《电气测试技术 教学课件 ppt 作者 陈荣保 第07章 极限参数测试技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气测试技术 教学课件 ppt 作者 陈荣保 第07章 极限参数测试技术（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 极限参数测试技术,7.1 极限参数的测量 7.2 接地电阻的测量 7.3 高电压的测量 7.4 大电流的测量 7.5 瞬间高速信号的测量 7.6微弱信号的测量 习题,7.1 绝缘参数测量,7.1.1 绝缘电阻和吸收比的测量 当电气设备的绝缘受热和受潮时，绝缘材料容易老化，其绝缘电阻逐渐降低，进而容易造成电气设备漏电或短路事故的发生。为了避免事故发生，就要求经常测量各种电气设备的绝缘电阻，判断其绝缘程度是否满足设备正常运行的要求。常用的测试仪表是绝缘电阻表（俗称兆欧表）,可测绝缘电阻最大可达105106 M左右.,测量原理 测量绝缘电阻及吸收比就是利用吸收现象来检查绝缘是否整体受潮，有无
2、贯通性集中性缺陷,规程上规定加压后60s和15s时测得的绝缘电阻之比为吸收比，即 如吸收曲线所示，初始瞬间由于各种极化过程的存在，介质中流过的电流很大，随时间增加。电流逐渐减小，最后趋于一稳定值Ig，这个电流稳定值就是由介质电导决定的泄漏电流，与之相应的电阻就是介质的绝缘电阻。,绝缘试品原理图,绝缘试品等效图,吸收曲线,测量仪表 测量绝缘电阻兆欧表分为手摇式和电动式两种，有三个外接接线端子，它们是Line端子L，接于被试设备的高压屏蔽导体上；Earth端子E，接于被试设备的外壳或地上；Guard 端子G，接于被试设备的高压屏蔽环/罩上，以消除表面泄漏电流的影响。下图是手摇式兆欧表的内部结构。
3、电压线圈和电流线圈电流为I1和I2，产生两个方向不同的转矩T1和T2： B1()和B2()与两线圈电流之比 有关 偏转角 就能反映测量电阻的大小,手摇式兆欧表的内部结构,测量方法 兆欧表有三个外接接线端子:接于被测设备的高压屏蔽导体上线端子L;接于被试设备外壳或地上地端子E;接于被试设备的高压屏蔽环/罩上屏蔽端子G。 一般被测绝缘电阻都接在“L”端和“E”端之间,当被测绝缘体表面漏电严重时,将被测物的屏蔽环或不用测量的部分与“G”端相连接.测量电缆线芯和外表之间的绝缘电阻时,要接好屏蔽端钮“G”.当空气湿度大或电缆绝缘表面不干净时,在电缆外表面加一个金属屏蔽环,金属屏蔽环与兆欧表的“G”端相连
4、.,兆欧表测量绝缘电阻接线图,局限性,一般直流兆欧表的电压2.5kV以下，比某些电气设备的工作电压要低很多，当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下大得多，即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。 一般直流兆欧表的输出电在2mA以下，当被测试设备的等效电容较大（如电力变压器、发电机定子绕组）时，充电速度慢，难以测得准确数据。,介质损耗因数tg是反映绝缘性能的基本指标之一。它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。介质损耗因数tg与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试验电压、试品尺寸等因数无关，更便于判断电气设备绝缘变化情况。,
5、7.1.2 介质损耗因数tg的测量,介质损耗（介质损耗角）,介质损耗是指绝缘材料在一定强度的交变电场的作用下，由于介质电导、介质极化效应和局部放电，在其内部引起有功损耗，简称损耗。,介质损耗因数和介质损耗角正切tg,电介质的介质损耗因数就等于该电介质的介质损耗角正切tg，它是一个无量纲常数。而有功损耗，所以介质损耗角正切tg可以用来衡量电介质损耗大小。,QSI电桥测量tg原理,ZX为被试品等效阻抗，Cn为标准电容器，R3和C4则分别为可调无感电阻和可调无感电容器。当电桥平衡时，流过检流计G电流Ig0，各桥臂的阻抗满足： 各桥臂各元器件的阻抗分别为： 最终整理得：,QSI型电桥原理图,7.2 接
6、地电阻的测量,7.2.1 接地阻抗测量原理 接地电阻的测量一般采用伏安法或接地电阻表法，基本原理如图（a）。 在接地极和电流极之间施加工频交流电压U，就会有电流过接地极、大地和辅助电流电极构成回路，并形成图（b）所示的电位分布。如果辅助电流极离接地极的距离足够远，就会在它们的中间出现电压降近似为零的区域，该区域的电位分布对应图（b）中电位分布曲线中间平坦的部分。假设辅助电压极P正好位于该区域，电压表和电流的读数分别为V和I，则接地体E的工频接地阻抗为：,a：接线原理图,b：接地体附近电位分布图,7.2 接地电阻的测量,7.2.1 接地阻抗测量方法 现场运行部门一般采用电压-电流表法或专用接地电
7、阻表（俗称接地摇表）进行测量接地阻抗，如图所示，其中升压变压器是为了防止电源短路。测量接地阻抗时电极的布置一般有电极直线布置和三角布置两种。,7.2 接地电阻的测量,7.2.1 接地阻抗测量方法 图a为电极直线布置,一般选电流线dGP等于4D5D,D为接地网最大对角线长度，电压线dGP为0.618dGP左右.测量时还应将电压极沿接地网与电流极连线方向前后移动dGP的5%,各测一次.若3次测得的阻抗值接近,可以认为电压极位置选择合适.若3次测量值不接近,应查明原因.当远距离放线有困难时，在土壤电阻率均匀地区dGP可取2D,土壤电阻率不均匀地区dGP可取3D左右. 图b为电极三角布置图,一般选dG
8、P=dGC=4D5D,夹角 .测量时也应将电压极前后移动再测两次,共测3次.,a：直线布置,b：三角形布置,7.2 接地电阻的测量,7.2.1 接地阻抗测量仪表注意事项 选用与被测元件电压等级相适应的摇表， 用摇表测试高压设备的绝缘时,应由两人进行。 测量前必须将被测线路或电气设备的电源全部断开。 摇表使用的表线必须是绝缘线,不能用双股绞合绝缘线；表线端部应有绝缘护套。 测量前应对摇表进行开路校检。 测试前将被试线路或电气设备接地放电，必须取得对方允许后才可进行。 测量时，摇动摇表手柄的速度要均匀，以120r/min为宜；保持稳定转速1min后，取读数，以便躲开吸收电流的影响。 测试过程中两手
9、不得同时接触两根线。 测试完毕应先拆线，后停止摇动摇表。 雷电时，严禁测试线路绝缘。,7.3 高电压的测量,测量交流高电压的常用方法： 利用测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值。 利用高压静电电压表测量电压的有效值。 利用以分压器作为转换装置所组成的测量系统来测量交流电压。 利用整流电容电流测量交流高压电的峰值。 利用整流充电电压测量交流电压峰值。 利用旋转伏特计测量直流及交流电压的瞬时值。 以光电系统测量交流高电压。,7.3 高电压的测量,7.3.1 测量球隙 均匀电场下空气间隙的放电电压与间隙距离具有一定的关系，可以利用间隙放电来测量电压。 测量球隙是由一对相同直径的金属球所构成。加压时，
10、球隙间形成稍不均匀电场。当其余条件相同时，球间隙在大气中的击穿电压决定于球间隙距离。 对一定球径，间隙中电场随距离的增长而越来越不均匀。被测电压越高，间隙距离越大，要求球径也越大，这样才能保持稍不均匀电场。 由于测量球并不是处在无限大空间里，而是有外物及大地对球间电场发生影响，很难用静电场理论来计算球间的电场强度和击穿电压，因此测量球隙的放电电压主要是靠试验来决定的。,7.3 高电压的测量,7.3.1 测量球隙 要达到球隙所能达到的测量准确度，其结构和使用条件必须符合规定。见图a与表a.,a：球隙与周围物体及地面的允许距离,a：测量球周围的空隙规定,7.3 高电压的测量,7.3.1 测量球隙,
11、优点：可以测量稳态高电压和 冲击电压的幅值，几乎是直接测量超高电压的唯一设备。 结构简单，容易自制或购买，不易损坏。 测量交流及冲击电压的不确定度在以内，被IEC和国家标准作为标准测量装置。,缺点：测量时必须放电，每次放电必须跳闸，放电时可能产生振荡，又可能引起过电压。所以，用球隙测量电压很不方便。通常只用来校订别的测量仪器，即作校订曲线。 气体放电有统计性，数据分散，必须取多次放电数据的平均值， 实际使用较麻烦，测量稳态电压要作校订曲线，测量冲击电压要用50%放电电压法。 要校订大气条件。 被测电压越高，球径越大。 测量球隙一般不宜室外使用，会产生异常放电。,7.3 高电压的测量,7.3.2
12、 静电电压表,静电电压表是通过加电压于两电极，由两电极分别充上异性电荷，测量电极受到的静电机械力的大小或是由静电力导致的某一极板的偏移（或偏转）来得到所加电压大小的表计。静电电压表可以用来测量低电压，也可用它直接测量高电压。 若有一对电极，电极间距离为 ,电容为 ,所加电压的瞬时值为 ,则此电容的电场能量为： 假定静电电压表的两电极接在端电压恒定的电源上，当极板作无穷小的移动dl时，电极所受到的作用力f为: 若所加的电压u作周期变化，则在变化的一周期内，由于极板的惯性质量较大，极板的位置不变，一个周期T内力的平均值： 设u作正弦变化，结合上式得： 平行极板的电容情况下，极板间为均匀电场，很容易
13、求出，则可通过测得f求U。,7.3 高电压的测量,7.3.2 静电电压表,如图：极板的中心极板面积为S，其周围为均匀电场用的屏蔽环，则其电容： 式中， 为空气的节电常数， 为极板介质的相对电常数，则： 根据前文可得极板所受作用力的大小 ： 式中 单位分别为 。在均匀电场中就是电场强度 ，于是： 可见电场作用力与电压的平方成正比。显然， 若所施电压为交流或含交流分量的直流电压 时，电场作用力与电压的有效值成正比。,7.3 高电压的测量,7.3.2 静电电压表,静电电压表有两种类型：一种是绝对仪静电电压表，当电极S已知的条件下，测量电极之间的作用力f以及极间距l，由此计算出电极所施加的被测电压的一
14、种复杂精密的静电电压表。正因为可以计算出被测电压，所以不 需要其他测量电压的仪表来为之校订和刻出其 电压刻度。另一种是工程上应用的非绝对仪静 电电压表，构造简单， 测量方便，有一定 的不确定度。约 1%3%，量程 可达1000KV。,一种绝对静电电压表,普通静电电压表示意图,7.3 高电压的测量,7.3.2 静电电压表,国产高压静电电压表的型号及规格,国产Q4-V型100kV静电电压表外形,7.3 高电压的测量,7.3.3 高压交流分压器及充气标准电容器 分压器是一种将高电压波形转换成低压波形的转换装置，由高压臂和低压臂组成.输入电压加到这个装置上，输出电压则取自低压臂。通过分压器可解决以低压
15、仪表及仪器测量高压峰值及波形的问题. 原理如图：Z1为高压臂的高阻抗，Z2为低压臂的低阻抗.测量电压时，大部分电压降落在Z1上，Z2上仅分到一小部分电压，该低压值乘上一个系数(刻度因数)即可获得被测的高压值.此系数常称为分压比。 分压比： 其中， 准确测量要求电压仅在幅值上差倍，两者的相位差几乎为零。,7.3 高电压的测量,7.3.3 高压交流分压器及充气标准电容器,分压器的基本要求： 分压器接入被测电路应基本上不影响被测电压的幅值和波形。 分压器所消耗的电能应不大。在一定得冷却条件下，分压器消耗的电能所形成温升不应引起分压比的改变。 由分压器低压臂所测得的电压波形应与被测电压波形相同，分压比
16、在一定频带范围内应与被测电压的频率和幅值无关。 分压比与大气条件（气压、气温、湿度）无关或基本无关。 分压器中应无电晕及绝缘之泄露电流，或者说即使有极微量的电晕和泄露，它们应对分压比的影响很小。 分压器应采取适当的屏蔽措施，使它的测量结果基本上或完全不受周围环境的影响。,7.3 高电压的测量,7.3.4 峰值电压表,峰值电压表是用于测量周期性波形及一次过程波形峰值的电压表。现已有兼能测量上述两大类波形峰值的1.6kV峰值电压表。其标准要求能接到分压器低压臂的峰值电压表的测量不确定度不大于1%。本节叙述适用于交流高电压测量的几种峰值电压表的基本原理。其中一种是利用电容电流整流来测量电压峰值；另一种是利用电容器上的整流充电电压来测量电压峰值。,7.3 高电压的测量,7.3.4 峰值电压表,利用电容电流整流测量峰值电压 利用电容电流整流测量峰值电压的原理图7.3.8所示。故一周期内通过检流计G的平均电流： 即G的读数与电压的峰值成正比，可以通过
