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1、冲击电压测量冲击电压测量一、冲击电压分压器一、冲击电压分压器 测量误差的理论分析测量误差的理论分析 误差原因：误差原因：和工频分压器一样，由于分压器存在对地的分布和工频分压器一样，由于分压器存在对地的分布杂散电容杂散电容，电阻分压器在测量冲击电压时存在峰值测量误差，电阻分压器在测量冲击电压时存在峰值测量误差和波形滞后的测量误差（这里暂不考虑回路电感的影响）和波形滞后的测量误差（这里暂不考虑回路电感的影响）阶跃响应：阶跃响应：研究冲击分压器误差时，常考虑在它的高压端输研究冲击分压器误差时，常考虑在它的高压端输入一阶跃波，然后计算或测量低压臂两端的输出波，此输出入一阶跃波，然后计算或测量低压臂两端
2、的输出波，此输出波称作为阶跃响应波称作为阶跃响应稳态分压稳态分压稳态分压稳态分压比为比为比为比为N NU Ua a与与与与NUNUb bU Ua a/N/N与与与与U Ub b 的差别的差别的差别的差别Ua(输入方波输入方波)Nub（输出电压折算到高压）（输出电压折算到高压）Ua/N(输入电压折算到低压输入电压折算到低压)Ub（输出电压）（输出电压）UaNUbUa/NUbtt00uu阶跃响应的理论计算令施加的阶跃波幅值为令施加的阶跃波幅值为U U0 0，则则u ub b（t t）=（U U0 0/N/N）112exp2exp（-t/-t/）2exp2exp（-4t/-4t/）2exp2exp（
3、-9t/-9t/）式中式中R C e/R C e/2 2 N N为稳态分压比，为稳态分压比，N N（R R1 1R R2 2）/R/R2 2标准化的单位阶跃响应：标准化的单位阶跃响应：其中其中U Ub b(t(t)为输入单位方波时的输出响应，将其乘以稳态分压为输入单位方波时的输出响应，将其乘以稳态分压比比N N再除以再除以1 1（单位方波幅值）即为（单位方波幅值）即为g(tg(t)。知道了知道了知道了知道了g(tg(t)，可由堆叠积分计算任意输入波形，可由堆叠积分计算任意输入波形，可由堆叠积分计算任意输入波形，可由堆叠积分计算任意输入波形（可由无数个单位方波堆叠而成）的输出，从（可由无数个单位
4、方波堆叠而成）的输出，从（可由无数个单位方波堆叠而成）的输出，从（可由无数个单位方波堆叠而成）的输出，从而确定在该输入波形时的测量误差。而确定在该输入波形时的测量误差。而确定在该输入波形时的测量误差。而确定在该输入波形时的测量误差。tU0实验阶跃响应时间：实验阶跃响应时间：IEC 60IEC 602 2规定的实验阶跃响应时间规定的实验阶跃响应时间的定义为的定义为式中式中O O称为称为g g（t t）的）的视在零点视在零点，它是通过，它是通过g g（t t）波前最陡）波前最陡点所作正切直线与时间横轴线之间的交点。点所作正切直线与时间横轴线之间的交点。阶跃响应时间为：单位方波与单位方波响应所加面积
5、阶跃响应时间为：单位方波与单位方波响应所加面积测量系统的测量误差计算测量系统的测量误差计算测量系统的测量误差计算测量系统的测量误差计算设系统输入电压为设系统输入电压为设系统输入电压为设系统输入电压为U Ua a(t(t),),方波响应为方波响应为方波响应为方波响应为U*U*b b(t(t)，由堆叠积分可，由堆叠积分可，由堆叠积分可，由堆叠积分可得得得得a.a.当响应时间一定，测量的相对误差随时间而变当响应时间一定，测量的相对误差随时间而变当响应时间一定，测量的相对误差随时间而变当响应时间一定，测量的相对误差随时间而变b.b.时间越小，相对误差越大，起始部分的相对误差最大时间越小，相对误差越大，
6、起始部分的相对误差最大时间越小，相对误差越大，起始部分的相对误差最大时间越小，相对误差越大，起始部分的相对误差最大 如如如如t=tt=t1 1时，误差为时，误差为时，误差为时，误差为 U(tU(t1 1)，相，相，相，相对误对误差差差差 U(tU(t1 1)显显然然然然较较大大大大b.b.当当当当 U U一定，一定，一定，一定，t tCC越小，越小，越小，越小，T T也应越小也应越小也应越小也应越小c.c.t tCC一定，一定，一定，一定，T T越大，相对误差越大。越大，相对误差越大。越大，相对误差越大。越大，相对误差越大。（4 4 4 4）当系统单位方波响应为振荡波）当系统单位方波响应为振荡
7、波）当系统单位方波响应为振荡波）当系统单位方波响应为振荡波 则则则则1 1 1 1g(tg(tg(tg(t)有正有负有正有负有正有负有正有负 总响应时间为各正负时间之和总响应时间为各正负时间之和总响应时间为各正负时间之和总响应时间为各正负时间之和 T=TT=TT=TT=T1 1 1 1-T-T-T-T2 2 2 2+T+T+T+T3 3 3 3T T T T4 4 4 4+T+T+T+T5 5 5 5 输出波形的起始部分也叠加有振荡，输出波形的起始部分也叠加有振荡，输出波形的起始部分也叠加有振荡，输出波形的起始部分也叠加有振荡，但当时间大于但当时间大于但当时间大于但当时间大于g(tg(tg(t
8、g(t)达到稳定所需时间后达到稳定所需时间后达到稳定所需时间后达到稳定所需时间后 输出电压波形将平行于输入波输出电压波形将平行于输入波输出电压波形将平行于输入波输出电压波形将平行于输入波例如：有时为了补偿分压器的对地电容有时为了补偿分压器的对地电容CeCe，在分压器的高压端安装一个在分压器的高压端安装一个园伞形屏蔽环。然而由于此屏蔽园伞形屏蔽环。然而由于此屏蔽环的存在，也增加了高压端的对环的存在，也增加了高压端的对地电容地电容CeCe，它会与高压引线的电，它会与高压引线的电感形成振荡。即使在导线首端加感形成振荡。即使在导线首端加上阻尼电阻，振荡仍难以避免。上阻尼电阻，振荡仍难以避免。此时测量系
9、统的振荡型阶跃响应此时测量系统的振荡型阶跃响应g g（t t）如图所示。如图所示。振荡型阶跃响应 带屏蔽环的电阻分压器电阻分压器的方波响应g（t）及T计算举例：计算举例：一台测量雷电冲击波的电阻分压器，高压臂电阻一台测量雷电冲击波的电阻分压器，高压臂电阻R R1 1为为2102104 4欧，对地总杂散电容欧，对地总杂散电容CeCe为为50pF50pF，求，求g g（t t）及）及T T。解：解：RCe/RCe/2 20.101s0.101s代入代入g(t)g(t)的计算式得的计算式得实际计算实际计算g g（t t）时，）时，k k取取到到4 4就足够了就足够了画出画出g g（t t）的图形如图
10、）的图形如图所示所示电阻分压器的方波响应g（t）及T响应时间：响应时间：剖面部分为阶跃响应时间剖面部分为阶跃响应时间T TT TRCe/6RCe/60.167s0.167s响应时间要求：响应时间要求：T0.2sT0.2s即可满足测量即可满足测量1.2/50s1.2/50s全波或波尾截断全波或波尾截断波的要求波的要求 结论：结论：这台分压器基本上符这台分压器基本上符合技术标准合技术标准 电阻分压器原理图 二、二、测量冲击电压的电阻分压器测量冲击电压的电阻分压器分压器高压臂为分压器高压臂为R R1 1，低压臂为低压臂为R R2 2。电阻材料：电阻材料：测量冲击电压的电阻分压器，测量冲击电压的电阻分
11、压器，通常是用通常是用电阻丝绕制电阻丝绕制的。为了减小电感，的。为了减小电感，要求在满足电阻值及温升不过高的前提要求在满足电阻值及温升不过高的前提下丝线尽可能短，要求所用材料是非磁下丝线尽可能短，要求所用材料是非磁性的且比电阻较大。为了避免阻值随温性的且比电阻较大。为了避免阻值随温度而变动，要求所用材料的温度系数较度而变动，要求所用材料的温度系数较小，通常是小，通常是用卡玛丝、康铜丝用卡玛丝、康铜丝按按无感绕无感绕法法做成。做成。阻值：阻值：测量雷电冲击电压的电阻分压器测量雷电冲击电压的电阻分压器的阻值一般约为一万欧姆左右，不宜超的阻值一般约为一万欧姆左右，不宜超过两万欧姆，最小不低于两千欧姆
12、。一过两万欧姆，最小不低于两千欧姆。一般最高测量电压为般最高测量电压为20002000千伏。千伏。适用波形：适用波形：测量操作冲击电压很少采用测量操作冲击电压很少采用电阻分压器，更宜采用电容分压电阻分压器，更宜采用电容分压1 1 1 1、对地电容、对地电容、对地电容、对地电容C C C Ce e e e的影响的影响的影响的影响用接在分压器用接在分压器用接在分压器用接在分压器R R中点的集中等值电容中点的集中等值电容中点的集中等值电容中点的集中等值电容C Ceded来代替来代替来代替来代替R RC Ce e分布参数回路，并分布参数回路，并分布参数回路，并分布参数回路，并保持响应时间不变。保持响应
13、时间不变。保持响应时间不变。保持响应时间不变。HR/2R/2xu2u1Cde2 2 2 2、电感、电感、电感、电感L L L L的影响的影响的影响的影响曲线曲线曲线曲线3 3 3 3、4 4 4 4、5 5 5 5是当是当是当是当R R R R R R R RC C C C时的振荡型单位方波响应。时的振荡型单位方波响应。时的振荡型单位方波响应。时的振荡型单位方波响应。由于由于由于由于CkCkCkCk的存在，的存在，的存在，的存在，g g g gt t t t(t(t(t(t)开始不为零开始不为零开始不为零开始不为零3 3 3 3、减少电阻分压器测量误差的措施、减少电阻分压器测量误差的措施、减少
14、电阻分压器测量误差的措施、减少电阻分压器测量误差的措施1 1 1 1）让起始电压分布接近稳态电压分布）让起始电压分布接近稳态电压分布）让起始电压分布接近稳态电压分布）让起始电压分布接近稳态电压分布a a、横补法，减小、横补法，减小、横补法，减小、横补法，减小C Ce e的影响的影响的影响的影响b b、纵补法，加大纵电容、纵补法，加大纵电容、纵补法，加大纵电容、纵补法，加大纵电容C Ck k可改可改可改可改 善分压器起始电压分布。一善分压器起始电压分布。一善分压器起始电压分布。一善分压器起始电压分布。一 般采用不均匀补偿法，从下般采用不均匀补偿法，从下般采用不均匀补偿法，从下般采用不均匀补偿法，
15、从下 往上逐渐加大电容。往上逐渐加大电容。往上逐渐加大电容。往上逐渐加大电容。2 2 2 2）减小）减小）减小）减小R R R R值，并减小值，并减小值，并减小值，并减小R R R R的尺寸（泡在油中）的尺寸（泡在油中）的尺寸（泡在油中）的尺寸（泡在油中）4 4 4 4、电阻分压器测量回路、电阻分压器测量回路、电阻分压器测量回路、电阻分压器测量回路连接与屏蔽：连接与屏蔽：波形记录仪或示波器往往离分压器几米到几十米，波形记录仪或示波器往往离分压器几米到几十米，其间要用射频同轴电缆相连接。电缆采用损耗小的聚乙烯作为绝其间要用射频同轴电缆相连接。电缆采用损耗小的聚乙烯作为绝缘。电缆外金属皮套接地，以
16、免电磁场干扰。缘。电缆外金属皮套接地，以免电磁场干扰。阻抗匹配：阻抗匹配：它的波阻抗它的波阻抗Z Z大多为大多为5050，7575。由于被测冲击波波由于被测冲击波波前较陡，截波变化更快，所以电缆的一端或两端需有波阻抗进行前较陡，截波变化更快，所以电缆的一端或两端需有波阻抗进行匹配，以免电缆两端不断产生波的反射，后者会使记录到的波形匹配，以免电缆两端不断产生波的反射，后者会使记录到的波形出现高频振荡出现高频振荡 电阻分压器测量回路 图中图中R R1 1和和R R2 2分别为分压器的分别为分压器的高低压臂电阻高低压臂电阻，R R4 4为末端匹配电阻为末端匹配电阻，它与电缆的波阻抗它与电缆的波阻抗Z
17、 Z相等。相等。R R3 3为首端匹配电阻为首端匹配电阻即即R R2 2R R3 3Z Z分压比：分压比：t t0 0时的分压比称作时的分压比称作初始分压比初始分压比；t t时的分压比时的分压比称作称作稳态分压比稳态分压比。总分压比：总分压比：可以论证当测量阶跃波时，初始分压比和稳态分可以论证当测量阶跃波时，初始分压比和稳态分压比是相等的。总的分压比压比是相等的。总的分压比K K为高压端输入电压为高压端输入电压u u1 1与示波器与示波器（CROCRO）两端获得的电压两端获得的电压u u2 2之间的比值之间的比值电阻分压器测量回路 分压比：分压比：K Knn（R R1 1R R2 2）（）（R
18、 R3 3R R4 4）R R1 1R R2 2/R/R2 2R R4 4式中式中n n为在为在R R4 4上的二次分压比值。上的二次分压比值。单端匹配：单端匹配：若若K K值太大，可改为仅首端或末端用电阻匹配值太大，可改为仅首端或末端用电阻匹配电缆芯电阻：电缆芯电阻：电缆较长时，在末端匹配时，需计入电缆芯电缆较长时，在末端匹配时，需计入电缆芯电阻的分压作用电阻的分压作用电阻分压器测量回路 电容分压器及其对地杂散电容Ce（Ce）三、三、测量冲击电压的电容分压器测量冲击电压的电容分压器1 1 1 1、串联式电容分压器、串联式电容分压器、串联式电容分压器、串联式电容分压器可以看出，可以看出，可以看
19、出，可以看出，U U U U2 2 2 2U U U U1 1 1 1与时间无关，即与时间无关，即与时间无关，即与时间无关，即U U U U2 2 2 2与与与与U U U U1 1 1 1波形相同。波形相同。波形相同。波形相同。由于由于由于由于C C C Ce e e e的影响，的影响，的影响，的影响，忽略电感后忽略电感后忽略电感后忽略电感后与分析工频与分析工频与分析工频与分析工频交流分压器时一样，交流分压器时一样，交流分压器时一样，交流分压器时一样，电容分压器只造成电容分压器只造成电容分压器只造成电容分压器只造成峰值测量误差，而无波形误差峰值测量误差，而无波形误差峰值测量误差，而无波形误差
20、峰值测量误差，而无波形误差电容分压器及其对地杂散电容Ce（Ce）分压器电容：分压器电容：若要电容分压器的输出若要电容分压器的输出电压峰值误差不超过电压峰值误差不超过1 1，则电容分压，则电容分压器的每米电容量不应小于器的每米电容量不应小于300 300 pFpF。如。如分压器高度按每米分压器高度按每米500500千伏估计，则电千伏估计，则电容分压器每百万伏的电容量不应小于容分压器每百万伏的电容量不应小于600 600 pFpF，有时要满足这样的要求是有，有时要满足这样的要求是有困难的。因为电容值过大，不仅增加困难的。因为电容值过大，不仅增加了成本费及其直径；而且对冲击电压了成本费及其直径；而且
21、对冲击电压发生器来讲是增加了负荷，有时是不发生器来讲是增加了负荷，有时是不允许的。允许的。杂散电容：杂散电容：Ce值可按垂直圆柱体的对值可按垂直圆柱体的对地杂散电容来估算。一般直径下，其地杂散电容来估算。一般直径下，其值约为每米长值约为每米长20 pF。电容分压器及其对地杂散电容Ce（Ce）计算中使用的电容：计算中使用的电容：一般一般C C1 1采用采用有限值，通过现场实测它的有效有限值，通过现场实测它的有效电容电容C C1e1e，用它取代用它取代C C1 1来计算分压来计算分压比。或是在现场用精密的分压器比。或是在现场用精密的分压器来校订它的特性。在使用这些方来校订它的特性。在使用这些方法时
22、，现场条件包括分压器位置、法时，现场条件包括分压器位置、高压引线、试品位置等应该与实高压引线、试品位置等应该与实际测量时基本上一致际测量时基本上一致同轴电缆两端匹配的测量回路同轴电缆两端匹配的测量回路同轴电缆两端匹配的测量回路同轴电缆两端匹配的测量回路 同轴电缆仅首端匹配的测量回路同轴电缆仅首端匹配的测量回路同轴电缆仅首端匹配的测量回路同轴电缆仅首端匹配的测量回路电容分压器测量回路电容分压器测量回路1 1、电缆首端匹配电阻图中的、电缆首端匹配电阻图中的R R1 1等于电缆的波阻抗等于电缆的波阻抗Z Z2 2、电缆两端匹配电阻图中的、电缆两端匹配电阻图中的R R1 1、R R2 2等于电缆的波阻
23、抗等于电缆的波阻抗Z Z施加阶跃电压的初瞬，进入电缆的波幅都为：施加阶跃电压的初瞬，进入电缆的波幅都为：U U1 1CC1 1/(C/(C1 1+C+C2 2)Z/(Z+R)Z/(Z+R1 1)C C1 1U U1 1/2/2(C(C1 1+C+C2 2)同轴电缆仅首端匹配的测量回路 波过程：波过程：在图中，电缆末端为示波器输入端，输入阻在图中，电缆末端为示波器输入端，输入阻抗甚高，输入电容很小，可以看为开路。故进入的电抗甚高，输入电容很小，可以看为开路。故进入的电压波到末端有一正的反射波迭加到入射波上，示波器压波到末端有一正的反射波迭加到入射波上，示波器获得的电压为获得的电压为C C1 1U
24、 U1 1/(C/(C1 1+C+C2 2)。等到反射波运行到电缆首。等到反射波运行到电缆首端，由于端，由于C C2 2较大而较大而R R1 1已经与电缆波阻相匹配，故在首端已经与电缆波阻相匹配，故在首端无再次的反射波无再次的反射波同轴电缆仅首端匹配的测量回路初始分压比：初始分压比：在此初瞬时在此初瞬时 K K1 1(C(C1 1+C+C2 2)/C)/C1 1似稳状态：似稳状态：波在电缆中运行两倍行程的时间波在电缆中运行两倍行程的时间22后，可后，可看作达到似稳状态，此时电缆被看作为是一个电容看作达到似稳状态，此时电缆被看作为是一个电容C C0 0，故，故当当t2t2时时 K K2 2(C(
25、C1 1+C+C2 2C C0 0)/C)/C1 1同轴电缆仅首端匹配的测量回路K K1 1(C(C1 1+C+C2 2)/C)/C1 1，K K2 2(C(C1 1+C+C2 2C C0 0)/C)/C1 1电压过冲问题：电压过冲问题：由于由于K K1 1与与K K2 2有些差异，同轴电缆将引起有些差异，同轴电缆将引起电压最初的电压最初的“过冲过冲”，其相对值与，其相对值与C C0 0/(C/(C1 1+C+C2 2)有关有关对于短的或中等长度的电缆，以及高对于短的或中等长度的电缆，以及高C C2 2值，即高分压比值，即高分压比的情况，此过冲的作用甚微，可以忽略的情况，此过冲的作用甚微，可以
26、忽略当电容分压器应用于测量暂态电压的现场试验时，常需当电容分压器应用于测量暂态电压的现场试验时，常需用较长的电缆，此时可以采用早年由用较长的电缆，此时可以采用早年由FGBurchFGBurch提出的提出的接线图：同轴电缆两端匹配的测量回路接线图：同轴电缆两端匹配的测量回路 同轴电缆仅首端匹配的测量回路同轴电缆两端匹配的测量回路在此回路中选择在此回路中选择C C1 1+C+C2 2C C3 3C C0 0初始分压比：初始分压比：t t0 0时，分压比时，分压比同轴电缆两端匹配的测量回路 似稳态分压比：似稳态分压比：t2t2时，分压比时，分压比K K2 2(C(C1 1+C+C2 2+C+C3 3
27、C C0 0)/C)/C1 12(C2(C1 1+C+C2 2)/C)/C1 1分压比相同：分压比相同：回路的初始分压比和似稳态分压比相同回路的初始分压比和似稳态分压比相同同轴电缆两端匹配的测量回路 2 2 2 2）阻尼式电容分压器（集中式电容分压器略）阻尼式电容分压器（集中式电容分压器略）阻尼式电容分压器（集中式电容分压器略）阻尼式电容分压器（集中式电容分压器略）高频振荡：高频振荡：电容分压器由于其本电容分压器由于其本身有分布电感及对地的杂散电容，身有分布电感及对地的杂散电容，在施加陡峭冲击波时，会产生高在施加陡峭冲击波时，会产生高频振荡。高压引线与分压器的电频振荡。高压引线与分压器的电容，
28、也会产生振荡电压。施加的容，也会产生振荡电压。施加的波形越陡，分压器的额定电压越波形越陡，分压器的额定电压越高，即其高度越高，波形振荡的高，即其高度越高，波形振荡的问题越为突出。多年前的阻容并问题越为突出。多年前的阻容并联分压器商品也存在这个问题联分压器商品也存在这个问题阻尼式电容分压器：阻尼式电容分压器：7070年代起，年代起，发展了阻容串联分压器，也就是发展了阻容串联分压器，也就是阻尼式电容分压器阻尼式电容分压器阻容分压器原理图阻容分压器原理图初始分压比：初始分压比：K K1 1(R(R1 1+R+R2 2)/R)/R2 2似稳态分压比：似稳态分压比：K K2 2(C(C1 1+C+C2
29、2)/C)/C1 1令令K K1 1K K2 2 即得即得C C1 1R R1 1C C2 2R R2 2实际取值：考虑到大回路振荡的条件考虑到大回路振荡的条件建议建议C C1 1R R1 1CC2 2R R2 2如取如取R R2 20.8C0.8C1 1R R1 1/C/C2 2等。等。用途：用途：阻尼式电容分压器可以作为工频阻尼式电容分压器可以作为工频和冲击两用的分压器和冲击两用的分压器低压臂测量回路：低压臂测量回路：阻尼式电容分压器的阻尼式电容分压器的低压臂测量回路的处理方法与电容分压低压臂测量回路的处理方法与电容分压器相同器相同河南电力设备厂高压大厅河南电力设备厂高压大厅户外冲击电压发
30、生器户外冲击电压发生器及分压器及分压器四、四、测量冲击电压的峰值电压表测量冲击电压的峰值电压表充电时间常数充电时间常数充电时间常数充电时间常数T T T Tc c c c=R=R=R=R0 0 0 0C C C C越小越好越小越好越小越好越小越好电容电容电容电容C C C C放电经过放电经过放电经过放电经过R R R R0 0 0 0和电压表电阻和电压表电阻和电压表电阻和电压表电阻R R R R进行，进行，进行，进行，时间常数越大越好。时间常数越大越好。时间常数越大越好。时间常数越大越好。前者要求电容前者要求电容前者要求电容前者要求电容C C C C小，后者要求电容小，后者要求电容小，后者要求
31、电容小，后者要求电容C C C C大。大。大。大。等值电路等值电路等值电路等值电路CR分别为整流管正向导通电阻和反向截止电阻改进电路改进电路改进电路改进电路R1CC1RC值很小，C1值很大R1 R0冲击刚来，冲击刚来，冲击刚来，冲击刚来，C C很快充电至很快充电至很快充电至很快充电至U Umaxmax,C,C1 1还无电荷还无电荷还无电荷还无电荷当整流管截止，当整流管截止，当整流管截止，当整流管截止，C C使使使使C C1 1充电，充电，充电，充电，C C1 1上电压上电压上电压上电压U UmaxmaxC/(C+CC/(C+C1 1)所以所以所以所以 T Tc cCRCR0 0 很小很小很小很
32、小 T Tf f（C CC C1 1）R R0 0 很大很大很大很大T Tc c和和和和T Tf f是测量准确度高低的关键是测量准确度高低的关键是测量准确度高低的关键是测量准确度高低的关键测量误差测量误差测量误差测量误差1 1、与电阻分压器连接的时间常数、与电阻分压器连接的时间常数、与电阻分压器连接的时间常数、与电阻分压器连接的时间常数2 2、与电容分压器连接的时间常数、与电容分压器连接的时间常数、与电容分压器连接的时间常数、与电容分压器连接的时间常数CRUR1R2RegR0CCRC1C2UCegC五、光纤传输技术测量高电压五、光纤传输技术测量高电压利用光纤传输技术和光学传感器测量高电压，特别
33、是测量利用光纤传输技术和光学传感器测量高电压，特别是测量冲击高电压，越来越受到人们的重视，因为它具有许多优冲击高电压，越来越受到人们的重视，因为它具有许多优点点优点：优点：高压和低压测量仪器通过光纤隔离，后者具有高压和低压测量仪器通过光纤隔离，后者具有很高很高的绝缘水平的绝缘水平而且具有而且具有高抗电磁干扰高抗电磁干扰的能力。在冲击电压的的能力。在冲击电压的测量中，用光纤取代了同轴电缆传递信号，排除了产生电测量中，用光纤取代了同轴电缆传递信号，排除了产生电磁干扰的一个重要环节，有利于通用数字示波器及其它数磁干扰的一个重要环节，有利于通用数字示波器及其它数字化仪器在高电压条件下的测试。目前光纤传
34、输系统的测字化仪器在高电压条件下的测试。目前光纤传输系统的测量频带已经可以做得很宽，能满足测量准确度的要求量频带已经可以做得很宽，能满足测量准确度的要求缺点：缺点：但与传统的高压分压器或分流器为主要部件的测量但与传统的高压分压器或分流器为主要部件的测量系统相比，光电测量系统的系统相比，光电测量系统的稳定性较差稳定性较差调制方式：调制方式：幅度光强度调制（幅度光强度调制（AMAMIMIM）；）；调频光强度调制（调频光强度调制（FMFMIMIM）；）；数字脉冲调制；数字脉冲调制；利用光电效应。利用光电效应。六、测量冲击高电压的示波器六、测量冲击高电压的示波器高压电子示波器概念：概念：是一种记录快速
35、一次过是一种记录快速一次过程现象而且具有高加速电压的程现象而且具有高加速电压的专用电子示波器。专用电子示波器。应用领域：应用领域：在高电压技术领域在高电压技术领域中，应用它观测和记录一次过中，应用它观测和记录一次过程的雷电冲击波或操作冲击波。程的雷电冲击波或操作冲击波。在军工、核物理、近代物理、在军工、核物理、近代物理、力学等技术领域，也应用它记力学等技术领域，也应用它记录高速动态过程。录高速动态过程。示波器的特点频响特性：频响特性：记录速度高，加速记录速度高，加速电压高（一般为电压高（一般为101020kV20kV）；）；具有较高的频率响应特性具有较高的频率响应特性抗干扰性能：抗干扰性能：垂
36、直灵敏度不垂直灵敏度不高，被测电压信号峰值高高，被测电压信号峰值高（3003001000V1000V）；信噪比较）；信噪比较高；只装有信号衰减器，不高；只装有信号衰减器，不装设放大器装设放大器使用方法：使用方法：需通过照相的方需通过照相的方法记录所显示的波形法记录所显示的波形误差：误差：峰值峰值测量不确定度应测量不确定度应不不大于大于2%2%；波形时间波形时间的测量不确的测量不确定度应定度应不大于不大于4%4%发展趋势：发展趋势：逐渐有被数字存储逐渐有被数字存储示波器所取代的趋势示波器所取代的趋势数字存储示波器和数字记录仪 瞬态仪：瞬态仪：数字存储示波器和数字记录仪（数字存储示波器和数字记录仪
37、（DigitigerDigitiger，又称又称瞬态波形存储器）是瞬态波形存储器）是2020世纪世纪6060年代发展起来的新型测试仪器。年代发展起来的新型测试仪器。应用领域：应用领域：主要用作测量各种瞬态过程，如爆炸、冲击、振主要用作测量各种瞬态过程，如爆炸、冲击、振动、武器发射过程及高速电磁脉冲（动、武器发射过程及高速电磁脉冲（EMPEMP）的测量等。它在的测量等。它在各种工程技术、生物医学、原子物理、军事科学等领域中已各种工程技术、生物医学、原子物理、军事科学等领域中已得到了广泛的应用得到了广泛的应用在高压领域的应用：在高压领域的应用：19731973年首见应用于高电压测量。它在高年首见应
38、用于高电压测量。它在高电压测试领域中不仅应用于电压测试领域中不仅应用于稳态的工频高电压测量稳态的工频高电压测量和和谐波分谐波分析析，更重要的是，它被应用于，更重要的是，它被应用于快速暂态过程的测量快速暂态过程的测量，如冲击，如冲击电压电压(电流电流)的测量，的测量，GIS(GIS(气体绝缘金属封闭开关设备气体绝缘金属封闭开关设备)中的中的甚快速暂态过电压测量，内绝缘局部放电波形测量等。它的甚快速暂态过电压测量，内绝缘局部放电波形测量等。它的应用不仅可使被测波形在屏幕上应用不仅可使被测波形在屏幕上“锁住锁住”，以使一次过程波，以使一次过程波便于被人们观测，而且可以通过其专用软盘把波形存储起来，便
39、于被人们观测，而且可以通过其专用软盘把波形存储起来，或是连至计算机进行分析计算、打印和存储或是连至计算机进行分析计算、打印和存储 七、高电压测量的抗干扰七、高电压测量的抗干扰电磁兼容电磁兼容(Electro(Electromagnetic compatibility)magnetic compatibility)：是是指电气设备（包括电子设备）在它所处电磁环境中能指电气设备（包括电子设备）在它所处电磁环境中能令人满意地工作。若作为干扰源时，只具有可容许的令人满意地工作。若作为干扰源时，只具有可容许的干扰发射；而作为感受器时，对干扰只具有可容许的干扰发射；而作为感受器时，对干扰只具有可容许的敏感
40、度。敏感度。高电压测量的电磁兼容问题：高电压测量的电磁兼容问题：在高电压测量条件下，在高电压测量条件下，在现场则有高电压大电流的各种电气设备和导线，在在现场则有高电压大电流的各种电气设备和导线，在实验室内则有高电压或大电流的发生装置。弱电的测实验室内则有高电压或大电流的发生装置。弱电的测量设备或仪器，在上述条件下工作，最严重的状况是量设备或仪器，在上述条件下工作，最严重的状况是弱电测量设备或仪器，由于弱电测量设备或仪器，由于地电位升高而引起地电位升高而引起“反击反击”或由于或由于强电磁干扰强电磁干扰造成个别关键造成个别关键元件损坏元件损坏，以致测，以致测量设备或仪器无法正常工作；较严重的状况则
41、是测量量设备或仪器无法正常工作；较严重的状况则是测量设备或仪器受到干扰设备或仪器受到干扰的影响，使记录到的的影响，使记录到的信号严重失信号严重失真真电磁干扰源：电磁干扰源：电磁干扰主要有三方面的来源电磁干扰主要有三方面的来源一种是测量用的射频一种是测量用的射频同轴电缆外皮中同轴电缆外皮中通过的通过的暂态电流暂态电流所引起的干扰；所引起的干扰；另一种是另一种是间隙放电间隙放电时产生的空间电磁辐射；时产生的空间电磁辐射；第三种是仪器第三种是仪器电源线引入的干扰电源线引入的干扰。冲击高电压测量中的干扰以第一种最须予以重视冲击高电压测量中的干扰以第一种最须予以重视环路电流产生的压降及杂散电容引起的地电
42、位升高C C：为冲击电压（或电流）发生器的主电容为冲击电压（或电流）发生器的主电容CsCs：高压端对大地及墙（无屏蔽层遮蔽）之间的杂散电容高压端对大地及墙（无屏蔽层遮蔽）之间的杂散电容E E点：点：本来通过接地电阻本来通过接地电阻R R接地，电位为零接地，电位为零A A点：点：为试品下端，它通过导线与为试品下端，它通过导线与E E相连，其原始电位也为零相连，其原始电位也为零杂散电容Cs对E点电位的影响地电位升高（反击）：地电位升高（反击）：但当试品或与它相并联的铜球但当试品或与它相并联的铜球隙突然放电时，除了隙突然放电时，除了C C通过放电间隙通过放电间隙S S形成放电回路外，形成放电回路外，
43、由于由于CsCs原来也充有电荷，它也会通过原来也充有电荷，它也会通过S S及接地电阻及接地电阻R R进进行放电。在此放电瞬间，行放电。在此放电瞬间，R R上流过了电流，于是上流过了电流，于是E E点电点电位不再是零。位不再是零。环路电流引起的压降：环路电流引起的压降：由于主放电回路中的电流在由于主放电回路中的电流在A A点点与与E E点连线中产生压降，从而使点连线中产生压降，从而使A A点电位不等于点电位不等于E E点电位，点电位，也就更不等于是零电位也就更不等于是零电位杂散电容Cs对E点电位的影响例：例：在产生冲击大电流的情况下在产生冲击大电流的情况下若若A A点离点离E E点的距离为点的距
44、离为1 1米米连接线的电感约为连接线的电感约为1uH/m1uH/m故故A A、E E间的电感约为间的电感约为1uH1uH设电流的变化率为设电流的变化率为5105101010A/secA/sec则放电瞬间则放电瞬间A A、E E之间的瞬间压差的最大值可达之间的瞬间压差的最大值可达50kV50kV采取的措施：采取的措施：分压器或分流器的接地点最好是直接分压器或分流器的接地点最好是直接接在接在E E点上点上，但实际上这项措施也较难能够保证，但实际上这项措施也较难能够保证杂散电容Cs对E点电位的影响电缆外皮暂态电流I造成干扰电压UcdR0电缆首端接地电阻R1电缆末端接地电阻放电电流对A、B、E点电位的
45、影响 电缆外皮暂态电流造成干扰在间隙在间隙S S放电时，由于电容分压放电时，由于电容分压器也经过器也经过S S放电，放电，B B与与A A间也出现间也出现压差压差总之放电会造成各总之放电会造成各点的电位波点的电位波动动，且，且U UA AUUB BUUE E00电流流过同轴电缆的外屏蔽层：电流流过同轴电缆的外屏蔽层：由于同轴电缆的末端（接示波由于同轴电缆的末端（接示波器端）可能另有接地端，即使器端）可能另有接地端，即使没有直接接地端，考虑到示波没有直接接地端，考虑到示波器外壳的对地杂散电容的作用，器外壳的对地杂散电容的作用，使在使在B B点电位升高时，会有电流点电位升高时，会有电流流过同轴电缆
46、的外屏蔽层流过同轴电缆的外屏蔽层此时，即使电缆输入端芯线与此时，即使电缆输入端芯线与外屏蔽层间短路，由于有了外外屏蔽层间短路，由于有了外皮中的暂态电流皮中的暂态电流i i，使，使示波器示波器的的输入端输入端c c、d d端间仍会端间仍会出现一压出现一压降降 UcdUcd高电压试验时的抗干扰措施 降低回路压降：降低回路压降：所有高压试验中的接地回线都应用尺所有高压试验中的接地回线都应用尺寸较大的铝（铜）板或宽带做成，以减小接地回线上寸较大的铝（铜）板或宽带做成，以减小接地回线上形成的压降。形成的压降。主回路电流：主回路电流：主放电电流都经过此回线流回设备。主放电电流都经过此回线流回设备。接地点：
47、接地点：接地点或接地网只起固定电位的作用。接地点或接地网只起固定电位的作用。接地电阻：接地电阻：在野外试验及未采用全屏蔽的实验室里，在野外试验及未采用全屏蔽的实验室里，希望接地电阻值尽可能做得小一些，以减小杂散电流希望接地电阻值尽可能做得小一些，以减小杂散电流流过接地电阻所造成的压降流过接地电阻所造成的压降 实验室采用全屏蔽：实验室采用全屏蔽：高压设备放电时，杂散电容也高压设备放电时，杂散电容也将同时放电，为此可把高压试验厅用金属体将同时放电，为此可把高压试验厅用金属体(板或网板或网)全屏蔽起来，即作成一个大法拉弟笼，全屏蔽起来，即作成一个大法拉弟笼，单点接地：单点接地：笼仅有一点与地相连，如
48、图所示，则杂笼仅有一点与地相连，如图所示，则杂散电容电流通过法拉弟笼流回设备，散电容电流通过法拉弟笼流回设备，E E点的电位不会点的电位不会升高。全屏蔽措施也有利于避免高压放电对外造成升高。全屏蔽措施也有利于避免高压放电对外造成电磁干扰，同时也可防止室外的电磁干扰及无线电电磁干扰，同时也可防止室外的电磁干扰及无线电波对室内进行局部放电等项试验时所采用的高灵敏波对室内进行局部放电等项试验时所采用的高灵敏度测试仪器的不利影响度测试仪器的不利影响实验室采用全屏蔽 建立小屏蔽室：建立小屏蔽室：专为应用于高专为应用于高压测试中的通用数字示波器及压测试中的通用数字示波器及其附属设备建一小屏蔽室或屏其附属设
49、备建一小屏蔽室或屏蔽盒。它们是用金属板焊成，蔽盒。它们是用金属板焊成，或用双层屏蔽网构成或用双层屏蔽网构成 降低电缆外皮中暂态电流引起的共模干扰具体措施 分压器：分压器：分压器应置于紧靠集中接地极的地点，并以最短分压器应置于紧靠集中接地极的地点，并以最短的连线相接。此接地连线应采用较宽的铜带或铝带；由分的连线相接。此接地连线应采用较宽的铜带或铝带；由分压器到测量仪器敷设宽度较大的金属板或金属带作为接地压器到测量仪器敷设宽度较大的金属板或金属带作为接地连线连线电缆敷设：电缆敷设：测量电缆应沿此接地连线紧靠地面敷设，使电测量电缆应沿此接地连线紧靠地面敷设，使电缆外皮与接地连线构成的回路面积尽量减小
50、。若有可能，缆外皮与接地连线构成的回路面积尽量减小。若有可能，测量电缆宜直接敷设在该接地连线的金属板、带之下测量电缆宜直接敷设在该接地连线的金属板、带之下电缆长度：电缆长度：测量电缆长度应尽可能短测量电缆长度应尽可能短电缆双层屏蔽：电缆双层屏蔽：采用双屏蔽同轴电缆，或在单屏蔽同轴电采用双屏蔽同轴电缆，或在单屏蔽同轴电缆外再套一金属管，甚至在双屏蔽同轴电缆外也再套金属缆外再套一金属管，甚至在双屏蔽同轴电缆外也再套金属管管电缆的屏蔽接地：电缆的屏蔽接地：电缆的外层屏蔽及金属管多点接地，电缆的外层屏蔽及金属管多点接地，至少应两端接地。电缆内层屏蔽在分压器端接地，测量至少应两端接地。电缆内层屏蔽在分压