技術(shù)第五章第五章 電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗(yàn)電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗(yàn) 5.1 交流高電壓試驗(yàn) 5.2 直流高電壓試驗(yàn) 5.3 沖擊電壓試驗(yàn) 5.4 穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量 5.5 沖擊電壓的測(cè)量 5.6 光電與數(shù)字化測(cè)量技術(shù)5.1 交流高電壓試驗(yàn)交流高電壓試驗(yàn) 交流絕緣試驗(yàn)應(yīng)采用頻率為45Hz65Hz的交流電壓。 交流電壓的特性特性主要以峰值、有效值、波形畸變率、波頂系數(shù)等來(lái)表示，試驗(yàn)時(shí)電壓波形的畸變應(yīng)盡可能小。 交流高壓的產(chǎn)生通常采用工頻試驗(yàn)變壓器，但對(duì)于一些特殊試品，如變壓器的感應(yīng)試驗(yàn)，采用頻率不超過(guò)500Hz交流電壓；對(duì)于大容量高電壓設(shè)備的試驗(yàn)，采用串聯(lián)諧振方法產(chǎn)生的30Hz300Hz交流

2、電壓；固體絕緣的加速老化試驗(yàn)則采用幾kHz的高頻交流電壓等等。 工頻電壓的產(chǎn)生工頻電壓的產(chǎn)生 1. 工頻高壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求工頻高壓試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備的要求T.O.QBTR1R2工頻高壓試驗(yàn)的一般線路圖 調(diào)壓器試驗(yàn)變壓器保護(hù)電阻（保護(hù)球隙）保護(hù)電阻（限流限壓）球間隙被試品高電壓技術(shù)工頻試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)：工頻試驗(yàn)變壓器的特點(diǎn)：（1）電壓 由于工頻高壓試驗(yàn)通常用于代替雷電過(guò)電壓或者內(nèi)部過(guò)電壓來(lái)考核電氣產(chǎn)品絕緣性能，或進(jìn)行絕緣擊穿試驗(yàn)，因此試驗(yàn)變壓器電壓很高；（2）調(diào)壓與波形 電壓波形應(yīng)該是正負(fù)半波對(duì)稱的正弦波形，頻率在4555Hz范圍內(nèi)，電壓的有效值等于幅值除以波頂系數(shù)。對(duì)于調(diào)壓裝置，應(yīng)能夠按所要

3、求的速度連續(xù)、平穩(wěn)地調(diào)節(jié)電壓。（3）容量 在大部分高壓試驗(yàn)里，試驗(yàn)變壓器的連續(xù)工作時(shí)間不長(zhǎng)，而在額定電壓下滿載運(yùn)行的時(shí)間更少，這比長(zhǎng)期處于滿載下工作的電力變壓器的運(yùn)行情況要好得多。試驗(yàn)變壓器的容量不大，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用較小的安全系數(shù)，在額定電壓下只能作短時(shí)運(yùn)行，對(duì)特高壓的試驗(yàn)變壓器，只有在2/3的額定電壓下才能長(zhǎng)期運(yùn)行。 高電壓技術(shù)2. 串級(jí)試驗(yàn)變壓器串級(jí)試驗(yàn)變壓器 2U2 U2 T3 21 3 21T2 3 2 1T1 3U2輸出的額定電流：輸出的額定電流：I2（A）每一級(jí)每一級(jí)變壓器高壓側(cè)繞組的額定電壓額定電壓：U2（kV）裝置裝置輸出的額定電壓額定電壓：3U2350%6TWWWW額定輸出容

4、量裝置總?cè)萘扛唠妷杭夹g(shù)3. 調(diào)壓裝置調(diào)壓裝置（1）對(duì)調(diào)壓裝置的要求）對(duì)調(diào)壓裝置的要求a）輸出電壓質(zhì)量好 要求調(diào)壓器輸出電壓波形應(yīng)盡量接近正弦波；輸出電壓下限最好為零。b）調(diào)壓特性好 要求調(diào)壓器阻抗不宜過(guò)大；調(diào)壓特性曲線平滑線性；調(diào)節(jié)方便、可靠。 （2）常用的調(diào)壓裝置）常用的調(diào)壓裝置a）自耦式調(diào)壓裝置；b）移圈式調(diào)壓器；c）感應(yīng)調(diào)壓器 高電壓技術(shù)移圈式調(diào)壓器原理圖移圈式調(diào)壓器原理圖高電壓技術(shù)串聯(lián)諧振交流高壓的產(chǎn)生串聯(lián)諧振交流高壓的產(chǎn)生CRLICU1U串聯(lián)諧振裝置的等效電路 1LC諧振條件：ssLcQUURLICUU1CRRLQ1或串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點(diǎn)：串聯(lián)諧振方法的優(yōu)點(diǎn)：1）試驗(yàn)回路對(duì)基波頻率產(chǎn)生

5、諧振，因而波形的畸變小；2）被試品發(fā)生擊穿時(shí)諧振條件被破壞，串聯(lián)電抗器限制短路電流，故絕緣擊穿處的電弧不會(huì)將故障點(diǎn)擴(kuò)大。 高電壓技術(shù)調(diào)頻調(diào)壓電源50Hz電源反饋控制信號(hào)激勵(lì)變壓器電抗器分壓器被試品變頻串聯(lián)諧振裝置的原理框圖 交流兩相或三相工頻電源，經(jīng)變頻控制單元輸出30300 Hz頻率可調(diào)的交流電壓，勵(lì)磁變壓器升壓，諧振電抗器L和被試品Cx構(gòu)成高壓諧振電路來(lái)產(chǎn)生交流高壓。電容分壓器是純電容式的，用來(lái)測(cè)量試驗(yàn)電壓。系統(tǒng)的頻率取決于回路的L-C參數(shù)。當(dāng)負(fù)載電容Cx的變化范圍很大時(shí)，可以根據(jù)Cx的大小，適當(dāng)調(diào)整電抗器的電感L值，使諧振頻率固定在規(guī)定要求范圍內(nèi)。高電壓技術(shù)交流高壓試驗(yàn)交流高壓試驗(yàn)1）防

6、止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓）防止工頻高壓試驗(yàn)中可能出現(xiàn)的過(guò)電壓原因：原因：“容升”效應(yīng)、對(duì)初級(jí)繞組突然加壓、當(dāng)輸出電壓較高時(shí)突然切斷電源等；防止措施：防止措施：在變壓器出線端與被試品之間串接一適當(dāng)阻值的保護(hù)電阻（按0.1/V選取阻值）2）試驗(yàn)電壓的波形畸變）試驗(yàn)電壓的波形畸變?cè)颍涸颍鹤儔浩骰蛘{(diào)壓裝置的鐵芯工作在在磁化曲線的飽和段，或當(dāng)變壓器和調(diào)壓器存在漏抗；措施：措施：在試驗(yàn)變壓器原邊繞組并聯(lián)一個(gè)L-C串聯(lián)諧振回路。u1CLCLTu1高電壓技術(shù)3）外施電壓試驗(yàn)和感應(yīng)高壓試驗(yàn)）外施電壓試驗(yàn)和感應(yīng)高壓試驗(yàn) 對(duì)于帶繞組的被試品，用外施電壓對(duì)其主絕緣作工頻高壓試驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)將各繞組的首尾短接

7、，然后，根據(jù)不同要求做其它接線，這樣能防止電容電流流過(guò)勵(lì)磁感抗造成不允許的電壓升高。 有些電氣設(shè)備繞組絕緣是分級(jí)的，繞組的各不同部位應(yīng)該耐受和能夠耐受的試驗(yàn)電壓當(dāng)然也就不同。另外，外施電壓法對(duì)繞組的縱絕緣和相間絕緣也難于進(jìn)行試驗(yàn)。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是感應(yīng)高壓試驗(yàn)，即在其低壓繞組上加足夠高的電壓，使中壓繞組、高壓繞組感應(yīng)出所需的試驗(yàn)電壓來(lái)。高電壓技術(shù)5.2 直流高電壓試驗(yàn)直流高電壓試驗(yàn)（1）直流高壓試驗(yàn)設(shè)備）直流高壓試驗(yàn)設(shè)備1）測(cè)量泄漏電流；2）直流耐壓試驗(yàn)（一些大容量的交流設(shè)備，如油紙絕緣電力電纜，也常用來(lái)代替交流耐壓試驗(yàn)；高壓直流輸電設(shè)備耐壓試驗(yàn)）；3）沖擊電壓發(fā)生器和沖擊電流發(fā)生器等的直

8、流高壓電源。（2）對(duì)直流電源的要求）對(duì)直流電源的要求 直流電壓的特性由極性、平均值、脈動(dòng)等來(lái)表示。高壓試驗(yàn)的直流電源在提供負(fù)載電流時(shí)，脈動(dòng)電壓要非常小，即直流電源必須具有一定的負(fù)載能力。高電壓技術(shù)直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓的產(chǎn)生1. 半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)半波整流回路和直流高壓設(shè)備的基本參數(shù)T-工頻室驗(yàn)變壓器 C-濾波電容器 D-整流元件(高壓硅堆) R-保護(hù)電阻 Umax、Umin、Ud-試品輸出直流電壓的最大值、最小值、算術(shù)平方值 TDRCRxutTUminUmaxUT半波整流電路及輸出電壓波形圖（1）半波整流回路2TsmURI高電壓技術(shù)（2）直流高壓試驗(yàn)設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)d

9、UuSmaxmin2UUumaxmin2dUUU1）輸出的額定直流電壓（算術(shù)平均值）Ud2）相應(yīng)的額定直流電流（平均值）Id3）電壓脈動(dòng)系數(shù)（亦稱紋波系數(shù)） S對(duì)于半波對(duì)于半波整流電路整流電路22ddI TIuCfCxdddfCRfCUIUuS212高電壓技術(shù)2. 倍壓整流回路倍壓整流回路CCT1D2DTUAA倍壓電路 1230C11D2D常用倍壓電路 C2 此電路可看作兩個(gè)半波電路的疊加，因而它的參數(shù)計(jì)算可參照半波電路的計(jì)算原則進(jìn)行。變壓器A點(diǎn)對(duì)地絕緣為2UT，而點(diǎn)A為UT。輸出電壓為2UT。2 2TU2TU工作原理：工作原理：1）當(dāng)電源為負(fù)時(shí)，硅堆D1截止，D2導(dǎo)通，電源經(jīng)D2、R對(duì)電容C

10、1充電，C1最高充電電壓可達(dá)UTm；2）當(dāng)電源電壓升高時(shí)，1點(diǎn)電位也抬高，D2截止，D1導(dǎo)通，電源經(jīng)C1向C2充電，2點(diǎn)電位逐漸升高。2 2TU0 2 2TU高電壓技術(shù)3. 串級(jí)直流發(fā)生器串級(jí)直流發(fā)生器D1C1C1Q2Q2+Q1Q2+2Q1Q2+(n-1)Q1Q12Q1nQ1Q2+(n-2)Q1RxIdD1DnDnCnCn串級(jí)直流高壓發(fā)生器原理圖 (1)4dn nIufC脈動(dòng)幅值：322(432 )6ddmIUnUnnnfC輸出電壓平均值：32(432 )6daIUnnnfC電壓降落：(1)4dddn nIuSUfCU脈動(dòng)系數(shù)：減小電壓脈動(dòng)系數(shù)的方法：減小電壓脈動(dòng)系數(shù)的方法：1）減小串接級(jí)數(shù)；

11、2）增加每級(jí)電容器的電容量；3）提高電源頻率。 高電壓技術(shù)直流高電壓的試驗(yàn)直流高電壓的試驗(yàn)（1）直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選直流高壓試驗(yàn)要根據(jù)不同試品、不同的試驗(yàn)要求選擇合適的電源容量。擇合適的電源容量。 一般情況下，直流高壓試驗(yàn)所需的試驗(yàn)電流通常在幾mA到幾十mA，但是某些試品在擊穿前瞬時(shí)泄漏電流還是很大，將達(dá)到安培級(jí)。這樣大的泄漏電流將使設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生很大壓降而使試驗(yàn)結(jié)果不正確。（2）保護(hù)電路保護(hù)電路 當(dāng)試品放電，或者發(fā)生器輸出端可能發(fā)生對(duì)地短路時(shí)，為了限制電容器柱的放電電流和流經(jīng)高壓硅的電流，需在試品與高壓輸出端之間串接一保護(hù)電阻。1. 直流高電壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)直流高電壓試驗(yàn)

12、注意事項(xiàng)高電壓技術(shù)(1) 試驗(yàn)設(shè)備的容量較小試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。特別是采用電力電子變換的高頻電源后，整套直流耐壓試驗(yàn)裝置的體積、重量大大減小，便于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)；(2) 在試驗(yàn)時(shí)可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流可以同時(shí)測(cè)量泄漏電流，能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮，提供有關(guān)絕緣狀態(tài)的補(bǔ)充信息；(3) 在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)在某種程度上帶有非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)，在直流高壓下，局部放電較弱，不會(huì)加快有機(jī)絕緣材料分解或老化；(4) 對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際對(duì)交流電氣設(shè)備絕緣的考驗(yàn)不如交流試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際情況情況。對(duì)于絕大多數(shù)組合絕緣來(lái)說(shuō)，它們?cè)谥绷麟妷合碌碾姎鈴?qiáng)度遠(yuǎn)高于交流

13、電壓下的電氣強(qiáng)度，因而交流電氣設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)必須提高試驗(yàn)電壓，才能具有等效性。2. 直流高電壓試驗(yàn)的特點(diǎn)直流高電壓試驗(yàn)的特點(diǎn)高電壓技術(shù)5.3 沖擊電壓試驗(yàn)沖擊電壓試驗(yàn)沖擊電壓：（沖擊電壓：（雷電沖擊電壓、操作沖擊電壓） 持續(xù)短、電壓上升速度快，緩慢下降的暫態(tài)電壓。由波頭時(shí)間、波尾時(shí)間、峰值和極性來(lái)表示。PO OTfCFTttUxyz標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊的定義標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊的定義 ：xfTT67. 1Tx為30%90%峰值間所測(cè)得的時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓：1.2/50s標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊電壓：250/2500s 高電壓技術(shù)沖擊電壓發(fā)生器與參數(shù)計(jì)算沖擊電壓發(fā)生器與參數(shù)計(jì)算1. 沖擊電壓產(chǎn)生的基本原理沖擊電壓產(chǎn)

14、生的基本原理_+RfRtC2C1U0u2(t)Rd_+RfRtC2C1u2(t)U0LRf_+RtC2C1U0u2(t)(a) 典型等效電路 (b) 考慮回路電感的等效電路 (c) 高效回路的等效 原理：原理：（1）充電過(guò)程：C1向C2充電，建立電壓，形成波頭；（2）放電過(guò)程：當(dāng)C1、C2上的電壓相等時(shí)，并聯(lián)對(duì)Rt放電，形成波尾。主電容主電容試品等電容試品等電容波頭電阻波頭電阻波尾電阻波尾電阻高電壓技術(shù)RRRR多級(jí)沖擊電壓發(fā)生器 RfRtATT（1）充電過(guò)程：充電過(guò)程：由試驗(yàn)變壓器由試驗(yàn)變壓器T和高壓硅堆和高壓硅堆D構(gòu)成的整流電構(gòu)成的整流電源，以峰值電壓經(jīng)保護(hù)電阻及充電電阻向主電容充電。源，以

15、峰值電壓經(jīng)保護(hù)電阻及充電電阻向主電容充電。（2）放電過(guò)程：放電過(guò)程：當(dāng)需要啟動(dòng)沖擊電壓發(fā)生器時(shí)，可向點(diǎn)火球當(dāng)需要啟動(dòng)沖擊電壓發(fā)生器時(shí)，可向點(diǎn)火球隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球表面之間產(chǎn)生火花放電，隙的針極送去一脈沖電壓，針極和球表面之間產(chǎn)生火花放電，引起點(diǎn)火球隙放電，各球隙相繼放電，將電容器串聯(lián)起來(lái)，引起點(diǎn)火球隙放電，各球隙相繼放電，將電容器串聯(lián)起來(lái)，對(duì)試品放電。對(duì)試品放電。 “電容器并聯(lián)充電，串聯(lián)放電電容器并聯(lián)充電，串聯(lián)放電”，這一過(guò)程由一組球隙來(lái)完成。，這一過(guò)程由一組球隙來(lái)完成。高電壓技術(shù)RRRrDCCCCT沖擊電壓發(fā)生器的單邊充電回路RRRrDDRRRRCCCCCCCCT沖擊電壓發(fā)生器

16、的雙邊充電回路高電壓技術(shù)2. 沖擊電壓發(fā)生器放電回路的近似計(jì)算沖擊電壓發(fā)生器放電回路的近似計(jì)算2/22max(1)tuue7ln212tt2121)(24. 3CCCCRRTfdf21212)(CCCCRRfd12/2max2max0.3(1)tUUe22/0.7te122max0.3tuu時(shí)22/2max2max0.9(1)tUUe222max0.9tuu時(shí)22/0.1te6 . 0112ttTf（1）波前時(shí)間的確定）波前時(shí)間的確定PO OTfCFTttUxyz高電壓技術(shù)1/2max2max12tTUue（2）半峰值時(shí)間的確定）半峰值時(shí)間的確定1/22maxtuue112()tCCR)(69

17、. 02ln211CCRRTdtt2max1UU（3）沖擊電壓發(fā)生器的效率）沖擊電壓發(fā)生器的效率112tdtRCRR CC對(duì)于低效回路：112CCC對(duì)于高效回路：高電壓技術(shù) 截?cái)嗖ǖ漠a(chǎn)生方法截?cái)嗖ǖ漠a(chǎn)生方法 變壓器類設(shè)備應(yīng)作雷電沖擊截?cái)嗖ㄔ囼?yàn)，以模擬絕緣變壓器類設(shè)備應(yīng)作雷電沖擊截?cái)嗖ㄔ囼?yàn)，以模擬絕緣子閃絡(luò)或避雷器動(dòng)作時(shí)所形成的截?cái)嗖?。產(chǎn)生子閃絡(luò)或避雷器動(dòng)作時(shí)所形成的截?cái)嗖?。產(chǎn)生截?cái)嗖ǖ脑財(cái)嗖ǖ脑砝恚簩⒁唤財(cái)嚅g隙與被試品并聯(lián)，調(diào)節(jié)間隙距離使之具有：將一截?cái)嚅g隙與被試品并聯(lián)，調(diào)節(jié)間隙距離使之具有所需的擊穿電壓；沖擊電壓發(fā)生器送出一全波，由于截?cái)嗨璧膿舸╇妷?；沖擊電壓發(fā)生器送出一全波，由于截?cái)?/p>

18、間隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截?cái)嗖?。間隙的擊穿，作用在被試品上的電壓就是截?cái)嗖ā?目前多采用可控截?cái)嚯娐穪?lái)控目前多采用可控截?cái)嚯娐穪?lái)控制截?cái)鄷r(shí)間，截?cái)嚅g隙采用針孔球制截?cái)鄷r(shí)間，截?cái)嚅g隙采用針孔球隙。觸發(fā)脈沖導(dǎo)致間隙隙。觸發(fā)脈沖導(dǎo)致間隙G1放電后，放電后，間隙間隙G2上將承受全部電壓，同時(shí)，上將承受全部電壓，同時(shí)，R3上電流流過(guò)形成壓降，上電流流過(guò)形成壓降，S2處出處出現(xiàn)觸發(fā)火花，導(dǎo)致現(xiàn)觸發(fā)火花，導(dǎo)致G2放電，形成放電，形成截?cái)?。截?cái)?。高電壓技術(shù) 操作沖擊電壓的獲得操作沖擊電壓的獲得（1）利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生操作波）利用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生操作波 調(diào)節(jié)沖擊電壓發(fā)生器的波頭、波尾電阻，可改

19、變波頭調(diào)節(jié)沖擊電壓發(fā)生器的波頭、波尾電阻，可改變波頭波尾時(shí)間，就可以得到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的操作沖擊電壓。波尾時(shí)間，就可以得到標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的操作沖擊電壓。（2）利用電容器對(duì)變壓器原繞組放電產(chǎn)生操作波）利用電容器對(duì)變壓器原繞組放電產(chǎn)生操作波 一組電容由直流充電至一定值，然后通過(guò)球隙一組電容由直流充電至一定值，然后通過(guò)球隙G的擊穿，的擊穿，使向試驗(yàn)變壓器的原繞組（低壓側(cè)）放電，在變壓器的副使向試驗(yàn)變壓器的原繞組（低壓側(cè)）放電，在變壓器的副繞組（高壓側(cè)）便會(huì)因電磁感應(yīng)基本上按變比產(chǎn)生高電壓繞組（高壓側(cè)）便會(huì)因電磁感應(yīng)基本上按變比產(chǎn)生高電壓的操作波形。的操作波形。IEC推薦的利用工頻試驗(yàn)變壓器產(chǎn)生操作沖擊 高電

20、壓技術(shù) 陡波前沖擊電壓的獲得陡波前沖擊電壓的獲得 利用沖擊電壓發(fā)生器對(duì)電容器利用沖擊電壓發(fā)生器對(duì)電容器C1充電，然后電容器充電，然后電容器C1上的電荷通過(guò)間隙上的電荷通過(guò)間隙G2放電，可獲得陡波前沖擊電壓放電，可獲得陡波前沖擊電壓es。 電壓的波頭時(shí)間決定于電壓的波頭時(shí)間決定于C1-G2-R2回路尺寸以及放電間回路尺寸以及放電間隙隙G3的火花形成時(shí)間。將回路封入高氣壓的火花形成時(shí)間。將回路封入高氣壓SF6氣體中，可氣體中，可減小回路尺寸，且可提高減小回路尺寸，且可提高G2的放電電壓，從而獲得幅值為的放電電壓，從而獲得幅值為102103kV、波頭時(shí)間為、波頭時(shí)間為0.020.1 s的陡波前沖擊電

21、壓。的陡波前沖擊電壓。 陡波沖擊電壓發(fā)生器 高電壓技術(shù)5.4 穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量穩(wěn)態(tài)高電壓的測(cè)量高壓測(cè)量系統(tǒng)：高壓測(cè)量系統(tǒng)：轉(zhuǎn)換裝置、至試品間的引線、接地連線、轉(zhuǎn)換裝置、至試品間的引線、接地連線、 低壓測(cè)量回路、測(cè)量?jī)x表等低壓測(cè)量回路、測(cè)量?jī)x表等 對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求：對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求：（1）交流電壓的測(cè)量，要求蜂值或有效值時(shí)的總不確定）交流電壓的測(cè)量，要求蜂值或有效值時(shí)的總不確定度在度在 3之內(nèi)；之內(nèi)；（2）直流電壓的測(cè)量，要求電壓算術(shù)平均值時(shí)的總不確）直流電壓的測(cè)量，要求電壓算術(shù)平均值時(shí)的總不確定度不超過(guò)定度不超過(guò) 3%，直流電壓的紋波幅值總不確定度不超，直流電壓的紋波幅值總不確定度不超過(guò)過(guò) 1

22、0%，或脈動(dòng)系數(shù)測(cè)量的不確定度應(yīng)小于，或脈動(dòng)系數(shù)測(cè)量的不確定度應(yīng)小于 1%。 穩(wěn)態(tài)高電壓：穩(wěn)態(tài)高電壓：工頻交流高壓、直流高壓工頻交流高壓、直流高壓高電壓技術(shù)利用氣體放電測(cè)量交流高電壓，例如測(cè)量球隙。利用氣體放電測(cè)量交流高電壓，例如測(cè)量球隙。利用靜電力測(cè)量高電壓，例如靜電電壓表。利用靜電力測(cè)量高電壓，例如靜電電壓表。利用整流電容電流或充電電壓來(lái)測(cè)量高電壓，例如峰值利用整流電容電流或充電電壓來(lái)測(cè)量高電壓，例如峰值電壓表。電壓表。利用分壓器測(cè)量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。利用分壓器測(cè)量高電壓，如電容分壓器和電阻分壓器。實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量穩(wěn)態(tài)高壓常用的方法：高電壓技術(shù)

23、氣體放電間隙氣體放電間隙1. 球間隙球間隙垂直型標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量球隙 （1）間隙距離不超過(guò)球徑的）間隙距離不超過(guò)球徑的1/2，可，可保證測(cè)量的不確定度在保證測(cè)量的不確定度在 3%以內(nèi)。以內(nèi)。用球隙測(cè)量工頻電壓時(shí)，應(yīng)取連續(xù)用球隙測(cè)量工頻電壓時(shí)，應(yīng)取連續(xù)三次擊穿電壓的平均值，相鄰兩次三次擊穿電壓的平均值，相鄰兩次間隔時(shí)間不小于間隔時(shí)間不小于1min，擊穿電壓與，擊穿電壓與平均值之間的偏差不大于平均值之間的偏差不大于3%。（2）當(dāng)球隙距離不大于）當(dāng)球隙距離不大于0.4D時(shí)，其時(shí)，其測(cè)量不確定度在測(cè)量不確定度在 5%以內(nèi)。以內(nèi)。（3）球間隙測(cè)量電壓時(shí)，必須進(jìn)行）球間隙測(cè)量電壓時(shí)，必須進(jìn)行大氣條件的修正。大氣條

24、件的修正。（4）測(cè)量時(shí)必須放電，容易引起過(guò)）測(cè)量時(shí)必須放電，容易引起過(guò)電壓而造成被試品不必要的損傷。電壓而造成被試品不必要的損傷。（5）測(cè)量時(shí)較費(fèi)時(shí)間，所需的空間）測(cè)量時(shí)較費(fèi)時(shí)間，所需的空間越大。越大。高電壓技術(shù)2. 棒間隙棒間隙 用球間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)用球間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的分散性，因此，較大的分散性，因此，IEC規(guī)定中，推薦規(guī)定中，推薦使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測(cè)量直使用左圖的棒間隙。標(biāo)準(zhǔn)棒間隙測(cè)量直流電壓時(shí)，其測(cè)量不準(zhǔn)確度在流電壓時(shí)，其測(cè)量不準(zhǔn)確度在3%以內(nèi)，以內(nèi)，測(cè)量方法與球間隙一樣。測(cè)量方法與球間隙一樣。sVk V 非標(biāo)況：)11(014. 01hk 棒間隙直接

25、測(cè)量直流電壓時(shí)也非常費(fèi)時(shí)，棒間隙直接測(cè)量直流電壓時(shí)也非常費(fèi)時(shí)，一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低一般用于求取直流高壓輸出值與直流發(fā)生器低壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。壓側(cè)的儀表讀數(shù)間的比例關(guān)系。dVs534. 02 標(biāo)況下，正、負(fù)極性的直流電壓下，標(biāo)況下，正、負(fù)極性的直流電壓下，棒間隙棒間隙10次放電電壓的平均值為：次放電電壓的平均值為： 高電壓技術(shù)S fl 靜電電壓表靜電電壓表原理：原理：分別帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體間存在著靜電吸引力，吸引分別帶正、負(fù)電荷的導(dǎo)體間存在著靜電吸引力，吸引力的大小與兩導(dǎo)體間的電位差的平方成正比，測(cè)量此靜電力力的大小與兩導(dǎo)體間的電位差的平方成正比，測(cè)量此靜電力的大小

26、或是由靜電力產(chǎn)生的某一極板的位移（或偏轉(zhuǎn)）從而的大小或是由靜電力產(chǎn)生的某一極板的位移（或偏轉(zhuǎn)）從而反映所加電壓大小。反映所加電壓大小。20221lSufr220020202)(12)(1UlAdttuTlAdttfTFrTTrSFlUr41052. 4高電壓技術(shù) 利用高壓電容器的測(cè)量方法利用高壓電容器的測(cè)量方法1. 電容器電流整流法測(cè)量交流峰值電容器電流整流法測(cè)量交流峰值12ciVfC半波整流：14ciVfC全波整流：電容器電流整流法 fCIVe2 與耦合電容器類似，利用靜電容量大與耦合電容器類似，利用靜電容量大的電容器，可用交流電流計(jì)直接測(cè)量充電的電容器，可用交流電流計(jì)直接測(cè)量充電電流的有效

27、值（電流的有效值（I），電壓有效值為：），電壓有效值為： 由于高頻諧波電流的容抗比基波電流由于高頻諧波電流的容抗比基波電流的要小，如果所測(cè)電壓存在波形畸變，這的要小，如果所測(cè)電壓存在波形畸變，這種方法很容易帶來(lái)較大的測(cè)量不確定度。種方法很容易帶來(lái)較大的測(cè)量不確定度。 高電壓技術(shù)2. 電容器充電電壓法測(cè)量交流峰值電容器充電電壓法測(cè)量交流峰值IdRCDV A電容器充電電壓法電容器充電電壓法 被測(cè)交流電壓經(jīng)整流管被測(cè)交流電壓經(jīng)整流管D使電容充電至交流電壓的幅值，使電容充電至交流電壓的幅值，電容電壓由靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻來(lái)測(cè)量。電容電壓由靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻來(lái)測(cè)量。12dmUUTRC 如果

28、靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻測(cè)得的電壓為如果靜電電壓表或微安表串聯(lián)電阻測(cè)得的電壓為Ud，則電壓峰值：則電壓峰值：高電壓技術(shù)3. 直流脈動(dòng)電壓的測(cè)量直流脈動(dòng)電壓的測(cè)量直流脈動(dòng)的測(cè)量直流脈動(dòng)的測(cè)量 利用高壓電容與電阻串聯(lián)來(lái)測(cè)量利用高壓電容與電阻串聯(lián)來(lái)測(cè)量直流電壓的脈動(dòng)。若直流高壓含有脈直流電壓的脈動(dòng)。若直流高壓含有脈動(dòng)電壓分量動(dòng)電壓分量Vr，當(dāng)脈動(dòng)電壓的頻率為，當(dāng)脈動(dòng)電壓的頻率為f，則電阻則電阻R兩端的電壓為：兩端的電壓為： fCRjVfCRjVr212 也可以采用電容器電流整流法來(lái)也可以采用電容器電流整流法來(lái)測(cè)量直流電壓脈動(dòng)的幅值，其測(cè)量方測(cè)量直流電壓脈動(dòng)的幅值，其測(cè)量方法與交流峰值測(cè)量的方法相同

29、。法與交流峰值測(cè)量的方法相同。高電壓技術(shù) 高壓分壓器高壓分壓器1. 高阻分壓器和串有高阻的電流表高阻分壓器和串有高阻的電流表U2U1Z1Z2高阻分壓器高阻分壓器 I2U1Z1Z2AP高阻與電流表串聯(lián)高阻與電流表串聯(lián) 被測(cè)電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對(duì)地雜散電容被測(cè)電壓越高，分壓器本體電阻值越大，對(duì)地雜散電容越大，誤差也很大。因此電阻分壓器只適用于被測(cè)電壓低于越大，誤差也很大。因此電阻分壓器只適用于被測(cè)電壓低于100kV的情況。的情況。 為防止儀表超量程，為防止儀表超量程，并聯(lián)保護(hù)的并聯(lián)保護(hù)的放電間隙或放放電間隙或放電管電管P；為了防止在控制為了防止在控制臺(tái)出現(xiàn)高電壓，微安表應(yīng)臺(tái)出現(xiàn)高電壓，

30、微安表應(yīng)并聯(lián)電阻。并聯(lián)電阻。 電阻的溫度系數(shù)應(yīng)盡電阻的溫度系數(shù)應(yīng)盡可能小可能小。高阻值電阻可侵高阻值電阻可侵入絕緣油中以增強(qiáng)散熱，入絕緣油中以增強(qiáng)散熱，同時(shí)可以防止電暈放電和同時(shí)可以防止電暈放電和絕緣泄漏。絕緣泄漏。高電壓技術(shù)2. 電容分壓器電容分壓器C2C1U1U2交流電容分壓器 121221()CCuuKuC分壓器高壓臂分壓器低壓臂 分壓器的分壓比是常數(shù)，即不應(yīng)隨被測(cè)電壓的波形、頻分壓器的分壓比是常數(shù)，即不應(yīng)隨被測(cè)電壓的波形、頻率、幅值、周圍大氣條件、安裝地點(diǎn)的變化而改變。此外，率、幅值、周圍大氣條件、安裝地點(diǎn)的變化而改變。此外，分壓器的接入應(yīng)不影響電壓波形和幅值。分壓器的接入應(yīng)不影響電壓

31、波形和幅值。 （1）分布式電容分分布式電容分壓器壓器，它的高壓臂有，它的高壓臂有多個(gè)電容器元件串聯(lián)多個(gè)電容器元件串聯(lián)組裝而成，要求每個(gè)組裝而成，要求每個(gè)元件盡可能為純電容，元件盡可能為純電容，介質(zhì)損耗和電感盡可介質(zhì)損耗和電感盡可能小。能小。（2）集中式電容分集中式電容分壓器壓器，它的高壓臂使，它的高壓臂使用一個(gè)氣體介質(zhì)的高用一個(gè)氣體介質(zhì)的高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器。壓標(biāo)準(zhǔn)電容器。 對(duì)于電容分壓對(duì)于電容分壓器低壓臂電容器低壓臂電容C2，要求電容量較大而要求電容量較大而承受的電壓較低，承受的電壓較低，因此應(yīng)采用高穩(wěn)定因此應(yīng)采用高穩(wěn)定度、低損耗、低電度、低損耗、低電感量的云母、聚苯感量的云母、聚苯乙烯等介質(zhì)的電

32、容乙烯等介質(zhì)的電容器。器。 電容量根據(jù)分電容量根據(jù)分壓比和低壓儀表的壓比和低壓儀表的量程確定。量程確定。 高電壓技術(shù)5.5 沖擊電壓的測(cè)量沖擊電壓的測(cè)量沖擊電壓的測(cè)定包括：沖擊電壓的測(cè)定包括：幅值測(cè)量和波形記錄標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定： 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)全波、波尾截?cái)嗖ㄒ约?/5s短波，幅值的測(cè)量不確定度不超過(guò)3%，1s以內(nèi)波頭截?cái)嗖ǎ浞档臏y(cè)量誤差不超過(guò)5%，波頭及波長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量不確定度不超過(guò)10%。目前最常用的沖擊電壓的測(cè)量方法目前最常用的沖擊電壓的測(cè)量方法： a. 測(cè)量球隙； b. 分壓器-示波器。高電壓工程基礎(chǔ)3.2 雷電沖擊電壓下的擊穿雷電沖擊電壓下的擊穿 沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形沖擊電壓的標(biāo)準(zhǔn)波形標(biāo)

33、準(zhǔn)雷電波標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波形： T1=1.2s30， T2=50s20對(duì)于不同極性：+1.2/50s或-1.2/50s操作沖擊波操作沖擊波的波形： T1=250s20， T2=2500s60對(duì)于不同極性：+250/2500s或-250/2500s 波前時(shí)間 半峰值時(shí)間 高電壓工程基礎(chǔ) 放電時(shí)延放電時(shí)延臨界擊穿電壓 統(tǒng)計(jì)時(shí)延：從外施電壓達(dá)Uo時(shí)起，到出現(xiàn)一個(gè)能引起擊穿的初始電子崩所需的第一個(gè)有效電子所需時(shí)間放電形成時(shí)延：從出現(xiàn)第一個(gè)有效自由電子時(shí)起，到放電過(guò)程完成所需時(shí)間，即電子崩的形成和發(fā)展到流注等所需的時(shí)間高電壓工程基礎(chǔ) 50擊穿電壓及沖擊系數(shù)擊穿電壓及沖擊系數(shù) 50擊穿電壓擊穿電壓 多次施加電壓時(shí)有半數(shù)會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷褐礥b50 。0503bbUU2. 沖擊系數(shù)沖擊系數(shù) 同一間隙的50沖擊擊穿電壓與穩(wěn)態(tài)擊穿電壓Uss之比 。高電壓工程基礎(chǔ) 伏秒特性伏秒特性伏秒特性：伏秒特性：在同一沖擊電壓波形下，擊穿電壓值與放電時(shí)延（或電壓作用時(shí)間）有關(guān)的特