高電壓測量技術：高壓分壓器、球隙測壓器
在有些電子設備測試中，有高達萬伏的電壓；在電力系統(tǒng)中則常遇到需測量數(shù)十萬伏甚至更高電壓的問題。在電力系統(tǒng)中，廣泛應用電壓互感器配上低壓電壓表來測量高電壓，在試驗室條件下則用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器、裝置來測量高電壓。
（1）高壓靜電電壓表
在兩個特制的電極間加上電壓u，電極間就會受到靜電力f的作用，而且f的大小與u的數(shù)值有固定的關系，因而設法測量f的大小或它所引起的可動極板的位移或偏轉就能確定所加電壓u的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測量低電壓，也可以在高電壓測量中得到應用。
如果采用的是消除了邊緣效應的平板電極，那么應用靜電場理論，很容易求得f與u的關系式，并可得知
，但儀表不可能反映力的瞬時值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，則電極在一個周期T內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，或者反過來
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即靜電電壓表用于測量交流電壓時，測得的是它的有效值。
為了減小極間距離d和儀表體積，極間應采用均勻電場，所以高壓靜電電壓表的電極均采用消除了邊緣效應的平板電極，如圖1所示，圓形的可動電極1位于保護電極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。為保證邊緣電場不會影響到電極1和3工作面之間電場的均勻性，固定電極3和保護電極2的外直徑D相對于它們之間的距離d來說要取得比較大，而它們的邊緣也應具有足夠大的曲率半徑r以避免出現(xiàn)電暈放電。
圖1 靜電電壓表極板結構示意圖
靜電電壓表的內阻抗特別大，能直接測量相當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；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
在不少場合，只需要測量高電壓的峰值，例如絕緣的擊穿就僅僅取決于電壓的峰值�，F(xiàn)已制成的產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測量交流高壓
如圖2（a），當被測電壓u隨時間而變化時，流過電容Ｃ的電流
。在u的正半波，電流經整流元件D1及檢流計G流回電源。如果流過G的電流平均值為Iav。那么它與被測電壓的峰值Um之間存在下面的關系
�。�2）
式中，C為電容器的電容量；f為被測電壓的頻率。
②利用電容器充電電壓來測量交流高壓
如圖2（b），幅值為Um的被測交流電壓經整流器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測得。如用后一種測量方法，則被測電壓的峰值
圖2 峰值電壓表接線原理圖
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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）球隙測壓器
球隙測壓器是惟一能直接測量高達數(shù)兆伏的各類高電壓峰值的測量裝置。它由一對直徑相同的金屬球構成，測量誤差約2％～3％，能滿足大多數(shù)工程測試的要求。
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算公式，但因存在某些難以準確估計的影響因素，所得結果往往不能滿足測量精度的要求。在實用上，通常均通過實驗的方法得出不同球隙的放電電壓數(shù)據，為了使用的方便，它們被制成表格或曲線備用。
球隙在高壓試驗時的接入方式如圖3所示，圖中R1為限流電阻，當被試品或球隙擊穿時，它既限制流過試驗裝置的電流，也限制流過球隙F的電流；R2為球隙測壓器的專用保護電阻，主要防止球隙在持續(xù)作用電壓下放電時，雖然已有R1的限流作用，但流過球隙的電流仍過大，又未能及時切斷，從而使兩球的工作面被放電火花所灼傷。不過在測量沖擊電壓時，一般不希望接有R2，因為這時電壓的變化速率du／dt很大，流過球隙的電容電流CFdu／dt也較大（CF為兩球間的電容），就會在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 球隙測壓器接入示意圖
（4）高壓分壓器
當被測電壓很高時，不但高壓靜電電壓表無法直接測量，就是球隙測壓器亦將無能為力，因為球極的直徑不能無限增大（一般不超過2m）。當需要用示波器測量電壓的波形時，也不能直接將很高的被測電壓引到示波器的偏轉極板上去。在這些場合，采用高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等測量儀器進行測量，是Z合理的解決方案。
對分壓器Z重要的技術要求有二：分壓比的準確度和穩(wěn)定性（幅值誤差要小）；分出的電壓與被測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量儀器的低電壓。這里對各種分壓器不再作具體介紹，讀者可以參考有關資料。
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