第12讲高电压和大电流的测量优秀PPT.ppt

第第1212讲高电压和大电流的测量讲高电压和大电流的测量现在学习的是第1页，共38页第第6 6章章 高电压和大电流的测量高电压和大电流的测量对高压测量的要求和必要条件对高压测量的要求和必要条件u被测电压高，需专门的专门的高压到低压高压到低压转换装置转换装置u需考虑信号传输过程的传输过程的畸变畸变u信号变化快，要求测量系统的动态特性动态特性好好u要充分考虑寄生参数寄生参数的影响u高电压和冲击电流测量不确定度应3；使用的低压仪器准确度应 0.5（0.5级）u测量系统内部可能存在放电，电磁干扰复杂电磁干扰复杂，达到规定要求并不容易现在学习的是第2页，共38页6.2 6.2 交流高压的测量交流高压的测量u在电力系统中，通常用（电压互感器PT低压测量仪表）监视运行电压。u但在高压实验室中，试验用高压很高，电网用的PT不再适。重新定制PT的造价高，且PT体积、重量也大，所以一般不用电压互感器。试验室常用测量高压的方法：试验室常用测量高压的方法：球隙法球隙法球隙法球隙法 静电电压表静电电压表静电电压表静电电压表 电压互感器电压互感器电压互感器电压互感器(PT)PT)PT)PT)分压器（电容式、电阻式）分压器（电容式、电阻式）分压器（电容式、电阻式）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）电流计算法（高压电容器配合整流回路）电流计算法（高压电容器配合整流回路）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现在学习的是第3页，共38页6.2.1 6.2.1 球隙法球隙法u理论依据：均匀电场中均匀电场中，气体击穿电压气体击穿电压与间隙距离间隙距离有稳定的对应关系对应关系。球隙特点：电场较为均匀。u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进行大气环境的修正。*球球隙隙放电电压是被测电压的峰值放电电压是被测电压的峰值现在学习的是第4页，共38页球隙法的布置注意事项（结构见课本）球隙法的布置注意事项（结构见课本）图中A、B值的要求A放电点与大地之间的距离B放电点与周围物体之间的距离现在学习的是第5页，共38页使用球隙法应注意：使用球隙法应注意：1周围物体周围物体（主要指带电和接地物体带电和接地物体）的影响2照射照射。国标规定：当被测电压50kV时或者DC2的容抗电压表V输入阻抗高输入阻抗高1.寄生电容的影响显著2.电阻上的发热，引起阻值变化，测量电压范围受到限制现在学习的是第12页，共38页6.2.5 6.2.5 高压电容器配合整流回路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 测量通过电容器的电流电流就能够推算出被测交流推算出被测交流高压的峰值高压的峰值全桥整流时，流过电流表的电流增大电流增大1倍倍现在学习的是第13页，共38页6.3 6.3 直流高压的测量直流高压的测量 注意：带有脉动的带有脉动的直流高压中，脉动分量脉动分量的幅值U=(Umax-Umin)/2，脉动系数脉动系数测量仪器：测量仪器：高阻分压器高阻分压器 旋转电位计旋转电位计 静电电压表静电电压表 标准标准“棒棒棒棒”间隙间隙现在学习的是第14页，共38页6.3.1 6.3.1 高阻分压器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可以不采取屏蔽 6.3.2 6.3.2 静电电压表静电电压表表示的是瞬时值的平方瞬时值的平方的平均值平均值，因此在直流纹波较大时，读数不是平均值。现在学习的是第15页，共38页6.3.3 6.3.3 旋转电位计旋转电位计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。可变电容可变电容和电流表电流表串联串联来测直流高压现在学习的是第16页，共38页6.3.4 6.3.4 标准标准“棒棒棒棒”间隙间隙棒棒棒棒类似于类似于球间隙球间隙u球间隙的问题：测量直流高压时，球隙放电的分散分散性较大性较大，其不确定度不确定度超过了3，达到5。u所以用棒棒间隙取代球棒棒间隙取代球间隙间隙测量直流高压。现在学习的是第17页，共38页6.3.5 6.3.5 直流高压纹波的测量直流高压纹波的测量纹波分量的计算如果 则隔直通交？隔直通交？分压分压现在学习的是第18页，共38页6.4 6.4 冲击高压的测量冲击高压的测量u冲击电压的特点特点：持续时间短，波形变化快，幅值高要求测量系统有很好的瞬变响应很好的瞬变响应特性 国标规定，冲击电压测量系统的不确定度不确定度为：幅值3%；波形时间10%。对于雷电冲击截波雷电冲击截波，如果截断时间在0.52 s，那么允许幅值测量的不确定度为5%；6.4.1 6.4.1 球隙法球隙法 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 【确保瞬态响应特性好瞬态响应特性好】现在学习的是第19页，共38页6.4.2 6.4.2 冲击冲击分压器系统分压器系统冲击分压器系统由分压器分压器和测试回路测试回路组成测量回路一般需要同时测量峰值与波形现在学习的是第20页，共38页一一 分压器分压器u雷电冲击雷电冲击：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）u操作冲击操作冲击：主要采用电容式电容式理想情况下变比为:（R1R2）/R2 和稳态的稳态的电阻分压器相比，采用无感电阻无感电阻。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现在学习的是第21页，共38页电容分压器电容分压器u理想分压比为(C1+C2)/C1u分为两种：串联电容式串联电容式、集中集中电容式电容式u测量电压可达数MV。u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，因此适用适用于于持续时间比较长持续时间比较长的操作的操作冲击波冲击波现在学习的是第22页，共38页阻容分压器阻容分压器阻容分压器（并联并联阻容阻容分压器）阻尼电容分压器（串联串联阻容阻容分压器）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约为几个约为几个 ，可阻尼杂散振荡阻尼杂散振荡。首端引入匹配电阻引入匹配电阻Rd，与导线波阻抗相等，约300400。如果串联阻容分压器串联阻容分压器的R1采用1000M，即构成“通用分压器通用分压器”。现在学习的是第23页，共38页评价分压器的性能评价分压器的性能从两方面：1高低压的比例系数比例系数2瞬变响应瞬变响应特性反映波形是否畸变定义响应特性响应特性：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响应响应U(t)（归一化）。通常A(t)采用直角波。1、用响应时间响应时间（阴影部分面积T）来衡量衡量分压器响应的好坏响应的好坏。T越小，响应性能越好2、也可采用与标准分压器的响应曲线相对比的方法。现在学习的是第24页，共38页二二 低压测试回路低压测试回路防止防止波在电缆上来回反射波在电缆上来回反射，加装加装匹配电阻匹配电阻R3和R4，若电缆的波阻抗为Z：屏蔽防干扰：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 现在学习的是第25页，共38页分压比分压比现在学习的是第26页，共38页6.4.3 6.4.3 冲击峰值电压表冲击峰值电压表u因为冲击电压持续时间短，CS的电容量不能过大的电容量不能过大，否否则则电容充电时间过长，电容上的电压还没有达到峰电压还没有达到峰值，冲击电压波就已经为值，冲击电压波就已经为0 0u电容器CS的泄漏要足够小的泄漏要足够小，且CS的容量不能太小的容量不能太小，否否则则电容上维持电压峰值的维持电压峰值的时间不足时间不足以使放大器回路完成转换完成转换，也会造成测量误差 在数字式示波器可测量冲击电压峰值，也可用专门的冲击电压峰值的仪表，峰值峰值表表读数可保持一段时间，在仅需要知道峰值很方便。现在学习的是第27页，共38页6.5 6.5 冲击电流的产生和测量冲击电流的产生和测量电力设备的冲击电流试验：几kA几十kA6.5.1 6.5.1 冲击电流波形冲击电流波形非振荡非振荡冲击电流波振荡振荡冲击电流波tf视在波头视在波头时间，tt视在半峰值视在半峰值时间，IM电流峰值，IM反极性电流峰值 现在学习的是第28页，共38页冲击电流波的波形参数冲击电流波的波形参数电力系统对避雷器进行冲击电流实验时，用以下参数的波形：1雷电冲击电流波形：8/20 s；u波形为4/10 s的冲击电流波；u波形为18/20 s的冲击电流波；u视在波头时间为视在波头时间为30100 s的冲击电流波，其视在半峰时间为视在波头时间的2倍以上；u视在波头时间为视在波头时间为1 s的陡波陡波冲击电流波；u方波冲击电流方波冲击电流：标准波长持续时间2000 s；现在学习的是第29页，共38页6.5.1 6.5.1 冲击电流波形方波冲击电流波形方波T0.9波长持续时间波长持续时间，T0.1波的总持续时间波的总持续时间，IM电流峰值IM反极性电流峰值，I峰值附近叠加的高频叠加峰值 方波方波冲击电流波形 现在学习的是第30页，共38页6.5.2 6.5.2 冲击电流波的产生冲击电流波的产生冲击电流发生器的工作原理 回路方程为：发送脉冲发送脉冲启动三电极球隙使使G击穿击穿，短时间内把电容C储存的能量释放出来，在试品上产生很大的冲击电流现在学习的是第31页，共38页冲击电流波形的类型冲击电流波形的类型方程的解分三种情况方程的解分三种情况：阻尼电阻R1）欠阻尼 2）临界阻尼3）过阻尼增加电流的方法：增加电流的方法：1 增加电容量 2 减小回路电感，减小回路电阻回路方程为：现在学习的是第32页，共38页6.5.3 6.5.3 冲击电流的测量冲击电流的测量特点：特点：持续时间短、变化快持续时间短、变化快。用响应时间响应时间T来表示其特性。目前常用两类测量系统：u分流器分流器测量系统；u电流互感器电流互感器（CT）测量系统现在学习的是第33页，共38页一一 分流器测量系统分流器测量系统RsR1Z，RsRK远小于R1R2，R1R2 被测冲击电流 测量系统的响应时间主要取系统的响应时间主要取决于分流器决于分流器，分流器的响应时间为 电阻R2上的电流为 电阻R2上的电压为 因此分流比为 d-圆筒形电极的厚度-电阻率现在学习的是第34页，共38页分流器分流器分流器是将被测电流转换为适当幅值电压被测电流转换为适当幅值电压1)它具有很大的电流容量，2)能够耐受大电流产生的电动力，3)分流器的电阻应该很小，其电阻温度系数也要非常小。4)分流器的电感值要远小于电阻值.绞线式折带式同轴园管式电阻管式现在学习的是第35页，共38页电流互感器电流互感器对于特大幅值冲击电流，分流器制造困难。需采用电流互感器一般用空心互感器，而不用铁心。因为冲击电流中包含丰富的高频成分，铁心在高频下产生的损耗带来测量误差；同时，因为di/dt足够大，即使不用铁心，也能感应出足够高的电压线圈输出端的感应电势为：互感系数M可以实测，但一般需要事先计算。(1)自积分法（自积分法（电压电压）如果很小，且则现在学习的是第36页，共38页外积分法（外积分法（电流电流）如果R很大，且有则即且上下限频率外积分法等效电路图现在学习的是第37页，共38页冲击电流测量系统的校正方法冲击电流测量系统的校正方法 （1）方波电流试验法 给测量系统注入方波电流注入方波电流，测量输出端的方波响应输出端的方波响应。（2）电流试验法 给测量系统注入高频电流注入高频电流，测量输出端电流的大小输出端电流的大小，可求得该频率下的系统阻抗系统阻抗。改变注入电流的频率，可得到阻抗与频率的关系阻抗与频率的关系曲线曲线。（3）波头相位法 可测量具有电感效应的分流器的响应时间，并可在高压下进行。将分流器接入冲击电流发生器回路，使回路产生衰减振荡波。由于电感的作用，示波器图形的起始部分有一个突然跃变。根据跃变的参数，即可求出响应时间。（4）比对法 是和“标准”测量系统的测量结果进行比对校正。现在学习的是第38页，共38页