高电压的测量
一、高电压测量标准与方法概述二、球隙放电法测量高电压
三、高压静电电压表四、峰值表
五、分压器六、光纤传输技术测量高电压
七、测量高电压的示波器八、高电压测量的抗干扰
一、高电压测量标准与方法概述
稳态高电压：主要是指工频交流高压和直流高压。但所述及的测量方法或装置，有的也可用于频率在一定范围以内的高频高压或脉动成分很大的直流高压的测量。
冲击电压：无论是雷电冲击电压或操作冲击电压，均为快速变化或较快速变化的一种电压。测量冲击电压的整个测量系统包括其中的电压转换装置和指示、记录及测量仪器必须具有良好的瞬态响应特性，一些适宜于测量稳态或慢过程（如直流或交流电压）的测量系统不一定适宜于或根本不可能测量冲击电压。冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个方面。
高电压测量系统
测量系统的定义：有关高电压试验技术的国家标准GB/T 16927.2－1997中，把用来进行高电压或冲击电流测量的整套装置称为测量系统。
测量系统组件：转换装置、转换装置接到试品或电流回路的引线、接地连线、转换装置的输出端接到指示或记录仪器的连接系统，其中包括了所附有的衰减、终端和匹配阻抗或网络、指示或记录仪器及其接到电源的连线。
测量系统的分类：IEC 60－2（1994年版）和国家标准GB/T 16927.2－1997都把测量系统分为两类：
一类叫认可的测量系统（approved measuring system）
一类为标准测量系统（reference 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，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。
测量的不确定度（误差）
标准测量系统：在测量交流电压峰值或有效值，或直流电压的算术平均值时，测量总不确定度均应不超过±1%的范围。
认可交流测量系统：要求测量系统在额定频率下测量试验电压峰值或有效值的总不确定度应在±3%范围内。
认可直流测量系统：一般要求测量系统测量试验电压算术平均值的测量总不确定度应不超过±3%。测量直流电压的纹波幅值时，要求其总不确定度不超过±10%的纹波幅值或±1%的直流电压平均值。
冲击电压测量系统：
测量冲击全波峰值的总不确定度为±3%范围内测量冲击截波的总不确定度取决于截断时间Tc。当0.5μs≤Tc<2μs时，总不确定度为±5%范围内；当Tc ≥2μs时，总不确定度为±3%范围内。测量冲击波形时间参数（如波前时间、半峰值时间、截断时间等）的总不确定度为±3%范围内。
实验室与电力系统的高电压测量
电力系统：电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互
感器和电压表来实现的。用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。
电力系统没有专门的冲击电压测量系统。
实验室：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。
实验室的高电压测量
交流高电压测量：
(1) 利用气体放电测量交流高电压――如测量球隙
(2) 利用静电力测量交流高电压――如静电电压表（(1)、(2)是直接测量法）
(3) 利用整流电容电流测量交流高电压――如峰值电压表
(4) 利用整流充电电压测量交流高电压――如峰值电压表
直流高电压的测量：
用高欧姆电阻串联直流毫安表可以测量直流电压的平均值，是一种比较方便而又常用的测量系统。
冲击高电压的测量：
(1) 球隙法：是直接测量高电压峰值的一种方法。50%
(2) 分压器――峰值电压表：只测峰值，不测波形。事先应验证波形合乎标准，或同时用示波器观测波形。%
(3) 分压器――示波器（或数字记录仪）：可同时测出峰值及波形。在采用数字式示波器或数字记录仪时，可立即获得峰值和时间参数值，并可打印(4) 光电测量法：采用光纤技术的测量法。有的仍需与分压器配合，有的则不须要分压器，测量系统中具有专门的传感器或电容探头。
扩大量程的方法：各种测量仪表的量程是有限度的，常常通过分压器来扩大仪表的量程。即使被测电压的大部分降落在分压器的高压臂上，测量仪表测得的仅是低压臂上的电压降，再乘上分压比，即可得被测电压。
光电测量技术：光纤技术在电工领域中的应用日益广泛。光导纤维本身是绝缘材料，因此光纤技术应用在高电压测量时，可无杂散和电磁干扰的影响，具有很大的优越性。在稳态电压测量时，无频率特性的要求，只要注意选用温度特性良好的光电元件，比较容易满足测量准确度的要求。光电测量高电压需要用其它测量方法加以校正。
二、球隙放电法测量高电压
1. 球间隙放电
2. 交直流高电压的测量
3. 冲击电压的测量
4. 球隙法测量高电压的优缺点
1. 球间隙放电
球隙的结构符合尺寸的球间隙有两种方
式，图中所示是垂直球间隙，另有
水平球间隙（见IEC52出版物）。
测量原理
空气在一定电场强度下，才能发生碰撞游
离。均匀电场下空气间隙的放电电压与间
隙距离具有一定的关系。可以利用间隙放
电来测量电压，但绝对的均匀电场是不易做到的，只能做到接近于均匀电场。测量球隙是由一对相同直径的金属球所构成。加压时，球隙间形成稍不均匀电场。当其余条件相同时，球间隙在大气中的击穿电压决定于球间隙的距离。球间隙击穿电压的确定
由于邻近效应的影响，球间的电场强度和击穿电压很难计算，球隙的放电电
压主要是靠试验来决定的1938年I.E.C综合各国试验室的试验数据制订出测量球隙放电电压的标准表到1960年I.E.C对1938年颁布的标准表又作了修正。
球径与球间隙距离的确定
对一定球径，间隙中的电场随距离的增长而越来越不均匀。被测电压越高，间隙距离越大，要求球径也越大，才能保持稍不均匀电场当S与D之比大于0.5 时，其放电数值准确性较差。要达到球隙所能达到的测量准确度，其结构和使用条件必须符合IEC或国家标准规定
球隙距离：不大于0.4D
标准球径D为：2；5；6.25；10；12.5；15；25；50；75； 100；150和200厘米。可测的电压峰值：从几千伏到近2000千伏
2. 交直流高电压的测量
串接保护电阻在用球间隙测量交流和直流电
压时，经常需在球间隙上串联一个保护电阻
R2。以测交流电压为例接线如图所示
保护电阻的作用
R1是保护变压器用的防振电阻
而R2是与球隙串连的保护电阻。
R2的作用有两方面，一方面可用它来限制球隙放电时所流过球极的短路电流，以免球极烧伤而产生麻点；另一方面当试验回路出现刷状放电时，可减少或避免由此产生的瞬态过电压所造成的球间隙的异常放电，也就是用此电阻来阻尼局部放电时连接线电感与球隙电容和试品电容等所产生的高频振
荡R2应放在图示的位置，使流过试品的电容电流或泄漏电流(视交流或直流电压而定)不在R2上产生压降。
保护电阻阻值的选择
(1)为了限流和阻尼，要求R2大一些；但为了避免R2上压降引起测量误差，
要求R2小一些
(2)对于测量直流和工频交流电压时，I.E.C推荐此电阻值为100千欧。
(3)对于更高频率的交流电压，由于间隙的电容效应而引起的充电电流可使
该电阻上的压降影响变为较大，因此应适当减小此阻值。
(4)球直径越大，允许的每伏电压之电阻值越小，这有两个原因：第一，球
径大它的面积也大，热容量大而且散热好；第二，球径大，球间电容大，电容电流也大。
正确测量交直流高电压的其它措施
预放电：如果空气中有灰尘或纤维物质，则会产生不正常的破坏性放电。因此在取得前后一致的数据以前，必须进行多次预放电。在放电电压值相对稳定后，才正式算数。最后测量应取三次连续数的平均值，其偏差不超过3%。射线照射：IEC认为在测量峰值50kV以下的电压以及用直径为12.5cm或更小
的球测量任何电压时，都需要用r射线或紫外线照射。
3. 冲击电压的测量
测量冲击与稳态高电压的区别与联系
影响因素：球隙测量电压的可靠性，决定于测量结果的分散性。有两个因素影响放电的分散性：一是球面的尘污，二是球隙间空气游离不充分。前者使放电电压降低，后者使放电电压升高。
尘污影响：前者对交、直流和冲击影响一样，后者在冲击下才显得突出自由电子影响：放电必须由有效自由电子来触发，交、直流电压变化慢，持续时间长，不难在间隙中出现有效自由电子。冲击电压变化快，一霎即逝，要在这样短暂瞬间正好出现有效自由电子比较困难。当测量电压较高，所用球径较大，间隙所占空间较大，出现有效自由电子比较容易，当测量电压较低，所用球径较小，间隙所占空间较小，出现有效自由电子比较困难。
激发自由电子的方法：所以国际标准规定，凡所用球径小于12.5厘米或测量电压低于50千伏，都必须用照射，即用人工方法使间隙中空气游离。
例：一种方法是用石英水银灯所产生的紫外线照射球的闪络点，要求石英水银灯的功率不小于35瓦，电流不小于1安，灯离球有一定距离，希不因此接地物的存在而影响放电电压。这项有关照射的规定，对测量冲击和稳态高压都是适用的，且对于前者作用更为明显。
预放电：冲击和稳态都需要预放电。
保护电阻：测量交直流电压时球隙必须串有很大阻值的保护电阻来保护球面和防止振荡冲击放电时间很短，不需要保护球面，而且放电前经过球隙的电容电流较大，如串联电阻过大，会影响测量结果。但也不能不要串接电阻，因为仍有防止过电压的问题，一般规定串联电阻以不超过500欧姆为宜冲击比：一般间隙的冲击放电电压高于交流和直流的放电电压，冲击比大于1。因为球隙是个稍不均匀电场，它的伏—秒特性大体上是条水平线，冲击比等于1。所以球隙的冲击放电电压和交直流放电电压可以并列一张表中，但表中所列是50%放电电压值，也即是冲击放电电压的平均值。
50%放电电压的测量
50%放电电压的概念：所谓球隙的50%放电电压值，是指在此电压作用下，相应的球间隙距离的放电概率为50%。
测量方法：一种简单的作法，如使某一冲击电压作用到某一球隙距离上，十次中如有五次放电五次不放电，则此冲击电压即为该球隙距离的50%放电电压。但要在十次中正好有五次放、五次不放，实践中有困难，所以有规定认为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%放电电压。
概率本身代表多次事件中出现的频率，次数少了不一定准确。很有可能，即使电压、距离都不变，这十次中的放电概率与后十次中的很不相同，但如次数多了，还是可能得出一准确值的不仅球隙测量用50%放电电压，所有自恢复绝缘，只要它的放电分散情况符合正态分布规律的，都采用50%放电电
压。
确定50%放电电压的方法分多级法和升降法等
多级法：用多级法求某一间隙的50%放电电压
时，可向此间隙逐级施加电压U，每级电压施加10
次，求得在该电压下的放电近似概率P%，然后在正
态概率纸上标出相应于U的P点。如此做4－5点，即
可得出一条拟合直线，由此直线可求得相应于P=50%
的U值，即为50%放电电压U50％* 。一般认为在
P=20～80%范围内P与U近似直线关系，在P=50～80%
做一点及P=20～50%做一点，联成直线即可求得
U50％。又从正态概率纸上求得P为15.85%以及
84.15%点所对应的U值，它和U50％之差，即标准偏
差σ
升降法：
4. 球隙法测量高电压的优缺点
优点：
(1) 可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，几乎是直接测量超高电压的唯一设备。
(2) 结构简单，容易自制或购买，不易损坏。
(3) 有一定的准确度，一般认为测量交流及冲击电压时可达±3%以内。
缺点：
(1) 测量时必须放电，放电时将破坏稳定状态可能引起过电压。
(2) 气体放电有统计性，数据分散，必须取多次放电数据的平均值，为防止游离气体的影响，每次放电间隔不得小于一分钟，且在击穿电压后25%电压的升压过程中的升压速度每秒钟不得超过击穿电压的2%，测量较费时间。
(3) 实际使用中，测量稳态电压要做校订曲线，测量冲击电压要用50%放电电压法，手续都较麻烦。
(4) 要校订大气条件。
(5) 被测电压越高，球径越大，目前已有用到直径为3米的铜球，不仅本身越来越笨重，而且影响建筑尺寸。从发展的角度来看，测量球隙的前途将成问题。
(6) 一般来说测量球隙不宜使用于室外，实践证明，由于强气流以及灰尘、砂土、纤维和高湿度的影响，球隙在室外使用时常会产生异常放电。
小结：
尽管测量球隙具有上述缺点，IEC及国家标准都规定它是一种能以规定的准确度来测量高电压的标准测量装置。标准还规定了可采用棒－棒间隙来测量直流高压，并可用它作为标准测量装置来校核未认可的测量装置。在满足一定条件的情况下，它的测量的不确定度估计小于±3%。
三、高压静电电压表
概念与原理：加电压于两个相对的电极，由于
两电极上分别充上异性电荷，电极就会受到静电机
械力的作用。测量此静电力的大小，或是测量由静
电力所产生的某一极板的偏移(或偏转)来反映所加
电压大小的表计称为静电电压表。
发明人：早在1884年凯尔文（Kelvin）就设计了以
这种测量原理为基础的静电电压表。
适用范围：测量稳态电压。静电电压表已广泛应用于测量低电压，并且也用它直接测量稳态高电压。由于它的内阻极大，可以把它并在分压器的低压臂上，通过它的电压读数乘以分压比来测量高电压。
类型：静电电压表有两种类型，一种是绝对仪静电电压表；另一种是工程上常用的静电电压表，是非绝对仪绝对仪静电电压表：所谓绝对仪静电电压表是测量作用力F并根据极板尺寸，通过计算可得作用在极板上的电压的表计。不必用其它仪表的校订来刻出电压刻度。相反，由于它的测量准确度高，所以可用它来校订其它表计非绝对仪静电电压表：工程上所应用的静电电压表是非绝对仪，需要用别的测量仪表来校正它的电压刻度。它在工作时，一个可动电极产生了位移或偏转，利用所设置的张丝所产生的扭矩或弹簧的弹力等产生了反力矩，当反力矩与静电场力矩相平衡时，可动电极位移到一稳定值。用可动电极相连接的指针或反射镜的光线指示，便可读出被测的电压值。特点：静电电压表的优点是它基本上不从电路里吸取功率，或是准确地讲只吸取极少量的无功率，用以建立极板中的电场和极板对地的杂散电场。由于仪表极板的电容一般仅几个到几十个微微法，所以所吸收的功率极小，可以认为静电电压表的内阻抗极大，这是它的最大优点。稍低一点的额定电压表计，可接到分压器上来扩大其电压量程。对于波形是纯正的正弦波的高电压来说，用静电电压测量出有效值也就反映出它的峰值。
缺点：介质击穿取决于峰值，当正弦波含有谐波时，用静电电压测量时就失去了它的优势，因为国家标准认为，在此条件下应先测出峰值Um，然后用Um*21/2算作为电压的有效值。
使用注意事项
普通高压静电电压表在使用时，应注意高压源及引线对表的电场影响，引线应水平地从接地极板后侧引入。因为仪表虽已有电场屏蔽装置，但外界电场的影响仍然不同程度地存在着。静电电压表的安放位置或方向及高压引线的路径若处置不当，往往会造成显著的测量误差。
此外，高压静电电压表不像低压表那样四周已被封闭起来，所以不宜使用于有风的环境中，否则活动电极会被风吹动，造成光标指示摇晃而形成测量误差。
四、峰值表
定义决定绝缘击穿的是交流高电压的峰值，所以测量峰值的电压表即峰值电压表，在一定意义上来说比静电电压表更具有重要的意义
种类
峰值电压表的种类，典型的有利用电容电流整流测量峰值、利用整流的充电电压测量峰值和有源数字式峰值电压表三种，还有配合分压器的峰值电压表。
利用电容电流整流测量峰值
利用电容电流测电压峰值的接线利用电容电流测电压峰值原理图
利用电容器C上的整流充电电压测量峰值电容C上的电压波形
通过电容分压器测量交流电压峰值
交流分压器接线图 五、分压器
1. 高压交流分压器及充气标准电容器
2. 高压直流分压器
3. 测量冲击电压的分压器
1. 高压交流分压器及充气标准电容器
分压器的原理
其中Z 1为分压器高压臂的阻抗，Z 2为分压器低压臂的
阻抗，大部分的被测电压降落在Z 1上，Z 2上仅有一小
部分电压，用低量程电压表测量得Z 2上的电压，乘上
一个常数，即可得被测电压。这个常数叫做分压比K
对分压器提出基本要求 要求被测电压与Z 2上的电压仅在幅值上差k 倍，相角应完全相同，或相角差极
小，一般K>>1。分压器是个中间环节，要达到上述目标，对分压器提出基本要求如下：
(1) 分压器接入被测电路，应基本上不影响原始的被测电压峰值和波形。
(2) 由分压器低压臂所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。
(3) 分压比与大气条件(气压、气温、一般条件下的湿度)无关或基本上无关。分压比应较稳定，国家标准规定其测量的不确定度应在|1％|以内。
(4) 分压器所消耗的电能应不大，不会对电源造成大的负载效应。在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能所形起的温升，不应引起分压比的改变。
(5) 分压器中应无电晕及大的绝缘泄漏电流，或者说即使有极微量的电晕和泄漏，它们应对分压比的影响很小。
有源数字峰值表的原理图
()2122121///Z Z Z Z Z U U K ≈+==?
?
电阻分压器电路图 分压器的误差分析
杂散电容：对于电阻分压器来说，图中
示明高压臂电阻R 1由n 个R ′元件串联构
成，每个R ′元件有它的两端间的并联杂
散电容C ′,并有一个对地杂散电容Ce ′。
一般C ′很小可忽略不计，只考虑Ce ′的
影响。分压器总的对地电容为Ce ，它等于
nCe ′。
电阻分压器的适用范围：
若u1=U 1msin ωt ，通过计算得到低压臂上
电压为 u2= AU 1msin(ωt-θ°)/K
式中分压比 A ≈1－[(ωR1Ce)2/180]，而
θ≈tg-1(ωR1Ce/6)
上式中，A 小于1，反映分压器产生幅值误差；θ反映产生了滞后的相角误差。
可以看出频率越高，电阻越大，杂散电容越大，测量误差也越大。较高电压的分压器的尺寸必定较大，对地杂散电容势必随之而增大。而且在测量较高电压时，电阻也必须增大，否则电流太大，即对被测电压源不利，而且会造成分压器本身的温升太高，也会引起误差。
可见电阻分压器只适合于测量频率不过高和幅值不太高的交流电压，一般在工频电压下，只应用于几十千伏的电压等级下。
通过近似计算可得
当u1=U 1msin ωt 时，
u2=U 1msin[1－(Ce/6C 1)]/K
杂散电容Ce 可用西林电桥测得
杂散电容Ce 也可用近似计算法算得。因堆积式电容器是圆柱形的，它构成一垂直于水平面的金属圆柱体。设它的长度为し，直径为d ，下端离地面距为h ，则
高压电容分压器的实现
适用范围：电容分压器可使用于几千伏至3兆伏广泛的交流高电压范围之内。在有些高压实验室里，已发展工频和冲击电压兼用的电容分压器。
例：清华大学研制了一种高压臂电容量C1为300pF 的ZRF 型冲击工频两用油纸介质阻尼式电容分压器。工额的额定电压为1200kV （有效值）；冲击（1.5/40微秒）的额定电压为2400kV （峰值）。它由八个阻容元件组装而成电容分压器有两种主要形式：一种称为分布式电容分压器，它的高压臂由多个电容器???
? ??++= 3442/2h h d n C e ε
π
工频电容分压系统接线图 元件串联组装而成。前面所进行的误差分析，就是针对这类分压器的。 另一种称为集中式电容分压器，它的高压臂使用一个气体介质的高压标准电容器，将在后面进行介绍：
分布式分压器的高压臂各个电容元件的选择：
应尽可能为纯电容，要求它的介质损耗和电感量小，实际所用的元件为
(1) 油纸电容器或油浸渍塑料（如聚丙烯）薄膜电容器
(2) 聚苯乙烯电容器
(3) 陶瓷电容器
为了减小杂散电容的影响，C 1值不应太小。但分压器的C 1值的增大，不仅增加了投资费及分压器的尺寸，而且增加了工频试验变压器的负荷，所以C 1应选择一合适的数值。
在不考虑冲击电压测量时的专用交流电容分压器，一般C 1取100－200pF 的数量
分压器的低压臂电容C 2应低压臂电容的选择及系统接线：C 2由高稳定度、低损耗、低电感量的电容器作成。C 2通常应用云母、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。
系统屏蔽：通常分压器的高压臂C 1处于
试区内，测量用低压电压表处于控制室
中。为防止空间杂散电场所造成的电容
Cs 的影响，低压臂电容及连接高压臂和
电压表之间的导线都应屏蔽起来。实际
上后者是采用屏蔽电缆，如图所示。所
有屏蔽应良好接地。低压臂电容可以全
部或部分放置在屏蔽电缆的任何一端。
高压标准电容器及集中式分压器
概述：组成分布式分压器的电容元件多少存在介质损耗和电感影响。严格的来讲，其电容量随环境温度及作用电压的高低都会有些变化。从长远的运行观点来讲，电容量的稳定度很难保证IEC 及国家标准所规定的1％测量不确定度。需不时进行校正试验。才可符合规定的标准。此外，分布式分压器难以实现良好的屏蔽，因此采用了一种集中式分压器，它的高压臂电容由压缩气体介质的电容器做成标准电容器的概念：由于气体介质基本上无损耗，接近于理想介质，由它构成的电容器的电容量不受作用电压的影响，准确而稳定。这种电容器有良好的屏蔽，有无晕的电极，电容值不受周围环境的影响。所以这种应用气体作介质的电容器，被称作为标准电容器。
高压标准电容器的功用有：
(1) 作为电容分压器的高压臂，用来测量交流电压的峰值、有效值或测量其波形。近来也已发展用它来测量冲击电压。
（a ）直流电阻分压器 （b ）高欧姆电阻串联毫安表 (2) 用它作为高压西林电桥上的标准电容，高压西林电桥是用来测量电容器、电缆、套管… … 的介质损失角正切值和电容量的。
(3) 作为耦合电容器与无线电干扰测量仪器相配合，用于检测变压器、套管等的局部放电以及高频干扰电压。
(4) 作为微分积分测压系统的元件，可用来测量雷电冲击电压。
2. 高压直流分压器
直流分压器的概念：
能用来测量直流高压的分压器是由电阻元件
组成的分压器真正符合分压器概念的是图（a ）
所示的接线图。在此图中，跨接在低压臂电阻
R2 上的电压表，必须是高内阻的表计，如静
电电压表或数字电压表。另一种测直流高电压
的接线是图（b ）状的，高压电阻器R1已知，
则测得流过它的电流值，便可获得所加的电压
值。由于所加的电压很高，所以无论上述哪种
接线，R1的阻值都是很高的，一般R1由数个或
数十个电阻元件串联组成。
R 1阻值的选择 R 1阻值的选择不能太小，否则要求直流高压源
供给较大的电流I 1，且R 1本身的热损耗也会太大，以致R 1阻值不稳定而增加测量误差。另一方面也不能选得太大，否则由于I 1过小而使电晕放电和绝缘支架的漏电都会造成测量误差国际电工委员会规定I 1不低于0.5mA 。一般I 1选择在0.5～2mA 之间，额定工作电压高的分压器I 1可选大些(因为电晕和泄漏也更严重些)，电压低的分压器则I 1可选小些，实际上I 1常选定为1mA 。 造成电阻分压器测量误差的主要原因
主要原因：造成电阻分压器测量误差的主要原因是电阻值不稳定 虽然就整个测量系统的误差来讲除了R 1、R 2引起的误差之外还应包括串接的毫安表或并接的电压表的误差，但电表的误差比较容易控制。造成R 1、R 2实际阻值变化的原因可归结为三个：
电阻本身发热或环境温度变化；
电阻元件上或附近的电晕放电；
绝缘支架的泄漏。
采取的一些措施：对此三个方面都可以起抑制作用的一种措施是分压器内充以变压器油。它既起加强散热的作用，而且增加了绝缘强度。通过电泵的作用，通以循环的油流或高绝缘气体的气流则效果更佳。若分压器内充以高气压的气体或高绝缘气体则对抑制电晕和泄漏电流是有效果的。对后者的作用虽不是直接的，但因此时容器是密封的，至少可以防止潮气的侵入。 电阻分压器改进措施
选用温度系数小的电阻元件：电阻因温度变化造成阻值变化的大小，主要决
定于所选电阻材料的温度系数。现可采用的电阻器主要是线绕电阻和金属膜电阻。碳膜电阻已基本上被金属膜电阻所取代，具有较大热容量（对于整个电阻尺寸而言）的合成碳棒电阻在欧美先进国家在生产和使用，而我国则过早地淘汰了。精密线绕电阻通常采用卡码丝一类的合金丝绕成，它的热容量大，温度系数很小，一般≤∣10ppm/℃∣（注ppm指Parts Per million 即10－6），优质的可≤∣1～5ppm/℃∣。精密金属膜电阻的温度系数约为±(50～100)ppm/℃。为减少发热造成阻值变化，除了根据分压器准确度等级的要求，可选用温度系数小的电阻元件外，常分别或同时采取以下措施：（1）选择元件的总瓦数大于分压器所需功率以减小温升
（2）金属膜电阻和线绕电阻的温度系数常常有正有负，
因此在串联使用时可合理地加以搭配，使R1整体的温度系数在一定条件最小。不过温度系数的大小及其正负值，实际上是温度的函数，所以只能说在某一定温度范围内才可以实现本项措施。
加装屏蔽罩和屏蔽壳：电晕放电会造成测量误差，是由于处在高电位的电阻元件上的电晕，会损坏电阻元件特别是薄膜电阻的膜层使之变质，而且对地的电晕电流将改变R1的等效电阻值，使之有不同程度的增大，从而造成测量误差。为此除将I1适当选大一些外，还应采取下述1～2个措施。
（1）高压端应装上可使整个结构的电场比较均匀的金属屏蔽罩。
（2）准确度要求高的分压器，其电阻元件应装上等电位屏蔽。即将电阻元件用更大半径的金属外壳屏蔽起来。屏蔽的电位可由电阻分压器本身来供给，亦可由辅助分压器供给
选择大电阻绝缘材料：绝缘支架的漏电造成测量误差可通过选用绝缘电阻大的结构材料来减小。中性的聚苯乙烯是这种可选用的材料之一等电位屏蔽也可减小漏电或漏电的影响
实验报告 实验名称_____交流高电压的测量__ 课程名称_____高电压试验技术________ 院系部:电气与电子工程学院专业班级：学生姓名：学号: 同组人:实验台号: 指导教师：成绩：实验日期:2014-11-6 华北电力大学
一、实验目的及要求： 认识测量交流高电压的装置。 二、仪器用具： 三、实验原理 1.利用测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值。 2.利用高压静电电压表测量电压有效值。 3.利用已分用器作为转换装置所组成的测量系统来测量交流电压。 四、实验方法与步骤: 1.设定球隙间距离； 2.从0开始不断升高加在球隙两端的交流电压，直至球隙击穿。 3.查表得击穿时的交流电压。 五、实验结果与数据处理： 球隙间距0.70cm，球直径10cm。查表得交流电压最大值23.0kV。 六、讨论与结论（对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见。）用球隙测量高电压时，即使注意了所有引起误差的因素，比如空气
密度、最小距离、电极表面状态及击穿间隙的准确调整等，其测量不精确度仍为3％左右。现在，当电压很高(>1MV)时，已很少用球隙来测量电压，因为这种方式占地很大，且又很贵。另外，用球隙不能对电压进行连续测量，因为当测量的那一瞬间，电压源将被短接。这种方法适合于测量和检验一些电压点。 用电容分压器测量时，电阻和电容选择条件限制了测量较低频率时所能达到的精度，如果提高线路费用，则可改善其性能，而最终可以达到的精度不仅与低压测量装置的特性有关，而且也与高压测量电容器的特性有关。在测量很高的电压时，由于高电压容器没有屏蔽，因此可能受到外来磁场影响，从而引起额外误差。 静电测量仪表的主要特点是内阻很高及固有电容很小，因而静电电压计可用于频率高达兆赫兹范围内的高频高压的直接测量。 七、实验打印输出结果: 实验原始记录 指导教师签字： 年月日
一种简单的交流电压测量方法 姓名：李俊利序号：18 通常,在测量220V或380V工频电压时,并不要求非常高的精度,一般的控制系统中,能精确到1%就足够了。在这里向大家介绍一种设计得非常简单的测量方法，实践证明，该方法实用、可靠，成本低廉，完全能够满足一般监控系统的要求。 硬件电路：仅用一个220V/6V-1W的普通电源变压器，经过全波整流，小电容滤波，滤除其高频干扰谐波，然后电阻分压成适合A/D转换的带有纹波的电压。直接连接到A/D输入脚。如果测量380V的电压，将两只220V的变压器串联使用即可。 软件设计： 1、先进行一次A/D转换，存入一个变量x中，作为参考值； 2、再进行一次A/D转换，与上次比较，如果小于x，说明正处于交流电压的下降沿，存入x中；继续A/D转换，至到大于前次的转换值，说明已经进入了交流电压的上升沿，存入x； 3、继续A/D转换，如果转换结果大于x，存入x；直到转换结果小于x，说明x中保存的就是交流电压的最大值！ 4、然后把x除以一个常数，得出你想显示出的值即可。完成一次测量。 这样完成一次测量最长时间是10ms，最短时间只需三次A/D转换时间。如果软件还执行其它操作，便转入其它子程序，之后继续1-4的步骤，将每次结果累加。 测量n次后，求算术平均值。也可以采取其它数字滤波的方法。 为避免测量0电压程序进入死循环，可以设置一个A/D转换次数计数器，转换一定次数之后退出。 校准电压可以在分压电阻中设置一个电位器，也可以软件校准。软件校准的方法：例如在380V点校准，把结果乘以380，再除以380，假如得382。那么，把除数变成382即可。 这样测量交流电压，在宽范围内的线性不是太好，主要原因是全波整流的二极管电压降是一个常数（约1.4V)。但针对220V或380V的电压测量来讲，电压波动不可能超过30%，在此范围内的线性误差还是可以接受的。我曾以一只0.5级的电压表与采取该方法的测量显示值相比较，基本一致。
高电压技术实验实验报告(二)
----高电压技术实验报告 高电压技术实验报告 学院电气信息学院
专业电气工程及其自动化
实验一．介质损耗角正切值的测量 一．实验目的 学习使用QS1型西林电桥测量介质损耗正切值的方法。 二．实验项目 1．正接线测试 2．反接线测试 三．实验说明 绝缘介质中的介质损耗（P=ωC u2 tgδ）以介质损耗角δ的正切值(tgδ)来表征,介质损耗角正切值等于介质有功电流和电容电流之比。用测量tgδ值来评价绝缘的好坏的方法是很有效的，因而被广泛采用，它能发现下述的一些绝缘缺陷： 绝缘介质的整体受潮； 绝缘介质中含有气体等杂质； 浸渍物及油等的不均匀或脏污。 测量介质损耗正切值的方法较多，主要有平衡电桥法（QS1），不平衡电桥法 及瓦特表法。目前，我国多采用平衡电桥法，特别是 工业现场广泛采用QS1型西林电桥。这种电桥工作电 压为10Kv，电桥面板如图2-1所示，其工作原理及操 作方法简介如下： ⑴．检流计调谐钮⑵．检流计调零钮 ⑶．C4电容箱（tgδ）⑷．R3电阻箱 ⑸．微调电阻ρ（R3桥臂）⑹．灵敏度调节钮 ⑺．检流计电源开关⑻．检流计标尺框
⑼．+tg δ/-tg δ及接通Ⅰ/断开/接通Ⅱ切换钮 ⑽．检流计电源插座 ⑾．接地 ⑿．低压电容测量 ⒀．分流器选择钮 ⒁．桥体引出线 1）工作原理： 原理接线图如图2-2所示，桥臂BC 接入标准电容C N （一般C N =50pf ），桥臂BD 由固定的无感电阻R 4和可调电容C 4并联组成，桥臂AD 接入可调电阻R 3，对角线AB 上接入检流计G ，剩下一个桥臂AC 就接被试品C X 。 高压试验电压加在CD 之间，测量时只要调节R 3 和C 4就可使G 中的电流为零，此时电桥达到平衡。由电桥平衡原理有： BD CB AD CA U U U U = 即： BD CB AD CA Z Z Z Z = （式 2-1） 各桥臂阻抗分别为： X X X X CA R C j R Z Z ?+= =?1 4 44 41R C j R Z Z BD ?+= =? 3 3R Z Z AD == N N CB C j Z Z ?1= = 将各桥臂阻抗代入式2-1，并使等式两边的实部和虚部分别相等，可得： 3 4R R C C N X ? = 4 4 R C tg ??=?δ （式 2-2） 在电桥中，R4的数值取为=10000/π=3184（Ω），电源频率ω=100π，因此： QS1西林电桥面板图 QS1西林电桥面板图
第一章作
?1-1解释下列术语 （1）气体中的自持放电；（2）电负性气体； （3）放电时延；（4）50%冲击放电电压；（5）爬电比距。 答：（1）气体中的自持放电：当外加电场足够强时，即使除去外界电离因子，气体中的放电仍然能够维持的现象； （2）电负性气体：电子与某些气体分子碰撞时易于产生负离子，这样的气体分子组成的气体称为电负性气体； （3）放电时延：能引起电子崩并最终导致间隙击穿的电子称为有效电子，从电压上升到静态击穿电压开始到出现第一个有效电子所需的时间称为统计时延，出现有效电子到间隙击穿所需的时间称为放电形成时延，二者之和称为放电时延； （4）50%冲击放电电压：使间隙击穿概率为50%的冲击电压，也称为50%冲击击穿电压； （5）爬电比距：爬电距离指两电极间的沿面最短距离，其与所加电压的比值称为爬电比距，表示外绝缘的绝缘水平，单位cm/kV。
1-2汤逊理论与流注理论对气体放电过程和自持放电条件的观点有何不同？这两种理论各适用于何种场合？ 答：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因，二次电子来源于正离子撞击阴极使阴极表面逸出电子，逸出电子是维持气体放电的必要条件。所逸出的电子能否接替起始电子的作用是自持放电的判据。流注理论认为形成流注的必要条件是电子崩发展到足够的程度后，电子崩中的空间电荷足以使原电场明显畸，流注理论认为二次电子的主要来源是空间的光电离。 汤逊理论的适用范围是短间隙、低气压气隙的放电；流注理论适用于高气压、长间隙电场气隙放电。 1-3在一极间距离为1cm的均匀电场电场气隙中，电子碰撞电离系数α=11cm-1。今有一初始电子从阴极表面出发，求到达阳极的电子崩中的电子数目。 解：到达阳极的电子崩中的电子数目为 n a? e?d? e11?1?59874 答：到达阳极的电子崩中的电子数目为59874个。
高压直流电压电流的测量 一．高压直流电流测量 测量方式： 1.霍尔式隔离传感器（磁隔离） 2.直放式LEM传感器 3.平衡式LEM传感器 测量原理： 1.霍尔式隔离传感器（磁隔离） 霍尔效应: 如图所示，在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面通以控制电流I，在薄片垂直方向加以磁场B，则在半导体两侧面会产生一个大小与 控制电流I和磁场B乘积成正比的电势UH。即IB U K H H 这一现象叫做霍尔效应，产生的电势UH叫做霍尔电势，为灵敏度。 当I一定时，UH正比于B。 2.直放式LEM传感器： 在如图所示直放式LEM传感器中存在下列关系：VX∝iX∝LX∝B∝E 该传感器价格便宜，但是存在零点飘移。 目前市场上多为双电源，单电源数量少而且价格高且易发生磁化问题。4.平衡式LEM传感器: 平衡式LEM传感器自身存在动态平衡，反映速度快，其线性度、灵敏度都比直放式好，且它不受零飘的影响。如图所示，Bx与Bf相抵消直至E=0。
二．高电压测量 稳态高电压与冲击高电压区别： 稳态高电压：主要是指工频交流高压和直流高压。但所述及的测量方法或装置，有的也可用于频率在一定范围以内的高频高压或脉动成分很大的直流高压的测量。 冲击电压：无论是雷电冲击电压或操作冲击电压，均为快速变化或较快速变化的一种电压。测量冲击电压的整个测量系统包括其中的电压转换装置和指示、记录及测量仪器必须具有良好的瞬态响应特性。一些适宜于测量稳态或慢过程(如直流和交流电压)的测量系统不一定适宜于或根本不可能测量冲击电压。冲击电压的测量包括峰值测量和波形记录两个方面。 实验室与电力系统的高电压测量区别： 电力系统：电力运行部门测量交流高电压，是通过电压互感器和电压表来实现的。用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。 电力系统没有专门的冲击电压测量系统 实验室：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 实验室的高电压测量： 交流高电压测量： (1) 利用气体放电测量交流高电压――如测量球隙 (2) 利用静电力测量交流高电压――如静电电压表 (3) 利用整流电容电流测量交流高电压――如峰值电压表 (4) 利用整流充电电压测量交流高电压――如峰值电压表 直流高电压的测量： 用高欧姆电阻串联直流毫安表可以测量直流电压的平均值，是一种比较方便而又常用的测量系统 冲击高电压的测量： (1) 球隙法：是直接测量高电压峰值的一种方法。 (2) 分压器――峰值电压表：只测峰值，不测波形。事先应验证波形合乎标准，或同时用示波器观测波形。 (3) 分压器――示波器（或数字记录仪）：可同时测出峰值及波形。在采用数字式示波器或数字记录仪时，可立即获得峰值和时间参数值，并可打印
交流电压测量电路中的整流装置与交流电流测量电路中的整流装置相似。因而在具有交流电流和交流电压测量功能的万用表中都是共用一套整流器件。交流电压测量中，扩大量程用的倍率器结构与直流电压测量用的倍率器相同(由倍率电阻组成的等比例变值电路被称为倍率器;由于电阻具有时间常数的特性，所以倍率器也具有时间常数的特性)，如图1所示。一般万用表都采用先降压后整流的方式。 图1 交流电压测量原理 a)串阻抽头半波整流式 b)串阻抽头全波整流式 c)独立分挡半波整流式 d)独立分挡全波整流式 测量交流电压时，其工作频率提高时，由于倍率器的时间常数不同和电路的分布电容会使仪表产生附加误差。在有些万用表中，高电压挡采用电容补偿法来扩大频率范围，若当频率增加时，需要仪表读数同时增加，可采用频率影响负补偿电路，如图2a所示;若频率增加时，需要仪表读数减小，可采用频率影响正补偿电路，如图2b所示。
图2 频率影响补偿电路 a)负补偿电路 b)正补偿电路 由于受整流二极管非线性的影响，二极管的非线性电阻与扩大量程用电阻间的差值越大，则表现在刻度上的影响越小;当低电压时，扩大量程电阻值减小，使二极管的非线性电阻影响电路明显，为了补偿这个原因，将交流刻度绘成高压和低压二种，以适应各自的需要。如果要用一条刻度完成零点几伏至数千伏的电压量指示，则必须采用两种电压灵敏度补偿方法。图3就是补偿的一个典型例子，在7.5V、15V 挡时，电压的灵敏度是133Ω/Ⅴ;在75～600Y各挡时，电压的灵敏度是20000/V，这样使一条刻度线完成了0.5～600V的电压测景范围。即低压时采用低灵敏补偿电路;高压时采用高灵敏补偿电路。
高电压测量方法概述 球隙法测量高电压是试验室比较常用的方法之一。空气在一定电场强度下，才能发生碰撞游离。均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系。可以利用间隙放电来测量电压，但绝对的均匀电场是不易做到的，只能做到接近于均匀电场。测量球隙是由一对相同直径的金属球所构成。加压时，球隙间形成稍不均匀电场。当其余条件相同时，球间隙在大气中的击穿电压决定于球间隙的距离。对一定球径，间隙中的电场随距离的增长而越来越不均匀。被测电压越高、间隙距离越大。要求球径也越大。这样才能保持稍不均匀电场。球隙法测量接线如图1所示。 测量球隙作为一种高电压测量方法的优缺点进行比较。其优点是：可以测量稳态高电压和冲击电压的幅值，是直接测量超高压的重要设备。结构简单，容易自制或购买，不易损坏。有一定的准确度，测量交流及冲击电压时准确度在3％以内。球隙法测量的缺点是：测量时必须放电放电时将破坏稳定状态可能引起过电压。气体放电有统计性。数据分散，必须取多次放电数据的平均值，为防止游离气体的影响，每次放电间隔不得过小。且升压过程中的升压速度应较缓慢，使低压表计在球隙放电瞬间能准确读数，测量较费时间。实际使用中，测量稳态电压要作校订曲线，测量冲击电压要用50％放电电压法。手续都较麻烦。被测电压越高，球径越大，目前已有用到直径为±3m的铜球，不仅本身越来越笨重，而且影响建筑尺寸。 静电压表法测量原理是加电压于两电极，由于两电极上分别充上异性电荷，电极就会受到静电机械力的作用，测量此静电力的大小或是由静电力产生的某一极板的偏移(或是偏转)就能够反映所加电荷的大小。 静电电压表有两种类型，一种是绝对静电电压表，另一种是非绝对的静电电压表，由于绝对静电电压表结构和应用都非常复杂。在工程上应用较多的还是构造相对简单的非绝对静电电压表，其测量不确定度为1％～3％。量程可达1000kV。此种测量表测量时可动电极有位移。可动电极移动时，张丝所产生的扭矩或是弹簧的弹力产生了反力矩，当反力矩和静电场的力矩相平衡时，可动电极的位移达到一个稳定值。与可动电极相连接在一起的指针或反射光线的小镜子就指出了被测电压的数值。静电电压表从电路中吸取的功率相当小，当测量交流电压时，表计通过的电容电流的多少决定于被测电压频率的高低以及仪器本身电容的大小，由于仪表的电容一般仅有几皮法到几十皮法，所以吸取的功率十分的微小，因此静电电压表的内阻抗极大。通常还可以把它接到分压器上来扩大其电压量程，目前国内已生产有250～500kV的静电电压表。
高电压技术-学习指南 一、填空题 1．夹层极化相当于整个电介质的等值电容。 2. 选用电容器的绝缘介质时，希望εr，这样可使电容器单位容量的体积和质量减小。 3．根据外界能量来源不同，气体分子的游离可以分为碰撞游离、、热游离。 4. 影响固体电介质tgδ的因素主要有频率、外加电压、。 5．用静电电压表测量直流高电压时，测出的是直流电压的。6．在大气条件下，空气间隙击穿电压随空气相对密度的减小而________。7．固体电介质的电导分为体积电导和。 8. 中性或弱极性液体介质的损耗主要是损耗。 9．标准参考大气条件为：温度t0= ，压力P0= 101.3kPa，绝对湿度h0 = 11g / m2 10. 提高气体间隙击穿电压的方法总体可分为两大类，其一为改善电场分布，其二为。 11. 汤逊理论认为，和表面游离是形成自持放电的主要因素。12．固体电介质的击穿形式主要有击穿、热击穿和电化学击穿三种。 二、分析及解答题 1．防止绝缘子污闪有哪些措施？ 2. 进行工频耐压试验时，测量试验电压的方法通常有哪几种？为什么要求直接在被试品两端测量？ 3. 画出被试品一极接地情况下进行泄漏电流测量的原理接线图。 4．进行工频交流耐压试验时，对试验变压器有什么要求？ 5. 一些含卤族元素的气体化合物（如SF6）具有高电气强度的原因是什么？ 三、计算题 1．有一幅值为100kV的无限长直角波沿波阻抗为50Ω的电缆线路向波阻抗为800Ω的发电机绕组入侵，已知绕组每匝长度为3m，匝间绝缘允许承受的电压为600V，绕组中波的传播速度为6×107m/s，求为保护发电机绕组匝间绝缘所需并联的电容数值。 2. 如图，已知U0=2000kV。Z1=450Ω，Z2=30Ω，（1）求直角波U0经过A点以 通过电后的折射、反射电压值。（2）如果在A点串联一个电感L，求直角波U
《高电压技术》期末冲刺试卷(1) 1.流注理论未考虑( B )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( A )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( C )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中，不会影响液体电介质击穿电压的是（A ） A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种（ D ）。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm，在直流电压作用下，击穿电压最低的是（ D ）。 A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙，棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙，棒为正极 7.不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将( C ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8.雷击线路附近地面时，导线上的感应雷过电压与导线的（ B ） A. 电阻率成反比 B.悬挂高度成反比 C.悬挂高度成正比 D. 电阻率成正比 二、填空题(本大题共9小题，每空1分，共18分) 1.固体电介质电导包括___表面____电导和_体积______电导。 2.极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对__空间电荷__的阻挡作用，造成电场分布的改变。
3.电介质的极化形式包括_电子式极化__、__离子式极化_、__偶极子极化_和夹层极化。 4.气体放电现象包括__击穿_____和__闪络_____两种现象。 5.带电离子的产生主要有碰撞电离、__光电离____、_热点离_____、表面电离等方式。 6.工频耐压试验中，加至规定的试验电压后，一般要求持续__60_____秒的耐压时间。 7.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为__集中性_____缺陷和__分散性____缺陷两大类。 8.在接地装置中，接地方式可分为_防雷接地_______、_保护接地_______、_工作接地_______。 9.输电线路防雷性能的优劣主要用__耐雷水平______和_雷击跳闸率________来衡量。 三、判断题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)在每小题的括号内对的打“√”，错的打“×”。 1.无论何种结构的电介质，在没有外电场作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说为零， 因此电介质整体上对外没有极性。（对） 2.在四种电介质的基本极化形式中，只有电子式极化没有能量损耗。（错） 3.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压，绝缘电阻与温度没有关系。（错） 4.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。（错） 5.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。（对） 四、名词解释题(本大题共5小题，每小题6分，共30分) 1.吸收比：指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个相应的绝缘电阻值之比。（或指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。） 2.雷击跳闸率：指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数 3.雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次及以上雷声就是一个雷暴日。 4.伏秒特性：对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性 5.气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿 五、简答题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)
交流电压测量 姓名 学号 日期 一、实验目的： 了解交流电压测量的基本原理，分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系，并对测量结果做误差分析。 二、实验原理： 一个交流电压的大小，可以用峰值U ?，平均值U ，有效值U ，以及波形因数K F ，波峰因数K P 等表征，若被测电压的瞬时值为)(t u ，则 全波平均值为 ? = T dt t u T U 0 )(1 有效值为 ?= T dt t u T U 02 )(1 波形因数为 U U K F = 波峰因数为 U U K P ?= 而用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。因此，如何利用不同检波特性的电压表的示值（即 读数）来正确求出被测电压的均值U ，峰值U ?，有效值U ，这便是一个十分值得注意的问题。 根据理论分析，不同波形的电压加至不同检波特性的电压表时，要由电压表读数确定被 测电压的U ?、U 、U ，一般可根据表1的关系计算。 从表1可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，若读数相同，只分别表示不同波形的被测电压有效值U 相同和平均值U 相同，而其余的并不一定相同。
三、实验设备： 1、数字毫伏表1台； 2、函数信号发生器1台； 3、双踪示波器， 1台。 4、真有效值万用表 1个 四、实验内容： 调节函数信号发生器的输出幅度，使示波器的峰值读数为1V，观测各种电压表的读数 六、思考题： 1、实验过程中为了仪器的安全，电压表量程是否应尽量选大一些（如3V，10V甚至 30V档）？
高电压测试技术-高电压测试技术 高电压测试技术-正文 研究各种高电压和大电流的产生、测量、试验及应用的一门工程技术。是高电压技术的重要组成部分。高电压测试技术主要用于电力设备绝缘试验、开关设备断流试验、电力系统过电压测试以及各种类型放电现象的试验研究等。除传统的应用领域外，它还广泛应用于机加工、纺织、印刷、除尘、勘探、医疗等各种行业，并已成为激光、高能粒子、热核聚变等高技术领域中不可缺少的一种技术手段。 高电压试验和应用的种类很多，需要应用各种不同的稳态或暂态的高电压和大电流。常用的稳态高电压有工频交流电压和直流电压，用作试验电压或工作电压。常用的暂态高电压和大电流有冲击电压和冲击电流以及工频振荡电流等。前者模拟雷电过电压或操作过电压，后两者分别模拟雷电流及短路电流。此外，还有一些特殊的方波电压、方波电流、强流脉冲以及纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。 高电压发生装置产生上述高电压和大电流的设备通常采用交流 高压试验变压器、直流高压发生器、冲击电压发生器、冲击电流发生器、合成振荡回路等。这些设备都是以试验变压器和高压电容器为主体，以不同接线所构成。试验变压器可产生工频交流高电压，也可用作其他设备的交流高压电源。高压电容器与硅堆等组成的各种整流回路，可产生直流高电压，也可用作其他设备的直流高压电源。多台高压电容器并联充电、串联放电的Marx回路可产生很高的冲击电压。多台高压电容器并联，通过低阻抗放电可产生很大的冲击电流；若通过电感线圈放电，则可产生衰减振荡的电流或电压，并可用以构成振荡回路等。除上述常规设备外，还可由这些设备改装或组合，用以产生陡波冲击电压、交流叠加冲击波电压等；也可利用高压电容器等基本部件构成各种各样的特殊设备，例如电容电感链型回路或同轴型形成线，它们都可产生很高的方波电压或很大的方波电流等。
摘要 模拟电子技术课程设计是继《模拟电子技术基础》理论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，让学生综合运用模拟电子技术知识，进行实际模拟电子系统的设计、安装和调测，利用multisim等相关软件进行电路设计，提高综合应用知识的能力、分析解决问题的能力和电子技术实践技能，让学生了解模拟电子技术在工业生产领域的应用现状和发展趋势。为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础。 本课程设计的思路是将交流信号经过电阻分压后送至由TL062和电容、电阻组成的AC-DC转换模块，将直流信号送至ICL7107数码管显示，完成交流电压有效值的测量。 关键词：电阻分压、TL062、ICL7107、交直流转换、有效值测量
1 电路方案论证与选择 1.1 系统基本方案 设计电路分为直流稳压电源模块、电压衰减模块、AC-DC模块、数码管显示模块，即可完成题目对交流电压有效值进行测量，并显示的设计要求。 1.2 各模块方案论证与选择 1.2.1 直流稳压可调电源模块 设计图1.1为采用7805设计的直流稳压源。该稳压源可稳定输出+5V电压，电路简单，应用广泛。该稳压源由以下五部分组成。 (1) 降压：通过变压器将输入的220V，50HZ交流电降为+5V输出。 (2) 整流：通过桥式整流电路，将输入的交流电压信号变为脉动信号。 (3) 滤波：通过C1及C2等滤波电容将输入的电压信号转变为波形更为平缓 的电压信号。 (4) 稳压：通过集成稳压芯片7805将不稳定的电压信号变为稳定的直流电 压。 图1-1 直流稳压电源电路 1.2.2 电压衰减模块 由于AC-DC模块的输入电压为200mV，而题目要求的测量电压是V>10V，因此要对输入电压进行衰减。此处采用了电阻分压的方式对电压进行衰减，同时设计参数，使模块能输入200mV~2000V范围内的电压。
高电压实验的研究 摘要：高电压试验是电力系统过电压防护的重要组成部分，不同的试验可以发现电力系统绝缘的不同缺陷，对高电压试验进行分析对比，具有十分重要的意义。而高电压试验可以分为很多种，需要各种设备，具有各种目的，也存在一定的不足，有很好的发展趋势！ 关键字：设备绝缘、绝缘电阻、吸收比、局部放电、耐压试验 电气设备的绝缘试验（如上图概述）方法可以分成非破坏性试验和破坏性试验（也称耐压试验）两大类。非破坏性试验主要是检测绝缘除电气强度以外的其他电气性能，它一般采用较低的试验电压（U<=Un）或者采用其他不会损伤绝缘的方法对设备绝缘进行测量，因此不会对设备绝缘造成破坏或损害。非破坏性试验主要包括绝缘电阻和吸收比的测量、泄漏电流的测量、电压发布的测量、局部放电的测量、绝缘油的气相色谱分析等。这种试验方法简便，对绝缘优劣的检查是行之有效的，但因试验电压低，有些缺陷不能充分暴露。目前研究和发展带电监测，即在正常运行电压下直接进行测量，比传统的试验方法施加电压高，更符合实际，而且可以实现连续带电测量，并实现微机控制和数据处理。 破坏性试验就是检测绝缘的电气强度，也就是通常所说的耐压试验。它通过对绝缘施加很高的试验电压，以考验绝缘耐受各种过电压的能力，是保证电气设备安全运行的最直接可靠的检验手段，它可以发现一些非破坏性试验所难以发现的较隐蔽的绝缘缺陷。耐压试验主要包括交流高压试验、直流高压试验、冲击高压试验等。利用红外线技术来判断设备温度是否过高已广泛应用，尤其是对人不方便操作的设备更显其优势。 耐压试验的优点是对绝缘的考验比较直接和严格，但缺点是试验时可能会给绝缘造成一定的损伤，从而有可能对那些原本有缺陷但还可以修复的绝缘造成不可逆转的局部损伤或整体损坏。因此，对设备绝缘进行试验时，应先进行非破坏性试验，（其合格后）然后再进行破坏性试验。 一、绝缘电阻及吸收比的测量 1.绝缘电阻的测量 规定以加压1min时测定的电阻值作为被试品的绝缘电阻，绝缘电阻一般采用兆欧表（也称摇表）进行测量。 测量电力电缆绝缘电阻的试验接线，L的高压导体，E—接被试品外壳或地，G—接被试品的屏蔽环或屏蔽电极—接被试品。 2.吸收比的测量 组合绝缘和层式绝缘结构的电气设备，在直流电压下均有明显的吸收现象，即电路中的电流随时间而衰减。
实验七三相交流电路的测量数据 一、实验目的 1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。 2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。 二、原理说明 1. 三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称"△"接)。当三相对称负载作Y 形联接时，线电压U L是相电压U p的倍。线电流I L等于相电流I p，即 U L＝U p，I L＝I p 在这种情况下，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。 当对称三相负载作△形联接时，有I L＝I p， U L＝U p。 2. 不对称三相负载作Y 联接时,必须采用三相四线制接法，即Y0接法。而且中线必须 牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。 若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。 3. 当不对称负载作△接时，I L≠ Ip，但只要电源的线电压U L对称，加在三相负载上 的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。 三、实验设备 序号名称型号与规格数量备注 1交流电压表0～500V1无 2交流电流表0～5A1无 3万用表无1自备 4三相自耦调压器无1无 5三相灯组负载220V，15W白炽灯9DGJ-04 6电门插座33DGJ-04 四、实验内容 1. 三相负载星形联接（三相四线制供电） 按图 7-1 线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将三相调压器的旋柄置于输出为0V 的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表7-1 中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
实验四 交流电压表的测量及分析 一、实验目的和要求 1． 了解交流电压测量的基本原理。 2． 熟悉实验所用模拟电压表和数字电压表的性能参数，掌握电压表的基本测量方法。 3． 分析几种典型电压波形对不同检波特性电压表的响应，以及它们之间的换算关系。能对不同检波特性电压表的读 数进行解释和修正，并对测量结果做误差分析。 二、实验仪器设备 1．数字双踪示波器 TDS －1002B 2．DDS 函数信号发生器 DG1022 3．交流模拟毫伏表（平均值检波） WY2174A 4．交流数字毫伏表（有效值检波）TD1914C 5．超高频毫伏表（峰值检波）WY2282 6．数字万用表 VC88E 三、实验原理 一个交流电压的大小，可以用峰值，平均值 ，有效值U ，以及波形因数K F ，波峰因数K P 等表征， 全波平均值为 有效值为 波形因数为 波峰因数为 用来测量电压的指针式电压表中的检波器有多种形式，一般来说，具有不同检波特性的电压表都是以正弦电压的有效值来定度的，但是，除有效值电压表外，电压表的示值本身并不直接代表任意波形被测电压的有效值。可知，用具有有效值响应的电压表和平均值响应的电压表分别对各种波形的电压测量时，就算读数相同，要正确求出被测电压的均值、有效值U 和峰值，很多情况下还需进一步的换算。 四、实验内容及数据分析 1. 将WY2174A 交流毫伏表置于1V 档位，并将输入线短接，然后接通电源，让仪器预热，让指针稳定。 2．从DG1022函数信号发生器的CH1输出一个频率为100kHz ，幅值为2Vpp 的正弦波信号，接到WY2174A 交流毫伏表的输 入端。 3．调节函数信号发生器的幅值输出，使WY2174A 交流毫伏表的指针指示到0.7V 。 4．用数字示波器读出正弦波信号的峰值（最大值）和有效值（均方根值），填入表4－2。 U ? U ?=T dt t u T U 0 )(1?= T dt t u T U 0 2 )(1U U K F = U U K P ?= U U ?
《高电压技术》2009～2010学年第一学期期末考试卷(A) 1.流注理论未考虑( B )的现象。 A.碰撞游离 B.表面游离 C.光游离 D.电荷畸变电场 2.极化时间最短的是( A )。 A.电子式极化 B.离子式极化 C.偶极子极化 D.空间电荷极化 3.先导通道的形成是以( C )的出现为特征。 A.碰撞游离 B.表现游离 C.热游离 D.光游离 4.下列因素中，不会影响液体电介质击穿电压的是（ A ） A.电压的频率 B.温度 C.电场的均匀程度 D. 杂质 5.电晕放电是一种（ D ）。 A.滑闪放电 B.非自持放电 C.沿面放电 D.自持放电 6.以下四种气体间隙的距离均为10cm，在直流电压作用下，击穿电压最低的是（ D ）。 A.球—球间隙(球径50cm) B.棒—板间隙，棒为负极 C.针—针间隙 D.棒—板间隙，棒为正极 7.不均匀的绝缘试品，如果绝缘严重受潮，则吸收比K将( C ) A.远大于1 B.远小于1 C.约等于1 D.不易确定 8.雷击线路附近地面时，导线上的感应雷过电压与导线的（ B ） A. 电阻率成反比 B.悬挂高度成反比 C.悬挂高度成正比 D. 电阻率成正比 1.固体电介质电导包括___表面____电导和__体积_____电导。 2.极不均匀电场中，屏障的作用是由于其对__空间电荷______的阻挡作用，造成电场分布的 改变。
3.电介质的极化形式包括__电子式极化______、____离子式极化____、__偶极子极化______ 和夹层极化。 4.气体放电现象包括_击穿______和_闪络______两种现象。 5.带电离子的产生主要有碰撞电离、_光电离_____、_热电离_____、表面电离等方式。 6.工频耐压试验中，加至规定的试验电压后，一般要求持续___60____秒的耐压时间。 7.按绝缘缺陷存在的形态而言,绝缘缺陷可分为___集中性____缺陷和__分散性____缺陷两大 类。 8.在接地装置中，接地方式可分为_防雷接地、__工作接地_____、___保护接地_____。 9.输电线路防雷性能的优劣主要用__耐压水平______和___雷击跳闸率______来衡量。 1.无论何种结构的电介质，在没有外电场作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均来说为零，因此电介质整体上对外没有极性。（√） 2.在四种电介质的基本极化形式中，只有电子式极化没有能量损耗。（×） 3.测量电气设备的绝缘电阻时一般要加直流电压，绝缘电阻与温度没有关系。（×） 4.防雷接地装置是整个防雷保护体系中可有可无的一个组成部分。（×） 5.管式避雷器实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。（√） 1.吸收比：指的是电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个相应的绝缘电阻值之 比。（或指被试品加压60秒时的绝缘电阻与加压15秒时的绝缘电阻之比。） 2.雷击跳闸率：指每100KM线路每年由雷击引起的跳闸次数 3.雷暴日：指某地区一年四季中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次及以上雷声就是一 个雷暴日 4.伏秒特性：对某一冲击电压波形，间隙的击穿电压和击穿时间的关系称为伏秒特性 5.气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿 1.什么是电介质？它的作用是什么？ 电介质是指通常条件下导电性能极差的物质，云母、变压器油等都是电介质。电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。作用是将电位不同的
5．2 交流电压的测量 教学目的 1.熟悉表征交流电压的基本参量。 2.了解峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的检波原理和方法，及主要特点。 3.掌握峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的刻度特性。 4.了解提高电压表灵敏度和扩展测量范围的宽频电平表和外差式选频电平表的组成原理。 教学重点及难点 1. 峰值电压表、均值电压表、有效值电压表的刻度特性 教学方式：讲授 教学过程： 5.2.1交流电压的检波 1）峰值检波 ●原理：由二极管峰值检波电路完成。有二极管串联和并联两种形式 2）平均值检波 ●由二极管桥式整流（全波整流和半波整流）电路完成。 3）有效值检波原理 （1）利用二极管平方律伏安特性检波 小信号时二极管正向伏安特性曲线可近似为平方关系。缺点：精度低且动态范围小。因此，实际应用中，采用分段逼近平方律的二极管伏安特性曲线图的电路。 （2）利用模拟运算的集成电路检波 通过多级运算器级连实现： 模拟乘法器（平方）—〉积分—〉开方—〉比例运算。 （3）单片集成TRMS/DC电路，如AD536AK等。 （4）利用热电偶有效值检波 ●热电效应：两种不同导体的两端相互连接在一起，组成一个闭合回路，当两节点处温度不同时，回路中将产生电动势，从而形成电流，这一现象称为热电效应，所产生的电动势称为热电动势。、 ●有效值电压表的特点 理论上不存在波形误差，因此也称真有效值电压表（读数与波形无关）。比如，对非正弦波，可视为由基波和各次谐波构成。 5.2.2．峰值电压表原理、刻度特性和误差分析 1）原理峰值响应，即：u(t)→峰值检波→放大→驱动表头 2）刻度特性 ●表头刻度按（纯）正弦波有效值刻度。 因此：当输入u(t)为正弦波时，读数α即为u(t)的有效值V（而不是该纯正弦波的峰值Vp）。
高电压设备试验方法 1. 变压器及电抗器试验方法 可采用超声波法、脉冲电流法及电、声综合法检测。 超声波法：在变压器（电抗器）内部一旦发生局部放电，就会产生超声波信号，以球面波形式向周围传播，只要在变压器（电抗器）箱壁外侧放置超声传感器，就可以接收到放电产生的超声波信号。 脉冲电流法：变压器（电抗器）的绕组与铁芯之间为绝缘材料，存在分布电容，而放电信号是几百千赫到几兆赫的高频信号，能通过该电容从绕组传到铁芯，在铁芯或夹件接地线上卡装高频电流传感器能够检测到局放脉冲信号。 电、声综合法检测是将脉冲电流法、超声波法综合使用（简称电、声综合检测法），该方法既能结合两种检测方法的优点，全面检测各种类型的放电信号，还能通过电、声之间的时间差来判断局部放电故障点的位置。 系统功能特点如下： 1) 便携式，操作简单，对变压器（电抗器）无任何损害，检测对变压器（电抗器）设备的正常运行不产生任何影响。 2)采用电、声综合检测法，既能结合两种检测方法的优点，全面检测各种类型的放电信号，还能通过电、声之间的时间差来判断局部放电故障点的位置。 3) 通过多种抗干扰手段抑制了各种外部干扰，改善了信噪比，有效的提高了检测准确度。 4) 系统采用多通道数据采集，可对放电电信号、超声波信号、天线信号等多种类型的信号进行采集处理。并综合利用天线门控抗干扰、数字与模拟混合滤波、动态带宽滤波、放电信号智能识别等抗干扰技术合理组合，实现强干扰环境下局部放电带电检测。 5) 即时测量、显示局部放电数据及放电波形，同时可对其进行保存，利用局部放电信号的特点进行危险性评估。 6) 对准备投运的变压器（电抗器）做交接试验时进行局部放电检测，保证安装质量。 7) 支持建档功能，建立变压器（电抗器）设备的内部缺陷档案，可对设备的运行状态有清楚的了解，可以决定设备停电检修的时间。 2.GIS局放试验方法 采用特高频法和超声波法检测，可根据实际情况选择传感器类型，亦可多种检测方法同时使用。特高频检测法可有效检测GIS内部的由悬浮颗粒、导体和壳体上的突起、盆式绝缘子内部绝缘缺陷等原因引起的局部放电。特高频传感器的检测频率范围：300MHz～1.5GHz，由于检测频率高可有效的避免现场干扰。超声波检测法可以检测、识别和定位GIS中的局部放电故障或振动的微粒，不需要预先在GIS上安装内部耦合器和传感器，检测时可在胸前背挎本仪器，手持传感器在GIS的任意位置进行检测。超声传感器的频率范围：20kHz～120kHz。 系统功能特点如下： 1)方便携带：该系统体积小、重量轻，采用电池供电适用于现场巡检。 2) 操作简单、功能强大：能够简单测量GIS运行中良好、预警、故障三个状态，也可以实现实时波形观察、放电趋势显示、放电类型判别等复杂功能，单台便携式GIS局部放电检测系统即可完成所有GIS的检测。 3) 使用方便对运行设备无伤害：无需改造现有的GIS，所有的检测对GIS设
高二物理周练试题（交变电流单元检测） 命题人：张虹审核人：刘艳使用时间：2018年3月6日 姓名：___________班级：___________ 一、选择题(本题包括10小题，每小题6分，共60分． 1．如图1是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( ) A．周期是0.01 s B．最大值是311 V C．有效值是311 V D．表达式为u＝220sin 100πt(V) 图1 2．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向 平行于纸面并与ab垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图2)，线圈的 cd边离开纸面向外运动．若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能 反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是图3中的( ) 图2 图3 3．某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图4所示，下列说 法中正确的是( ) A．交变电流的频率为0.02 Hz B．交变电流的瞬时表达式为i＝5cos50πt A C．在t＝0.01 s时，穿过交流发电机线圈的磁通量最大 D．若发电机线圈电阻为0.4 Ω，则其产生的热功率为5 W 图4 图5
4．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积小．某电子调光灯经调整后的电压波形如图5所示，若用多用电表测灯泡两端的电压，多用电表示数为( ) A. 22U m B.24U m C.1 2 U m D.1 4 U m 5．将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l ，它在磁感应强度为B 、方向如图6所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n ，导线在a 、b 两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P 的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡 的电阻应为( ) A.(2πl 2nB )2 P B. 2(πl 2nB )2 P C.(l 2nB )2 2P D. (l 2nB )2 P 图6 图7 图8 6．一个10 Ω的电阻，它两端的电压U 随时间t 的变化规律如图7所示，则( ) A ．流过电阻的最大电流是22 A B ．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数约为311 V C ．电阻消耗的功率为9680 W D ．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是48.4 J 7．如图8所示的电路中，A 是熔断电流I 0＝2 A 的保险丝，R 是可变电阻，S 是交流电源．交流电源的内阻不计，其电动势随时间变化的规律是e ＝2202sin314t V ．为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于( ) A ．110 2 Ω B ．110 Ω C ．220 Ω D ．220 2 Ω 8．如图9所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min 的时间，两电阻消耗的电功之比W 甲∶W 乙为( )