稳态高电压的测量-2010 [兼容模式].pdf

1第三章第三章第三章第三章 稳态高电压的测量稳态高电压的测量稳态高电压的测量稳态高电压的测量第三章第三章第三章第三章 稳态高电压的测量稳态高电压的测量稳态高电压的测量稳态高电压的测量主要内容主要内容1.概述1.概述2.2.测量球隙测量球隙2.2.测量球隙测量球隙3.静电电压表4.高压交流分压器及充气标准电容器5.峰值电压表6.直流高电压的测量3.静电电压表4.高压交流分压器及充气标准电容器5.峰值电压表6.直流高电压的测量1 概述稳态高电压的测量稳态高电压的测量光电法等绝对测量如核反应法量装置利用其它物理效应的测分压器测量法确定高电压上的电压测两串联阻抗中低阻抗定电压测通过高阻抗的电流确法高阻抗与低压仪表配合高压静电电压表测量球隙直接接入式测量装置）（，、);(;:测量系统分类测量系统分类（什么叫测量系统？）（什么叫测量系统？）)(systemmeasuringapprovedsystemmeasuringreference认可的测量系统）标准测量系统测量系统：测量系统：%3误差最大值平均值直流电压峰值有效值交流电压）（）、（误差要求误差要求：%1%10或直流电压平均值的脉动幅值误差最大值平均值直流电压）、（误差要求误差要求：（IEC规定）动态特性：幅频响应在规定）动态特性：幅频响应在0.27倍试验电压频率范围内变化不超过倍试验电压频率范围内变化不超过2%。认可试验类型：。认可试验类型：性能校核性能试验验收试验2 测量球隙测量球隙2.1 为什么可用球隙测量电压为什么可用球隙测量电压?均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离存在一定关系。均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离存在一定关系。?测量球隙间是稍不均匀场，所以可用来测量电压。测量球隙间是稍不均匀场，所以可用来测量电压。?因为大地等周围物体的影响，球隙放电电压只能够靠试验，理论计算难获准确性。（附表A1是1960年的IEC球隙放电电压标准表）因为大地等周围物体的影响，球隙放电电压只能够靠试验，理论计算难获准确性。（附表A1是1960年的IEC球隙放电电压标准表）?球隙测量的是电压的球隙测量的是电压的峰值峰值（因为球隙放电与峰值相关因为球隙放电与峰值相关），可用于测量），可用于测量交流、直流、冲击电压交流、直流、冲击电压。2.2 球和球隙的结构布置球和球隙的结构布置1、铜球：1、铜球：?直径直径：2cm2cm2m2m?直径直径：2cm2cm2m2m?球径误差 2球径误差 2?精心制作，表面光滑精心制作，表面光滑?一般为紫铜或黄铜一般为紫铜或黄铜2、间隙距离S与球直径D比值要求：S/D2、间隙距离S与球直径D比值要求：S/D0.5;3、高压引线引入点距高压球放电点2D以上。;3、高压引线引入点距高压球放电点2D以上。22.2 球和球隙的结构布置球和球隙的结构布置2.3 影响球隙放电的主要因素和关于测量的规定影响球隙放电的主要因素和关于测量的规定1、周围物体的影响（如表、周围物体的影响（如表2-1所示）所示）Amax、Amin、Bmin。2、照射、照射IEC：V（峰）（峰）+=+=121212121212122121:)(:CCCCCCCUUkRRRRRRRUUk纯电容分压器纯电阻分压器k：分压比：分压比?分压器的接入应基本上不影响被测电压的幅值和波形分压器的接入应基本上不影响被测电压的幅值和波形；高压分压器的基本要求高压分压器的基本要求4.1 高压分压器的基本接线及要求高压分压器的基本接线及要求分压器的接入应基本上不影响被测电压的幅值和波形分压器的接入应基本上不影响被测电压的幅值和波形；?低压臂波形应与被测波形相同，分压比应与电压的频率和幅值无关；低压臂波形应与被测波形相同，分压比应与电压的频率和幅值无关；?分压比与大气条件（分压比与大气条件（P、T、P、T、湿度）无关或基本无关。湿度）无关或基本无关。?分压器的耗能应不大，其耗能形成的温升不应引起分压比变化。分压器的耗能应不大，其耗能形成的温升不应引起分压比变化。?分压器应无电晕及绝缘之泄漏电流（或说即使有极微量的电晕和泄漏分压器应无电晕及绝缘之泄漏电流（或说即使有极微量的电晕和泄漏，应对应对k k的影响很小）。的影响很小）。?分压器应采取适当屏蔽措施，测量结果基本或完全不受周围环境影响分压器应采取适当屏蔽措施，测量结果基本或完全不受周围环境影响。4.2 高压交流分压器分析高压交流分压器分析分压器测量误差主要由对地杂散电容引起(元件力图做为无感的，电感可忽略)，若分压器的阻抗沿全长均匀分布，设各种杂散参数也均匀分布。总电阻分压器测量误差主要由对地杂散电容引起(元件力图做为无感的，电感可忽略)，若分压器的阻抗沿全长均匀分布，设各种杂散参数也均匀分布。总电阻R R；纵向电容总值；纵向电容总值K K；对地电容总值；对地电容总值C C。R=Rl，K=K/l，C=Cl。R-单位长度的电阻；单位长度的电阻；K-单位长度的纵向电容；单位长度的纵向电容；C-单位长度的对地电容单位长度的对地电容54.2 高压交流分压器分析高压交流分压器分析 Ud&Ud&1UdjwkIII&)1(+计算分析：计算分析：=211jwkIdxUdRIdxUd&=dxUdjwkIdxUdRI&211dxjwkRIII)(21+=+=jwCUdxId=&0122=+UKjwRCjwRdxUd&lshxshUU1&=jwKRjwRCl+=114.2.1 电阻分压器分析电阻分压器分析对电阻分压器来说，对电阻分压器来说，Ck，k很小可略去，所以很小可略去，所以RCj1=)(1oAxUU=&RCjshRCjlxshUURCjl)(1&=)(1AlUU)6(,18011222RCtgCRA地端等效阻抗：地端等效阻抗：+=)1801(sinh)(222011CRRRCjRCjRIUZxtUUMsin11=&)sin(1tAUlxUM&当时，当时，4.2.1 电阻分压器分析电阻分压器分析对于电阻分压器，对于电阻分压器，R，C误差误差 对于较高电压分压器来说对于较高电压分压器来说，C C必定大必定大（尺寸大尺寸大），），R R也大也大对于较高电压分压器来说对于较高电压分压器来说，C C必定大必定大（尺寸大尺寸大），），R R也大也大（电流不能太大，否则温升高）,误差越大。故电阻分压器适于测量频率和电压不太高的交流电压（电流不能太大，否则温升高）,误差越大。故电阻分压器适于测量频率和电压不太高的交流电压（CH值，总体看，值，总体看，C的作用效果更大。的作用效果更大。?CH可对分压器的对地杂散电容起一定的补偿作用，减小可对分压器的对地杂散电容起一定的补偿作用，减小C引起的误差。引起的误差。4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现交流高电压为什么大多数采用电容分压器而较少采用电阻分压器？（误差、温升）交流高电压为什么大多数采用电容分压器而较少采用电阻分压器？（误差、温升）电容分压器有两种主要形式：电容分压器有两种主要形式：?分布式电容分压器分布式电容分压器：高压臂有多个电容器元件串联组成。：高压臂有多个电容器元件串联组成。?集中式电容分压器集中式电容分压器：高压臂使用一个气体介质的高压标准电容器。：高压臂使用一个气体介质的高压标准电容器。1、分布式高压电容器分压器、分布式高压电容器分压器 电容值的选择：电容值的选择：C1小，杂散电容小，杂散电容Ch和和C影响较大；影响较大；C1大大，成本和尺寸增大成本和尺寸增大，工频试验变压器负荷增加工频试验变压器负荷增加；一般一般取取4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现成本和尺寸增大成本和尺寸增大，工频试验变压器负荷增加工频试验变压器负荷增加；一般一般C1取取100200pF（只测交流）；电容元件：要求为纯电容，介质损耗和电感量小。电容形式：油纸、聚苯乙烯、陶瓷电容器。分布式电容分压器高压臂电容元件存在介质损耗和电感影响。（只测交流）；电容元件：要求为纯电容，介质损耗和电感量小。电容形式：油纸聚苯乙烯、陶瓷电容器。分布式电容分压器高压臂电容元件存在介质损耗和电感影响。2、集中式高压电容分压器、集中式高压电容分压器高压臂为一个气体介质的高压标准电容器。高压臂为一个气体介质的高压标准电容器。4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现气体介质作绝缘，介质损耗小，且气体介质作绝缘，介质损耗小，且C准确稳定。低压电极被高压电极包围，屏蔽良好，基本不受杂散电容的影响，一般准确稳定。低压电极被高压电极包围，屏蔽良好，基本不受杂散电容的影响，一般C中充满耐电强度高的绝缘气体（如中充满耐电强度高的绝缘气体（如N2、SF6等），以减小尺寸。等），以减小尺寸。3、分压器的低压臂电容、分压器的低压臂电容要求：应由高稳定度、低损耗、低电感量的电容器组成。要求：应由高稳定度、低损耗、低电感量的电容器组成。4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现材质：通常用云母、空气或聚苯乙烯介质的电容器，准确度要求不高时，也可以用油纸电容器或金属化纸及金属化薄膜电容器。材质：通常用云母、空气或聚苯乙烯介质的电容器，准确度要求不高时，也可以用油纸电容器或金属化纸及金属化薄膜电容器。4、测量仪器入口电阻的影响4、测量仪器入口电阻的影响R2：测量仪器入口电阻测量仪器入口电阻；释放释放C2电荷电荷，4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现R2：测量仪器入口电阻测量仪器入口电阻；释放释放C2电荷电荷，防止在防止在C2加压前或加压后存在的残余电压。测量幅值减小比值：相位移动（领先）：加压前或加压后存在的残余电压。测量幅值减小比值：相位移动（领先）：()%50222CR()2211tanCR75、分压器测量的干扰及屏蔽、分压器测量的干扰及屏蔽高压臂电容处于试验区高压臂电容处于试验区；测测4.2.4 电容分压器的实现电容分压器的实现高压臂电容处于试验区高压臂电容处于试验区；测测量用低压电压表处于控制室中量用低压电压表处于控制室中。低压臂电容及连接高压臂和电压表之间的导线都应屏蔽。低压臂电容及连接高压臂和电压表之间的导线都应屏蔽。屏蔽线消除杂散电场影响的原理屏蔽线消除杂散电场影响的原理5 峰值电压表峰值电压表5.1 利用电容电流整流测量电压的峰值利用电容电流整流测量电压的峰值fCUTCUduTCdtdtduCTdtiTImtmUUTcdmm2/2111020=+一周内经检流计一周内经检流计G的平均电流的平均电流Id为：为：CfIUdm2=峰值电压峰值电压：5.2 利用电容器上的整流充电电压测量峰值利用电容器上的整流充电电压测量峰值RCtmCeUU=2121minRCTmmmdeUUUUU+=+RCTRCTRCTeRCT+=1)(2112LL5.2 利用电容器上的整流充电电压测量峰值利用电容器上的整流充电电压测量峰值RCTUUdm21=该电路可测交流、直流最大峰值。若有几个峰，则给出的为最大峰值。当该电路可测交流、直流最大峰值。若有几个峰，则给出的为最大峰值。当RC20T时，把时，把Ud看做看做Um，误差，误差2.5%。RIUdd=6 直流高电压的测量直流高电压的测量电阻分压器：电阻分压器：主要测直流主要测直流Ud和小于和小于100kV交流电压交流电压主要测直流主要测直流Ud和小于和小于100kV交流电压交流电压电容分压器：电容分压器：主要测交流（不能测直流主要测交流（不能测直流Ud，只能测直流，只能测直流U）直流高电压的测量受不受杂散电容的影响？直流高电压的测量受不受杂散电容的影响？高电阻串联电流表测量高电压的接线图高电阻串联电流表测量高电压的接线图6 直流高电压的测量6 直流高电压的测量P：放电管或稳压管防止毫安表超量程；：放电管或稳压管防止毫安表超量程；G：间隙，防止过电压，作：间隙，防止过电压，作P的后备保护的后备保护R3：防止引线和毫安表开路将过电压引到控制台：防止引线和毫安表开路将过电压引到控制台86.1 高压电阻设计高压电阻设计无论选用无论选用电阻分压器电阻分压器还是还是高电阻串联电流表高电阻串联电流表进行测量，进行测量，关键在于设计一个能在关键在于设计一个能在高电压下稳定工作的高欧姆电阻器高电压下稳定工作的高欧姆电阻器关键在于设计一个能在关键在于设计一个能在高电压下稳定工作的高欧姆电阻器高电压下稳定工作的高欧姆电阻器（即高压电阻）。高压电阻设计是测量直流和小于100kV交流电压的关键所在。（即高压电阻）。高压电阻设计是测量直流和小于100kV交流电压的关键所在。6.1.1实际阻值不稳的原因及改进措施实际阻值不稳的原因及改进措施A、电阻本身发热或环境、电阻本身发热或环境T变化造成阻值变化变化造成阻值变化主要取决于电阻的温度系数。主要取决于电阻的温度系数。碳膜电阻碳膜电阻：100ppm/；碳膜电阻碳膜电阻：-100ppm/；精密金属膜：（精密金属膜：（10100）ppm/；精密线绕电阻：；精密线绕电阻：10 ppm/，一般，一般15 PPm/；措施：措施：?选用温度系数小的元件；选用温度系数小的元件；?选元件容量大于分压器所需额定功率；选元件容量大于分压器所需额定功率；?正、负温度系数元件搭配，使整体误差最小；正、负温度系数元件搭配，使整体误差最小；?分压器内充变压器油或其它强迫散热措施。分压器内充变压器油或其它强迫散热措施。B、电晕放电造成测量误差：、电晕放电造成测量误差：电晕电流使本体电流向下逐渐减小，（类似于对地电容电晕电流使本体电流向下逐渐减小，（类似于对地电容C对交流分压器的影响对交流分压器的影响）带来误差带来误差。6.1.1实际阻值不稳的原因及改进措施实际阻值不稳的原因及改进措施对交流分压器的影响对交流分压器的影响）带来误差带来误差。措施：措施：?选电流选电流I适当大些（减小电晕电流的影响）；适当大些（减小电晕电流的影响）；?电阻的高压端装金属屏蔽罩，使电场均匀；电阻的高压端装金属屏蔽罩，使电场均匀；?分压器内充高气压气体或高绝缘（分压器内充高气压气体或高绝缘（SF6）气体或变压器油）气体或变压器油；?等电位屏蔽（将电阻元件用金属外壳屏蔽起来，屏蔽点位可由电阻分压器本身供给，亦可由辅助分压器供给）。等电位屏蔽（将电阻元件用金属外壳屏蔽起来，屏蔽点位可由电阻分压器本身供给，亦可由辅助分压器供给）。C、绝缘支架的漏电造成测量误差：C、绝缘支架的漏电造成测量误差：支撑电阻体的绝缘支架漏电电流是从本体电流中分出支撑电阻体的绝缘支架漏电电流是从本体电流中分出6.1.1实际阻值不稳的原因及改进措施实际阻值不稳的原因及改进措施来的，也会带来误差（相当于并联了一个大电阻）。来的，也会带来误差（相当于并联了一个大电阻）。措施：措施：?选用绝缘电阻大的材料；选用绝缘电阻大的材料；?本体电流本体电流I I取大些；取大些；?充油或等电位屏蔽。充油或等电位屏蔽。6.1.2 阻值的选择阻值的选择?R太小，电流过大，电阻发热，阻值不稳增加误差；太小，电流过大，电阻发热，阻值不稳增加误差；?R太大太大，电流过小电流过小，电晕放电和绝缘支架漏电会造成测电晕放电和绝缘支架漏电会造成测R太大太大，电流过小电流过小，电晕放电和绝缘支架漏电会造成测电晕放电和绝缘支架漏电会造成测量误差。故一般电流取：量误差。故一般电流取：0.51mA，即，即(12M/kV)。当电压高时可取较大电流值（因为存在电晕和泄漏电流）。当电压高时可取较大电流值（因为存在电晕和泄漏电流）。6.2 桥式电阻分压器桥式电阻分压器)/(/XBABA+=)/()/()(XBADBCA+=+)/()(/DBCABA+=BCAD=DDCBBAUUK/)(/)(/21+=+=A，AA，A-分压器的高压臂；B，B-分压器的高压臂；B，B-低压臂电阻；C-已知的精密电阻X，D-低压臂电阻；C-已知的精密电阻X，D-可调电阻箱；G-指零用高灵敏检流计-可调电阻箱；G-指零用高灵敏检流计9本章要点本章要点?测量系统的分类；测量系统的分类；?测量稳态高电压的方法；测量稳态高电压的方法；?球隙测量法及其特点（结构、电阻作用等）；球隙测量法及其特点（结构、电阻作用等）；?静电电压表测量及其特点（原理及分类）；静电电压表测量及其特点（原理及分类）；?高压分压器的原理及误差分析（电阻、电容分压器特点、分类、使用范围）；高压分压器的原理及误差分析（电阻、电容分压器特点、分类、使用范围）；?峰值电压表分类及其各自特点，误差分析。峰值电压表分类及其各自特点，误差分析。