高电压和大电流的测量.ppt
高电压技术,高电压工程系李黎,2,5.3.3 多级冲击电压发生器,一 多级冲击电压发生器的原理并联充电、串联放电,首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，G2G4的放电电压在U02U0范围内；对各个电容器同时充电到U0 G1首先击穿，导致G2G4依次击穿；各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲击 电压,3,一 多级冲击电压发生器的原理,充电结束时，上面一排杂散电容被充电到电压U0，下面一排未被充电G1首先击穿，1点电位瞬时降为零，2点电位瞬时变为U0。杂散电容C30来不及放电，3点电位仍维持在U0，于是G2承受的电压（上升到2U0，从而导致G2击穿。G2击穿后，3点电位从U0 降为 U0，4点电位瞬时变为2U0。杂散电容C50来不及放电，5点电位仍维持在U0，于是G3承受的电压上升到3U0，从而导致G3击穿。,4,一 多级冲击电压发生器的原理,关键在于：杂散电容来不及放电杂散电容放电的快慢一方面取决于杂散电容的大小，另一方面取决于放电电阻R的大小，即杂散电容放电的时间常数。在实际当中，有时候为了确保各级球隙能顺利自动放电，还需要采取措施增大杂散电容 雷电冲击与操作冲击波产生方法相同。,5,二 三电极球隙,作用：人为控制输出冲击电压工作原理：当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g击穿，利用间隙g击穿时产生的火花触发主间隙G的击穿。此时应防止间隙G击穿时，高电位沿电极3瞬间贯入低压脉冲回路。,6,冲击电压发生器（1760kV,8级，1.2/50us),7,第6章 高电压和大电流的测量,6.1 对高压测量的要求和必要条件被测电压高，需专门的转换装置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不确定度高，3要充分考虑寄生参数的影响测量系统内部可能放电，电磁干扰复杂,8,6.2 交流高压的测量,在电力系统中，通常用（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不再适用。重新定制PT的造价高，且PT体积、重量也大，所以一般不用。试验室常用测量高压的方法：球隙法静电电压表电压互感器(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,9,6.2.1 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。球放电电压是被测电压的峰值。,10,球隙法的布置,图中A、B值,11,球隙法的注意点：,周围物体的影响照射。规定：当被测电压50kV时或者D12.5cm时，均须照射。保护电阻。保护电阻一般取100k1M球表面。,12,球隙,13,6.2.2 静电电压表,原理：静电引力。测量方法：,特点：由于电容很小，一般为550pF，电极间靠大气绝缘，因此吸收功率很小。可用于直流、工频，用于高频时，需考虑功率吸收。刻度非线性。,14,6.2.3 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）,（C1C2）和L满足谐振条件后,戴维南等值电路,根据戴维宁定理，U为网络开路电压，即,而网络的等效阻抗为从L处看过去的阻抗，为C1与C2并联。因此，等值电路如右图所示。（C1+C2)与L发生串联谐振后，则R上的电压U,15,6.2.4 电容式和电阻式分压器,两种分压器都需考虑消除高压端的电晕。,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，测量电压范围收到限制,16,6.2.5 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；,17,6.3 直流高压的测量,注意：直流中含脉动分量U，脉动系数S3%。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,18,6.3.1 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。,19,6.3.3 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。,20,6.3.4 标准“棒棒”间隙,棒棒类似于球间隙。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。用棒棒间隙取代球间隙测量直流高压。,21,6.3.5 直流高压纹波的测量,纹波分量的计算,如果,则,22,6.4 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%。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,23,6.4.2 冲击分压器系统,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,24,一 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,理想情况下的变比为:（R1R2）/R2 和稳态的电阻分压器相比，其电阻值要小得多。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,25,电容分压器,理想变为(C1+C2)/C1分为两种：串联电容式、集中电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，因此适用与持续时间比较长的操作冲击波,26,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。如果在串联阻容分压器的基础上，再加上高值的并联电阻，即构成“通用分压器”。,27,评价分压器的性能,从两方面：比例系数瞬变响应特性反映波形是否畸变,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相应U(t)。通常A(t)采用直角波。用响应时间T来衡量。,也可采用与标准分压器的响应曲线相对比的方法。,28,二 低压测试回路,匹配电阻：,屏蔽：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,29,6.4.3 冲击峰值电压表,CS的电容量不能过大，因为冲击电压持续时间短，CS的容量不能太小，且电容器CS的泄漏要足够小，否则电容上维持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,在数字式示波器未广泛使用以前，峰值表读数可保持一段时间，显得很方便。目前在仅需要知道峰值，而且没有数字示波器的情况下使用峰值表,
