第六章 高电压大电流测量技术

第一章 气体放电的基本物理过程一、选择题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) 先导通道的形成是以 C 的出现为特征。

A ．碰撞游离B ．表面游离C ．热游离D ．光游离3) 电晕放电是一种 A 。

A ．自持放电B ．非自持放电C ．电弧放电D ．均匀场中放电4) 气体内的各种粒子因高温而动能增加，发生相互碰撞而产生游离的形式称为 C 。

A.碰撞游离B.光游离C.热游离D.表面游离5) ___ B ___型绝缘子具有损坏后“自爆”的特性。

A.电工陶瓷B.钢化玻璃C.硅橡胶D.乙丙橡胶6) 以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件？DA.大雾B.毛毛雨C.凝露D.大雨7) 污秽等级II 的污湿特征：大气中等污染地区，轻盐碱和炉烟污秽地区，离海岸盐场3km~10km地区，在污闪季节中潮湿多雾但雨量较少，其线路盐密为 C 2/cm mg 。

A .≤0.03 B.>0.03~0.06 C.>0.06~0.10 D.>0.10~0.25 8) 以下哪种材料具有憎水性？AA . 硅橡胶 B.电瓷 C. 玻璃 D 金属二、填空题9)气体放电的主要形式：辉光放电、 电晕放电、 刷状放电、 火花放电、 电弧放电 。

10)根据巴申定律，在某一PS 值下，击穿电压存在 极小（最低） 值。

11)在极不均匀电场中，空气湿度增加，空气间隙击穿电压 提高 。

12)流注理论认为，碰撞游离和 光电离 是形成自持放电的主要因素。

13)工程实际中，常用棒－板或 棒－棒 电极结构研究极不均匀电场下的击穿特性。

14)气体中带电质子的消失有 扩散 、复合、附着效应等几种形式15)对支持绝缘子，加均压环能提高闪络电压的原因是 改善(电极附近)电场分布 。

16)沿面放电就是沿着 固体介质 表面气体中发生的放电。

17)标准参考大气条件为：温度C t 200 ，压力 0b 101.3 kPa ，绝对湿度30/11m g h18)越易吸湿的固体，沿面闪络电压就越__低____19)等值盐密法是把绝缘子表面的污秽密度按照其导电性转化为单位面积上____NaCl ______含量的一种方法20)常规的防污闪措施有： 增加 爬距，加强清扫，采用硅油、地蜡等涂料三、计算问答题21) 简要论述汤逊放电理论。

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。

高电压测试技术测量仪器测量各种高电压和大电流的装置通常采用测量球隙、静电电压表（见图）、分压器、分流器、电压互感器、电流互感器等。

高电压试验技术实验高电压试验技术的实验是在具体的试验设备上研究高电压及冲击大电流的产生和测量。

通过有关实验，了解各种试验装置的类型、具体结构及操作方法；掌握各种测量装置和仪器、仪表的使用方法。

一般来说，工频高电压、直流高电压、冲击高电压和冲击大电流的产生和测量，都可以在实验室现有的试验设备上进行。

开展教学实验时，如果受客观条件的限制，可采用模拟实验装置。

高电压试验技术中涉及的设备是实现绝缘强度试验的主要设备。

本章以工频高压的产生和测量、冲击电压的产生和测量和避雷器阀片实验为例介绍了电气设备的高电压和大电流的试验方法。

掌握这些试验方法，对巩固理论知识和指导今后的工作都具有实际意义。

实验一工频高压的产生和测量一、实验目的：1、掌握高压试验变压器的试验接线与操作方法。

2、掌握高压试验变压器校正曲线的制定方法。

3、掌握工频高压的几种测量方法：用测量球隙进行测量、用高压静电电压表进行测量和用工频分压器(电容式分压器)配合低压仪表进行测量。

二、实验装置及线路图：工频实验装置如图1所示。

2R 1R 2G图1工频高压试验线路图T 1—调压器，220V/450V/56KVA ；T 2—高压试验变压器，50KV/280V/50KVA ；V l —交流电压表，75/150/300V ，0.5级；V 2—静电电压表，20KV/5OKV ，1.5级；V 3—交流电压表或示波器；R 1—变压器保护电阻，10~20K ；R 2—球隙保护电阻；Cx —试品三、实验说明工频高电压试验装置通常由调压器、试验变压器、保护电阻、分压器和静电电压表以及球隙等组成。

试验变压器的工作原理与电力变压器相同，但由于工作条件和工作任务的不同，试验变压器具有工作电压高、变比大、漏抗大、绝缘裕度小、容量小、工作时间短等特点。

其主要类型有单套管金属外壳型试验变压器、双套管金属外壳型试验变压器、绝缘外壳型试验变压器和串级试验变压器。

进行工频高电压试验时，要求试验电压从零开始，均匀升压，因此必须使用调压设备。

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。

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IBUKHH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。

第一章1‐1极化种类产生场合所需时间能量损耗产生原因电子式极化任何电介质 10-15 s 无束缚电子运行轨道偏移离子式极化离子式结构电介质 10-13 s 几乎没有离子的相对偏移偶极子极化极性电介质 10-10～10-2 s 有偶极子的定向排列夹层极化多层介质的交界面 10-1 s～数小时有自由电荷的移动1‐4电导形式 电导率金属导体 （自由电子）电子电导 γ很大气体，液体，固体 （自由电子、正离子、负离子、杂质电导、自身离解、杂质、离子）离子电导γ很小ρ很大金属导电的原因是自由电子移动；电介质通常不导电，是在特定情况下电离、化学分解或热离解出来的带电质点移动导致。

1‐6由于介质夹层极化，通常电气设备含多层介质，直流充电时由于空间电荷极化作用，电荷在介质夹层界面上堆积，初始状态时电容电荷与最终状态时不一致；接地放电时由于设备电容较大且设备的绝缘电阻也较大则放电时间常数较大（电容较大导致不同介质所带电荷量差别大，绝缘电阻大导致流过的电流小，界面上电荷的释放靠电流完成），放电速度较慢故放电时间要长达5～10min。

补充：图中C1 代表介质的无损极化（电子式和离子式极化），C2 —R2 代表各种有损极化，而R3则代表电导损耗。

图1－4－2中，为泄漏电阻；为泄漏电流；为介质真空和无损极化所形成的电容；为流过的电流；为无损极化所引起的电容；为无损极化所形成的等效电阻；为流过支路的电流，可以分为有功分量和无功分量。

lk R lk I g C g I g C p C p R p I p p C R －pr I pc I g J 。

为真空和无损极化所引起的电流密度，为纯容性的；为漏导引起的电流密度，为纯阻性的；为有损极化所引起的电流密度，它由无功部分和有功部分组成。

容性电流与总电容电流密度向量之间的夹角为lk 。

J p 。

J pc 。

J pr 。

J c 。

J 。

J δ，称为介质损耗角。

介质损耗角简称介损角δ，为电介质电流的相角领先电压相角的余角，功率因素角ϕ的余角，其正切δtg 称为介质损耗因素，常用％表示，为总的有功电流密度与总无功电流密度之比。

高电压测量技术一、简介高电压测量技术是电力系统中重要的测量技术之一。

在电气设备和电力传输中，经常需要测量和监控高电压以确保电力系统的正常运行和安全性。

本文将深入探讨高电压测量技术的原理、方法以及相关应用。

二、高电压测量原理2.1 断电器电压测量原理1.根据电磁感应原理，利用电压互感器将高电压转换为低电压，再通过测量低电压来确定高电压的值。

2.利用电容分压原理，将高电压通过串联的电容分压器分压为低电压，测量得到低电压后进行计算得到高电压值。

2.2 奈闵电压测量原理1.基于奈闵原理，利用电压分压电路将高电压分压为低电压，再通过精确的电压比例关系计算得到高电压值。

2.通过变压器原理，利用变压器将高电压转换为低电压，再通过变比关系计算得到高电压值。

三、高电压测量方法3.1 直接测量法直接测量法即直接采集高电压值的方法，包括使用电压表、电压计、示波器等仪器对高电压进行直接测量，并记录测量结果。

3.2 间接测量法1.电容法：利用电容分压原理，通过测量电容器两端的电压来间接计算高电压值。

2.放电法：利用放电时通电回路中的电流、电阻等参数，通过一定的实验公式计算得到高电压值。

3.奈闵电桥法：利用奈闵电桥的平衡条件，测量电桥中各支路电压和电流，再通过计算和比较得到高电压值。

3.3 数字测量法1.采用高精度的模数转换器，将高电压信号转换为数字信号进行测量和分析。

2.利用数字信号处理技术，对高电压信号进行滤波、采样和计算，得到高精度的测量结果。

四、高电压测量应用4.1 电力传输线路电压检测通过高电压测量技术，监测并维护电力传输线路中的电压稳定性，及时发现并解决电压异常问题，确保电力传输的安全性和稳定性。

4.2 输变电设备维护利用高电压测量技术对输变电设备进行定期检测和维护，保证设备的性能和安全，延长设备的使用寿命。

4.3 电气设备研发与测试在电气设备的研发和测试过程中，高电压测量技术可以用于对设备的耐压性能进行评估，确保设备在高压环境下的安全可靠性。

大电流测量方法概述著名科学家门捷列夫指出：科学是从测量开始的。

在现代科学技术和生产力的推动下，测量已经成为了一门完整且十分重要的学科，测量的对象日趋丰富，涵盖了绝大多数的物理量。

电流在自然界中十分普遍，人类在对电现象本质的探索中积累了测量电流的丰富经验，特别是近几十年以来，半导体器件和计算机技术突飞猛进，为了便于量化和计算，许多非电量被转化成电量进行间接测量，电流测量在现代工业中十分普遍同时非常重要。

一、大电流测量方法简介对大电流的测量方法，就其原理而言可分为两大类：一类是根据被测电流在已知电阻上的电压来确定被铡电流的大小．如分流器等。

根据被测电流在已知电阻上的电压来确定被测电流的太小，由于其体积、误差、损耗、绝缘、测量范围等方面的不足，已经难以满足现代测量的标准。

另一类是根据被测电流所建立豹磁场为基础，实际上是将电流的测量问题转变为磁场的测量问题，通过一定的手段测量它的磁密、磁通或磁势，再经过转换来得知电流的大小。

从物理学角度来看磁场的测量方法主要有磁共振法、霍尔效应法、电融感应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜剥磁法及超导量子干涉器件法等。

此外．尚有一些未得到广泛应用的磁场测量方法．如磁阻效应法、磁棒管法、磁敏二极管法、短脉冲放电法、半导体负荷浓度效应法、电子束法、阴极射线法和电子回旋共振法等等。

这些方法中大部分由于各种原困的限制无法应用于测量电流的互感器，如设备造价太高、结构过于复杂等，也有些对被测磁场有特殊的要求。

所以实际上并不是所有的测量磁场的方法都可用于测量电流。

现在人们比较关注的主要有霍尔效应法、磁光效应法及罗氏线圈。

霍尔效应原理互感器有磁平衡式(闭环)和直放式(开环)两种，它于70年代由瑞士的LEM公司首先研制成功。

其拥有带宽为0—100kHz，响应时间为1u s．准确度可以达到1~0.1级，线性度优于0.1％等优点。

但是由于其本身受其制作材料的影响所产生的磁阻效应、不等位电势以及温漂，影响了其在更大领域内的推广。