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工頻高電壓擊穿的測量儀器及方法

更新時間:2024-02-27      點擊次數:560

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:

ZJC-100KV (1).png

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xL是變壓器漏抗,CX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CX上的電壓和xL上的電壓相位差180°如圖3-16所示,可以看出被試品上電壓UCX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。

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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。

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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

image.png   (3-9)

分壓器高壓臂對地雜散電容CE和對高壓端雜散電容CL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/D0.75為限。其中S為球電極間距離,D為球電極直徑。在S/D0.5,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

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。

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