高電壓測(cè)量技術(shù)：高壓分壓器、球隙測(cè)壓器
在有些電子設(shè)備測(cè)試中，有高達(dá)萬(wàn)伏的電壓；在電力系統(tǒng)中則常遇到需測(cè)量數(shù)十萬(wàn)伏甚至更高電壓的問(wèn)題。在電力系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用電壓互感器配上低壓電壓表來(lái)測(cè)量高電壓，在試驗(yàn)室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測(cè)壓器、高壓分壓器等儀器、裝置來(lái)測(cè)量高電壓。
（1）高壓靜電電壓表
在兩個(gè)特制的電極間加上電壓u，電極間就會(huì)受到靜電力f的作用，而且f的大小與u的數(shù)值有固定的關(guān)系，因而設(shè)法測(cè)量f的大小或它所引起的可動(dòng)極板的位移或偏轉(zhuǎn)就能確定所加電壓u的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來(lái)測(cè)量低電壓，也可以在高電壓測(cè)量中得到應(yīng)用。
如果采用的是消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，那么應(yīng)用靜電場(chǎng)理論，很容易求得f與u的關(guān)系式，并可得知
，但儀表不可能反映力的瞬時(shí)值f，而只能反映其平均值F。
如果u是按正弦函數(shù)作周期性變化的交流電壓，則電極在一個(gè)周期T內(nèi)所受到的作用力平均值F與交流電壓的有效值U的平方成正比，或者反過(guò)來(lái)
（1）
即靜電電壓表用于測(cè)量交流電壓時(shí)，測(cè)得的是它的有效值。
為了減小極間距離d和儀表體積，極間應(yīng)采用均勻電場(chǎng)，所以高壓靜電電壓表的電極均采用消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，如圖1所示，圓形的可動(dòng)電極1位于保護(hù)電極2的中心部位，二者之間只隔著很小的空隙g，連接線使電極1和2具有相同的電位。為保證邊緣電場(chǎng)不會(huì)影響到電極1和3工作面之間電場(chǎng)的均勻性，固定電極3和保護(hù)電極2的外直徑D相對(duì)于它們之間的距離d來(lái)說(shuō)要取得比較大，而它們的邊緣也應(yīng)具有足夠大的曲率半徑r以避免出現(xiàn)電暈放電。
圖1 靜電電壓表極板結(jié)構(gòu)示意圖
靜電電壓表的內(nèi)阻抗特別大，能直接測(cè)量相當(dāng)高的交流和直流電壓。在大氣中工作的高壓靜電電壓表的量程上限在50～250kV的范圍內(nèi)；電極處于壓縮SF6氣體中的高壓靜電電壓表的量程上限可提高到500～600kV。
（2）峰值電壓表
在不少場(chǎng)合，只需要測(cè)量高電壓的峰值，例如絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值。現(xiàn)已制成的產(chǎn)品有交流峰值電壓表和沖擊峰值電壓表，它們通常均與分壓器配合起來(lái)使用。
交流峰值電壓表的工作原理可分為兩類：
①利用整流電容電流來(lái)測(cè)量交流高壓
如圖2（a），當(dāng)被測(cè)電壓u隨時(shí)間而變化時(shí)，流過(guò)電容Ｃ的電流
。在u的正半波，電流經(jīng)整流元件D1及檢流計(jì)G流回電源。如果流過(guò)G的電流平均值為Iav。那么它與被測(cè)電壓的峰值Um之間存在下面的關(guān)系
�。�2）
式中，C為電容器的電容量；f為被測(cè)電壓的頻率。
②利用電容器充電電壓來(lái)測(cè)量交流高壓
如圖2（b），幅值為Um的被測(cè)交流電壓經(jīng)整流器D使電容C充電到某一電壓Ud，它可以用靜電電壓表PV或用電阻（R）串聯(lián)微安表PA測(cè)得。如用后一種測(cè)量方法，則被測(cè)電壓的峰值
圖2 峰值電壓表接線原理圖
�。�3）
式中，T為交流電壓的周期；C為電容器的電容量；R為串聯(lián)電阻的阻值。
在RC≥20T的情況下，式（3）的誤差≤2.5％。
（3）球隙測(cè)壓器
球隙測(cè)壓器是惟一能直接測(cè)量高達(dá)數(shù)兆伏的各類高電壓峰值的測(cè)量裝置。它由一對(duì)直徑相同的金屬球構(gòu)成，測(cè)量誤差約2％～3％，能滿足大多數(shù)工程測(cè)試的要求。
它的工作原理基于一D直徑（D）的球隙在一D極間距離（d）時(shí)的放電（擊穿）電壓為一D值。若已知直徑D和極間距離d，球隙的放電電壓可從理論上推得計(jì)算公式，但因存在某些難以準(zhǔn)確估計(jì)的影響因素，所得結(jié)果往往不能滿足測(cè)量精度的要求。在實(shí)用上，通常均通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法得出不同球隙的放電電壓數(shù)據(jù)，為了使用的方便，它們被制成表格或曲線備用。
球隙在高壓試驗(yàn)時(shí)的接入方式如圖3所示，圖中R1為限流電阻，當(dāng)被試品或球隙擊穿時(shí)，它既限制流過(guò)試驗(yàn)裝置的電流，也限制流過(guò)球隙F的電流；R2為球隙測(cè)壓器的專用保護(hù)電阻，主要防止球隙在持續(xù)作用電壓下放電時(shí)，雖然已有R1的限流作用，但流過(guò)球隙的電流仍過(guò)大，又未能及時(shí)切斷，從而使兩球的工作面被放電火花所灼傷。不過(guò)在測(cè)量沖擊電壓時(shí)，一般不希望接有R2，因?yàn)檫@時(shí)電壓的變化速率du／dt很大，流過(guò)球隙的電容電流CFdu／dt也較大（CF為兩球間的電容），就會(huì)在R2上造成一D壓降，使作用在球隙上的電壓與被試品上的電壓不一致，引起較大的誤差。
圖3 球隙測(cè)壓器接入示意圖
（4）高壓分壓器
當(dāng)被測(cè)電壓很高時(shí)，不但高壓靜電電壓表無(wú)法直接測(cè)量，就是球隙測(cè)壓器亦將無(wú)能為力，因?yàn)榍驑O的直徑不能無(wú)限增大（一般不超過(guò)2m）。當(dāng)需要用示波器測(cè)量電壓的波形時(shí)，也不能直接將很高的被測(cè)電壓引到示波器的偏轉(zhuǎn)極板上去。在這些場(chǎng)合，采用高壓分壓器來(lái)分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，是Z合理的解決方案。
對(duì)分壓器Z重要的技術(shù)要求有二：分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性（幅值誤差要�。�；分出的電壓與被測(cè)高電壓波形的相似性（波形畸變要�。�。
按照用途的不同，分壓器可分為交流高壓分壓器、直流高壓分壓器和沖擊高壓分壓器等；按照分壓元件的不同，它又可分為電阻分壓器、電容分壓器、阻容分壓器等三種類型。每一分壓器均由高壓臂和低壓臂組成。在低壓臂上得到的就是分給測(cè)量?jī)x器的低電壓。這里對(duì)各種分壓器不再作具體介紹，讀者可以參考有關(guān)資料。
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