工頻高電壓擊穿的測量儀器及方法

工頻高電壓的測量方法很多，概括起來可以分為兩類，一類是低壓側測量，另一類是高壓側測量。不管用何種方法進行測量，也不論是測量幅值還是有效值，測量誤差應不大于3%。

ZJC-100KV高壓擊穿設備：

1. 低壓側測量

低壓側測量的方法是測量試驗變壓器低壓繞組或測量線圈(試驗變壓器上配置的供測量電壓用的附加線圈)兩端的電壓，然后按變比換算至高壓側，即得到高壓側的電壓。由于電容效應的影響，這種測方法往往存在較大的誤差。

進行交流耐壓試驗時，被試品一般均電容性的，試驗變壓器在電容性負載下，由于電容電流在線圈上會產生漏抗壓降，使變壓器高壓側電壓發生升高現象，即高于按變比換算的電壓，而且低壓側與高壓側之間的電壓要發生相角差，如果試品的容抗一旦與試驗變壓器的漏抗發生串聯電壓諧振，則電壓升高現象更為顯著。

從電機學中知，變壓器的簡化等值電路如圖3-15所示。電路中r是變壓器電阻，x_L是變壓器漏抗，C_X為被試品電容。這樣，電路就成為一簡單的R—L—C串聯回路。顯然，由于C_X上的電壓和x_L上的電壓相位差180°如圖3-16所示，可以看出被試品上電壓U_CX會比電源電壓U₁高。由于電容效應的存在，就要求直接在被試品兩端測量電壓。

2.高壓側測量

在被測的量較高，不能直接用指示儀表測量時，通常廣泛采用電容分壓器配低壓儀表測量，在測量時應對其變比予以校準。

測量交流高壓時常采用電容分壓器，它由高壓臂電容C₂和低壓臂電容C₂串聯而成，如圖3-17所示。為了防止外電場對測量電路的影響，通常用高頻同軸電纜來傳輸被測量的電壓信號。該電纜的電容應計入低壓臂的電容量C₂中。

為了保證測量的準確度，測量儀表在被測電壓頻率下的阻抗應足夠大，至少要比分壓器低壓臂的阻抗大幾百倍。為此最好用高阻抗的靜電式儀表或電子式儀表。若略去雜散電容的影響不計，電容分壓器的分壓比為

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分壓器高壓臂對地雜散電容C_E和對高壓端雜散電容C_L的存在，會在一定程度上影響其分壓比。不過只要周圍環境不變，這種影響就是固定的，不隨被測電壓的幅值、頻率、波形或大氣條件等因素而變。所以，對一定的環境，只要一次準確地測出電容分壓器的分壓比，則此分壓比可適用于各種工頻高壓的測量。

此外還可用球隙測量工頻高壓，球間隙裝置簡單，能直接測出被測的量，有足夠的準確度（誤差不超過±3%)。所以在高壓測量中應用得非常普遍。我國GB/T311.6-2005高電壓測量標準空氣間隙標準把球隙作為測量工頻高壓的基本設備。

球隙測量高壓的缺點：一是通過放電才能進行測量，由于氣體放電的分散性，一般需要幾次放電才能獲得較準確的數值。放電使高壓回路突然短路，對設備和試品都不利。二是影響氣體放電的因素較多，掌握不好不易得到穩定的結果。而且為使測量結果比較準確，要求球隙周圍較大的空間內無其他物體，使試驗場地面積很大。

利用球間隙測量高壓，需要注意的事項有二：一是關于球隙的選擇和布置，二是大氣條件對放電的影響。

球間隙所構成的為稍不均勻電場時，放電才比較穩定，我們就是利用這一特點來測量高壓的。只有當球電極之間的距離與球的直徑保持一定的比例時，才構成稍不均勻電場，使放電分散性較小。但是，同樣的球電極在測量較高電壓時，間隙距離將相應地增加，在測量更高電壓時為保持球電極之間仍是稍不均勻電場，就應采用更大直徑的球電極。當然，采用過大的球電極使設備費用和試驗場地都大大增加也是不恰當的。所以根據被測電壓的大小選擇合適的球電極，或者對于一定大小的球電極有一合適的使用范圍，這是重要的。通常以S/D≤0.75為限。其中S為球電極間距離，D為球電極直徑。在S/D≤0.5，且滿足其他條件時，能使測量準確度在3%以內。當S/D＞0.75以后，不僅放電分散性增加，而且周圍物體對球間隙電場的分布也將有較顯著的影響。球電極與被測電壓上限的關系可參照高電壓試驗標準。

除了球電極使用范圍之外，對周圍物體如地面、增壁、高壓引線及其他物體的距離也有一定要求。通常這個距離與球電極直徑大小有關。此外對球電極本身結構如球柄直徑、表面狀況等都有相應規定。

施加電壓可以一球加高壓，另一球接地，也可以兩球對稱地施加電壓，顯然其放電電壓是不相同的，詳見附錄Ⅰ。

球間隙是利用氣體介質放電來進行測量的，所以應注意大氣條件對測量結果的影響。在附錄Ⅰ中所列的球隙放電電壓是指標準大氣條件下，即大氣壓力760nmHg(101.3kPa)，周圍氣溫20℃，如果實際測量時大氣條件與標準條件不同時，應予以校正。

由于在均勻或稍不均勻電場中，濕度對放電電壓的影響不大，因此一般不需校正。

在使用中，通常由球隙放電時的球隙距離，在相應的放電電壓表中查出標準大氣條件下的放電電壓值U₀，同時由試驗時的大氣條件算出δ值，由此可得實際測量時，球隙的放電電壓U=δU₀，該電壓即為被測高壓值。

此外，球間隙周圍空氣的污染情況也應注意。如放電前球電極表面沉積的塵埃，將會使放電數值不穩定。為此，除應注意試驗場地環境清潔外，在利用球隙進行測量之前，應使球隙放幾次電直到放電電壓達到穩定值，然后開始正式記錄數據，測量一個電壓時，應在球隙上連續放電三次，每次間隔時間不得少于1min。以三次放電電壓的算術平均值作為球隙放電電壓，每個放電電壓值與平均值之差不得大于3%等，這些措施都是為了保證測量結果較近于真正的被測電壓值。

利用球間隙測量高壓時，還須在帶電球極與高壓引線間串入一個電阻，來限制和削弱球隙放電時由于振蕩造成的過電壓，并且防止球電極表面被燒壞。該電阻值可取0.1～0.5Ω/V。

球隙放電時，絕大部分高壓將降落在保護電阻兩端，因此它應有足夠長度，以防止發生沿面閃絡。電阻一股采用水阻。此保護電阻一般不宜拆除或測量時兼作他用。

球隙除用作測量外，還往往被用來保護設備或試品，不受到過高電壓。

在高壓試驗中球隙常常與測量裝置配合使用，以球隙校正分壓比。