第12讲 高电压和大电流的测量.ppt

1、高电压技术,第6章 高电压和大电流的测量,对高压测量的要求和必要条件 被测电压高，需专门的高压到低压转换装置 需考虑信号传输过程的畸变 信号变化快，要求测量系统的动态特性好 要充分考虑寄生参数的影响 高电压和冲击电流测量不确定度应3；使用的低压仪器准确度应 0.5（0.5级） 测量系统内部可能存在放电，电磁干扰复杂，达到规定要求并不容易,6.2 交流高压的测量,在电力系统中，通常用（电压互感器PT低压测量仪表）监视运行电压。 但在高压实验室中，试验用高压很高，电网用的PT不再适。重新定制PT的造价高，且PT体积、重量也大，所以一般不用电压互感器。 试验室常用测量高压的方法： 球隙法 静电电压表

2、 电压互感器(PT) 分压器（电容式、电阻式） 电流计算法（高压电容器配合整流回路）,直接测量法,转换测量法,6.2.1 球隙法,理论依据：均匀电场中，气体击穿电压与间隙距离有稳定的对应关系。球隙特点：电场较为均匀。 测量方法：利用试验变压器低压侧的读数换算。取10次的平均值，并保证标准偏差10%平均值。最后再进行大气环境的修正。 * 球隙放电电压是被测电压的峰值,球隙法的布置注意事项（结构见课本）,图中A、B值的要求,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,使用球隙法应注意：,周围物体（主要指带电和接地物体）的影响 照射。国标规定：当被测电压50kV时或者D12.5cm时，均

3、须照射。 保护电阻。使用串联电阻避免放电时火花灼伤球表面，保护电阻一般取100k1M 球表面要光滑，表面曲率半径足够大。其表面要洁净，无灰尘。 球隙放电电压是被测电压的峰值。,球隙,6.2.2 静电电压表,原理：带异性电荷的两导体间的静电力与导体间电位差的平方成正比。 测量方法：与球隙相比，可连续监测被测电压,由于极间电容很小，一般为550pF，电极间靠大气绝缘，因此吸收功率很小不影响被测电压。 可用于直流、工频，随频率升高，吸收功率增大。用于高频时，需考虑吸收功率。 静电力与电位平方成正比，刻度非线性。,6.2.3 电压互感器PT,需要用仪表读取低压侧的数据，可用低压电压表、示波器、数字记录

4、仪等 分成电磁式和电容式。 电磁式PT：电磁耦合原理 电容式PT：又叫CVT（用于超高压回路），测量回路如下,（C1C2）和L满足谐振条件后：,电容式PT工作原理推导,等效电路图如下,KCL,KVL,VCR,分析,分析条件,6.2.4 电容式和电阻式分压器,两种分压器都需考虑消除靠近高压端的电晕,R的阻抗C2的容抗 电压表V输入阻抗高,寄生电容的影响显著 电阻上的发热，引起阻值变化，测量电压范围受到限制,6.2.5 高压电容器配合整流回路,半桥整流：,全桥整流：,要求：电容C1、电流Ipin和频率f测量准确，频率不发生变化,测量通过电容器的电流就能够推算出被测交流高压的峰值,全桥整流时，流过电

5、流表的电流增大1倍,6.3 直流高压的测量,注意：带有脉动的直流高压中，脉动分量的幅值U=(Umax-Umin)/2，脉动系数 测量仪器： 高阻分压器 旋转电位计 静电电压表 标准“棒棒”间隙,6.3.1 高阻分压器,由于测量直流高压时不需要考虑寄生电容的影响，所以高压电阻可以不采取屏蔽,6.3.2 静电电压表,表示的是瞬时值的平方的平均值，因此在直流纹波较大时，读数不是平均值。,6.3.3 旋转电位计,n-电极转速，转/分钟 也可把电流表换成取样电阻， 读取电阻上的电压值。 实际上，旋转电位计上可直接 读出电压值。,可变电容和电流表串联来测直流高压,6.3.4 标准“棒棒”间隙,棒棒类似于球

6、间隙 球间隙的问题：测量直流高压时，球隙放电的分散性较大，其不确定度超过了3，达到5。 所以用棒棒间隙取代球间隙测量直流高压。,6.3.5 直流高压纹波的测量,纹波分量的计算,如果,则,隔直通交？分压,6.4 冲击高压的测量,冲击电压的特点：持续时间短，波形变化快，幅值高 要求测量系统有很好的瞬变响应特性 国标规定，冲击电压测量系统的不确定度为： 幅值3%；波形时间10%。 对于雷电冲击截波，如果截断时间在0.52 s，那么允许幅值测量的不确定度为5%； 6.4.1 球隙法 测量冲击电压的峰值； 测量冲击电压时，与球隙串联的电阻500 ，寄生电感30 H 【确保瞬态响应特性好】,6.4.2 冲

7、击分压器系统,冲击分压器系统由分压器和测试回路组成,测量回路一般需要同时测量峰值与波形,一 分压器,雷电冲击：电阻式、屏蔽电阻式、电容式、阻容式（并联阻容式）、阻尼电容式（串联阻容式） 操作冲击：主要采用电容式,理想情况下变比为:（R1R2）/R2 和稳态的电阻分压器相比，采用无感电阻。 用于测量雷电冲击，一般为10-20k ，测量电压为1MV左右。 为减少对地杂散电容的影响，避免高压端放电，一般用屏蔽式的电阻分压器。 经过仔细屏蔽的电阻分压器，可测量到2.5MV，阻值可到40 k。,电阻式分压器,屏蔽式电阻式分压器,电容分压器,理想分压比为(C1+C2)/C1 分为两种： 串联电容式、集中电

8、容式 测量电压可达数MV。 因为连接线的电感与电容器中的寄生电感与电容器之间发生振荡，因此适用于持续时间比较长的操作冲击波,阻容分压器,阻容分压器 （并联阻容分压器）,阻尼电容分压器 （串联阻容分压器）,并联阻容分压器容易引起高频振荡，因此发展了串联式阻容分压器，R1约为几个 ，可阻尼杂散振荡。首端引入匹配电阻Rd，与导线波阻抗相等，约300400 。如果串联阻容分压器的R1采用1000M，即构成“通用分压器”。,评价分压器的性能,从两方面： 高低压的比例系数 瞬变响应特性反映波形是否畸变,定义响应特性：分压器回路的输入端施加某一波形A(t)，在分压器的输出端出现响应U(t)（归一化）。通常A

9、(t)采用直角波。 1、用响应时间（阴影部分面积T）来衡量分压器响应的好坏。T越小，响应性能越好,2、也可采用与标准分压器的响应曲线相对比的方法。,二 低压测试回路,防止波在电缆上来回反射，加装匹配电阻R3和R4，若电缆的波阻抗为Z：,屏蔽防干扰：测量仪器的电源要通过滤波器和带静电屏蔽的隔离变压器，传输电缆要采用双层屏蔽电缆，外屏蔽层与屏蔽室相连，而内屏蔽层与测量仪器的接地端连接,分压比,6.4.3 冲击峰值电压表,因为冲击电压持续时间短，CS的电容量不能过大，否则电容充电时间过长，电容上的电压还没有达到峰值，冲击电压波就已经为0 电容器CS的泄漏要足够小，且CS的容量不能太小，否则电容上维持

10、电压峰值的时间不足以使放大器回路完成转换，也会造成测量误差,在数字式示波器可测量冲击电压峰值，也可用专门的冲击电压峰值的仪表，峰值表读数可保持一段时间，在仅需要知道峰值很方便。,6.5 冲击电流的产生和测量,电力设备的冲击电流试验：几kA几十kA 6.5.1 冲击电流波形,非振荡冲击电流波,振荡冲击电流波,tf视在波头时间，tt视在半峰值时间， IM电流峰值，IM反极性电流峰值,冲击电流波的波形参数,电力系统对避雷器进行冲击电流实验时，用以下参数的波形： 雷电冲击电流波形：8/20 s； 波形为4/10 s的冲击电流波； 波形为18/20 s的冲击电流波； 视在波头时间为30100 s的冲击电

11、流波，其视在半峰时间为视在波头时间的2倍以上； 视在波头时间为1 s的陡波冲击电流波； 方波冲击电流：标准波长持续时间2000 s；,6.5.1 冲击电流波形方波,T0.9波长持续时间，T0.1波的总持续时间，IM电流峰值 IM反极性电流峰值，I峰值附近叠加的高频叠加峰值,方波冲击电流波形,6.5.2 冲击电流波的产生,冲击电流发生器的工作原理,回路方程为：,发送脉冲启动三电极球隙使G击穿，短时间内把电容C储存的能量释放出来，在试品上产生很大的冲击电流,冲击电流波形的类型,方程的解分三种情况：阻尼电阻R 1） 欠阻尼 2） 临界阻尼 3） 过阻尼,增加电流的方法：1 增加电容量 2 减小回路电

12、感，减小回路电阻,回路方程为：,6.5.3 冲击电流的测量,特点：持续时间短、变化快。 用响应时间T来表示其特性。 目前常用两类测量系统： 分流器测量系统； 电流互感器（CT）测量系统,一 分流器测量系统,RsR1Z，RsRK远小于R1R2，R1R2,被测冲击电流,测量系统的响应时间主要取决于分流器，分流器的响应时间为,电阻R2上的电流为,电阻R2上的电压为,因此分流比为,d-圆筒形电极的厚度 -电阻率,分流器,分流器是将被测电流转换为适当幅值电压 它具有很大的电流容量， 能够耐受大电流产生的电动力， 分流器的电阻应该很小，其电阻温度系数也要非常小。 分流器的电感值要远小于电阻值 .,绞线式,折带式,同轴园管式,电阻管式,电流互感器,对于特大幅值冲击电流，分流器制造困难。需采用电流互感器,一般用空心互感器，而不用铁心。因为冲击电流中包含丰富的高频成分，铁心在高频下产生的损耗带来测量误差；同时，因为di/dt足够大，即使不用铁心，也能感应出足够高的电压,线圈输出端的感应电势为：,互感系数M可以实测，但一般需要事先计算。,(1) 自积分法（电压）,如果,很小，且,则,外积分法（电流）,如果R很大，且有,则,即,且,上下限频率,外积分法等效电路图,冲击电流测量系统的校正方法,（1）方波电流试验法 给测量系统注入方波电流，测量输出端的方波响应。 （2）电