高(gao)電(dian)壓的測量
本章核(he)心(xin)概念：
標準(zhun)測量(liang)系統與(yu)認(ren)可(ke)測量(liang)系統，擴(kuo)展(zhan)不確定度，測量(liang)球隙(xi)，電阻(zu)(zu)分(fen)壓器(qi)(qi)，電容(rong)分(fen)壓器(qi)(qi)，阻(zu)(zu)容(rong)分(fen)壓器(qi)(qi)，匹配(pei)阻(zu)(zu)抗，階躍響應，反擊，屏蔽(bi)與(yu)抗干(gan)擾
7.1 高電壓(ya)測量基(ji)本(ben)概念
7.1.1 概(gai)論(lun)
測量(liang)高電壓擊穿的(de)(de)難度較(jiao)大(da)，有(you)許多測量(liang)低(di)電壓時(shi)不存在(zai)(zai)的(de)(de)新問(wen)題。高電壓下(xia)(xia)必須嚴格重視儀器設備和人(ren)身安全、做(zuo)好(hao)防護措施；在(zai)(zai)測量(liang)較(jiao)高電壓時(shi)不僅有(you)泄(xie)漏的(de)(de)影響(xiang)，還有(you)電暈的(de)(de)影響(xiang)；在(zai)(zai)交流(liu)電壓和沖擊電壓下(xia)(xia)有(you)雜散(san)參(can)數的(de)(de)影響(xiang)，沖擊電壓下(xia)(xia)還要求良好(hao)的(de)(de)階躍響(xiang)應特性；電壓高達(da)數兆伏時(shi)，難度更(geng)大(da)。
高電壓擊穿的測(ce)(ce)量可從測(ce)(ce)量方法和測(ce)(ce)量對(dui)象兩個角度去分析，表7-1綜合了高電壓測量體系中的高電壓測量具體方法和測量對象，并給出了方法的適用性。
高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)測(ce)(ce)量包括穩態高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)測(ce)(ce)量和沖(chong)擊高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)測(ce)(ce)量。穩態高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)是指(zhi)交(jiao)流(liu)高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)和直流(liu)高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)以及頻(pin)率(lv)在(zai)一(yi)定范圍以內的(de)(de)高(gao)(gao)頻(pin)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)或脈(mo)動成分很大的(de)(de)直流(liu)高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)。在(zai)高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)測(ce)(ce)量中，除(chu)采用(yong)測(ce)(ce)量球隙等直接測(ce)(ce)量法外，還經常采用(yong)多種轉換裝置的(de)(de)間接測(ce)(ce)量方法。常用(yong)分壓(ya)(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)就是由高(gao)(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)臂(bei)阻抗和低壓(ya)(ya)(ya)(ya)臂(bei)阻抗組成的(de)(de)一(yi)種轉換裝置，其他例如(ru)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)互(hu)感器(qi)(qi)及電(dian)(dian)流(liu)互(hu)感器(qi)(qi)也是轉換裝置。通過轉換裝置將(jiang)被(bei)測(ce)(ce)的(de)(de)量轉變成指(zhi)示(shi)儀表或記(ji)錄儀器(qi)(qi)所能指(zhi)示(shi)或記(ji)錄的(de)(de)量。
7.1.2 高電壓測量系統
有(you)關高電(dian)壓擊穿試驗技(ji)術的國家標準(zhun)GB／T16927.2-2013和GB／T16927.4-2014中，把用來進行高電壓擊穿(chuan)或(huo)沖擊(ji)電(dian)(dian)流(liu)測量的整套裝(zhuang)置(zhi)(zhi)稱為測量系(xi)統。測量系(xi)統通常包(bao)括(kuo)以下(xia)組件(jian)：轉(zhuan)換(huan)(huan)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)、轉(zhuan)換(huan)(huan)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)接(jie)到試品或(huo)電(dian)(dian)流(liu)回(hui)路的引線、接(jie)地連(lian)線、轉(zhuan)換(huan)(huan)裝(zhuang)置(zhi)(zhi)的輸出端接(jie)到指示或(huo)記錄儀器(qi)的連(lian)接(jie)系(xi)統等，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)了所有(you)的衰減、終端、匹配阻抗或(huo)網絡、指示或(huo)記錄儀器(qi)及(ji)其(qi)接(jie)到電(dian)(dian)源的連(lian)線。

IEC60060-2：2010和(he)GB／T16927.2-2013都把(ba)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統分(fen)為兩類：標(biao)準(zhun)（reference）測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統和(he)認可(ke)(ke)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統（approved measuring system）。前者(zhe)具有(you)更高(gao)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)準(zhun)確度(du)，可(ke)(ke)用(yong)以與后者(zhe)進行比對(dui)并加以校準(zhun)。實驗(yan)室(shi)中一般(ban)使用(yong)認可(ke)(ke)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)工作(zuo)。本書中所敘述(shu)到(dao)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)不確定(ding)度(du)的(de)要(yao)求，除特(te)殊(shu)說明外，均(jun)指(zhi)對(dui)認可(ke)(ke)的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)系(xi)統的(de)要(yao)求。在高(gao)電壓試驗(yan)中，測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)不確定(ding)度(du)用(yong)擴展(zhan)不確定(ding)度(du)來描述(shu)。擴展(zhan)不確定(ding)度(du)是確定(ding)測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)結(jie)果(guo)區間的(de)量(liang)(liang)(liang)，被測(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)之值分(fen)布的(de)大(da)部分(fen)可(ke)(ke)望包含于此區間中，它的(de)覆蓋率小(xiao)于100%。
為文字簡潔，不做特殊說(shuo)明時，將“認(ren)可的測量(liang)系統(tong)"簡(jian)稱(cheng)為“測量(liang)系統(tong)"。
7.1.3 交(jiao)直流高(gao)電壓的測量
本(ben)章(zhang)所說的(de)穩(wen)態(tai)(tai)高電(dian)壓(ya)，主要是(shi)指工頻交(jiao)流高電(dian)壓(ya)和(he)直流高電(dian)壓(ya)。但(dan)本(ben)節所述及的(de)測(ce)量方法或裝置，有的(de)也可用于頻率在一定范(fan)圍之(zhi)內的(de)其他穩(wen)態(tai)(tai)高電(dian)壓(ya)。
對交流(liu)電(dian)壓有效值的測量，和(he)對直(zhi)流(liu)電(dian)壓算術平均值的測量，都要求擴展不確定度(du)不超過±3％；測量(liang)(liang)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)紋波幅(fu)值(zhi)(zhi)時，要求其擴展不(bu)(bu)(bu)確定(ding)度不(bu)(bu)(bu)超過±10％的(de)紋波幅(fu)值(zhi)(zhi)或±1％的(de)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)平均值(zhi)(zhi)。對測量(liang)(liang)交流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和(he)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)算術平均值(zhi)(zhi)的(de)標準測量(liang)(liang)系統，都要求擴展不(bu)(bu)(bu)確定(ding)度不(bu)(bu)(bu)超過±1％。

電(dian)(dian)(dian)力運行(xing)部(bu)門測(ce)量交流高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)是通過電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)(hu)感(gan)(gan)器和電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)表來(lai)(lai)實現(xian)(xian)的(de)(de)。但這種方法在(zai)高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)實驗室中用得不多(duo)，因為高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)實驗室中所(suo)要測(ce)量的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)值往往比現(xian)(xian)有電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)(hu)感(gan)(gan)器的(de)(de)額定(ding)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)高得多(duo)，特(te)制一個超高壓(ya)(ya)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)(hu)感(gan)(gan)器是比較昂貴的(de)(de)，所(suo)以(yi)采(cai)用別(bie)的(de)(de)方法來(lai)(lai)測(ce)量交流高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。有下列幾種：
（1）利用氣體放電測量交流、直流高電壓，例如測量球隙；
（2）利用靜電力測量交流、直流高電壓，例如靜電電壓表；
（3）利用整流電容電流測量交流高電壓，例如峰值電壓表；
（4）利用整流充電電壓測量交流高電壓，例如峰值電壓表。
上述（1）和（2）可用來直接測量穩態高電壓，（3）和（4）是間接測量的方法。
各種測(ce)量儀表的(de)量程是有限(xian)度的(de)，常(chang)常(chang)通過分壓器(qi)來擴大(da)儀表的(de)量程。即使被測(ce)電(dian)壓的(de)大(da)部分電(dian)壓降降落在分壓器(qi)的(de)高壓臂(bei)上，測(ce)量儀表測(ce)得的(de)僅是低壓臂(bei)上的(de)電(dian)壓降，再乘(cheng)上分壓比(bi)即可得被測(ce)電(dian)壓。
光(guang)纖技(ji)術(shu)在(zai)電(dian)(dian)(dian)工領域中的應(ying)用(yong)(yong)日益廣(guang)泛。光(guang)導纖維本身是絕(jue)緣(yuan)材料，因此光(guang)纖技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)(yong)在(zai)高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)測量(liang)時(shi)，可無雜散(san)和(he)電(dian)(dian)(dian)磁干擾的影響，具有很大的*性。在(zai)進行穩(wen)態電(dian)(dian)(dian)壓(ya)測量(liang)時(shi)，無頻(pin)率(lv)特性的要求，只(zhi)要注意(yi)選用(yong)(yong)溫度(du)特性良好的光(guang)電(dian)(dian)(dian)元件，就比(bi)較容易滿足測量(liang)準確度(du)的要求。光(guang)電(dian)(dian)(dian)測量(liang)高電(dian)(dian)(dian)壓(ya)需要用(yong)(yong)其他測量(liang)方法加以校正(zheng)。
7.1.4 沖擊(ji)高(gao)電壓的測量
沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)，無論是(shi)雷(lei)電(dian)沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)或(huo)操(cao)作沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)，均(jun)為(wei)快速(su)變(bian)化或(huo)較快速(su)變(bian)化的(de)(de)(de)一種(zhong)電(dian)壓(ya)(ya)。測(ce)量沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)整(zheng)個測(ce)量系統包括其中的(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)(ya)轉換裝置和指示、記錄及測(ce)量儀器必須具備良好的(de)(de)(de)瞬態響應特性。一些適宜于(yu)測(ce)量穩態或(huo)慢過程（如直(zhi)流和交(jiao)流電(dian)壓(ya)(ya)）的(de)(de)(de)測(ce)量系統不一定適宜于(yu)或(huo)根本不可能測(ce)量沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)。沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)測(ce)量包括峰(feng)值測(ce)量和波形記錄兩個方面。標準規定的(de)(de)(de)沖(chong)擊(ji)(ji)電(dian)壓(ya)(ya)測(ce)量系統的(de)(de)(de)要(yao)求是(shi)：
（1）測量沖擊全波峰值的擴展不確定度為±3％范圍內。
（2）測量沖擊截波的擴展不確定度取決于截斷時間Tc。當0.5μs≤Tc<2 μs時，擴展不確定度在±5％范圍內；當T≥2&nbsp;μs時，擴展不確定度在±3％范圍內。
（3）測量沖擊波形時間參數（如波前時間、半峰值時間、截斷時間等）的擴展不確定度在±10％范圍內。
實驗室中對沖擊(ji)高電壓的測量有如下幾(ji)種方法：
（1）球隙法 直接測高電壓峰值的一種方法。
（2）分壓器-峰值電壓表 只測峰值，不測波形，或同時用示波器觀測波形。
（3）分壓器-示波器（或數字記錄儀）可同時測出峰值及波形。在采用數字式示波器或數字記錄儀時，可立即獲得峰值和時間參數值，并可打印出波形。
（4）光電測量法 采用光電轉化技術和光纖傳輸技術的測量法。有的仍需與分壓器配合，有的則不需要分壓器，測量系統中具有專門的傳感器或電容探頭。

7.2 球(qiu)隙放電(dian)法測量高電(dian)壓
7.2.1 測量(liang)球隙
1．球(qiu)隙法
應用兩個金屬球(qiu)(qiu)(qiu)空(kong)氣(qi)間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)與(yu)球(qiu)(qiu)(qiu)隙(xi)(xi)(xi)(xi)距離(li)(li)的(de)(de)(de)關系(xi)來(lai)測量高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)方法稱作球(qiu)(qiu)(qiu)隙(xi)(xi)(xi)(xi)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)法。空(kong)氣(qi)只有(you)在(zai)一定的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)強度(du)下，才能(neng)發生(sheng)碰撞(zhuang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)離(li)(li)。均勻(yun)(yun)(yun)(yun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)下空(kong)氣(qi)間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)與(yu)間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)距離(li)(li)具有(you)一定的(de)(de)(de)關系(xi)，可以利用間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)來(lai)測量電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)。能(neng)實際應用的(de)(de)(de)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)不(bu)(bu)易(yi)做(zuo)到，只能(neng)做(zuo)到接近于均勻(yun)(yun)(yun)(yun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)。測量球(qiu)(qiu)(qiu)隙(xi)(xi)(xi)(xi)由(you)一對相(xiang)同直徑的(de)(de)(de)金屬球(qiu)(qiu)(qiu)構成。加電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)時，球(qiu)(qiu)(qiu)隙(xi)(xi)(xi)(xi)間(jian)(jian)(jian)形成稍不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)。當其余(yu)條件(jian)相(xiang)同時，球(qiu)(qiu)(qiu)間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)在(zai)大(da)氣(qi)中的(de)(de)(de)擊穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)取決于球(qiu)(qiu)(qiu)間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)距離(li)(li)。對一定球(qiu)(qiu)(qiu)徑，間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)隨(sui)距離(li)(li)的(de)(de)(de)增長(chang)而越(yue)(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)(yue)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)。被(bei)測電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)越(yue)(yue)(yue)高，間(jian)(jian)(jian)隙(xi)(xi)(xi)(xi)距離(li)(li)越(yue)(yue)(yue)大(da)，要(yao)求(qiu)球(qiu)(qiu)(qiu)徑也越(yue)(yue)(yue)大(da)，這(zhe)樣才能(neng)保持稍不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)(yun)(yun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)。由(you)于測量球(qiu)(qiu)(qiu)并不(bu)(bu)是處在(zai)無限(xian)大(da)空(kong)間(jian)(jian)(jian)里，外物及(ji)大(da)地對球(qiu)(qiu)(qiu)間(jian)(jian)(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)有(you)影響，所以很難用靜電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)理論來(lai)計算(suan)球(qiu)(qiu)(qiu)間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)場(chang)強度(du)和(he)擊穿(chuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)，因(yin)此測量球(qiu)(qiu)(qiu)隙(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)主要(yao)靠試驗來(lai)決定。
早在20世紀初，許多國家的高電壓試驗室利用靜電電壓表、峰值電壓表等方法求得各種球徑的球在不同球間隙距離時的穩態擊穿電壓，又利用分壓器和示波器求得其沖擊擊穿電壓。1938年國際電工委員會（IEC）綜合各國試驗室的試驗數據制訂出測量球隙放電電壓的標準表，給出了在一定的周圍環境及氣溫、氣壓條件下某一直徑的球的間隙放電電壓峰值。1960年IEC對1938年頒布的標準表作了修正，到2002年IEC對該標準表又作了修正（見IEC 60052：2002），對應于國家標準GB／T 311.6-2005。
球隙(xi)法可(ke)用于交(jiao)流電(dian)壓(ya)、直流電(dian)壓(ya)、標準全波沖擊(ji)電(dian)壓(ya)（包(bao)括雷電(dian)沖擊(ji)和操作沖擊(ji)）峰(feng)(feng)值(zhi)的(de)(de)測量(liang)。另(ling)外，也可(ke)以(yi)用它(ta)測量(liang)較高頻率下的(de)(de)衰減和不衰減交(jiao)流電(dian)壓(ya)，但對頻率值(zhi)和電(dian)壓(ya)值(zhi)有一定(ding)的(de)(de)限制。因球隙(xi)放電(dian)是與電(dian)壓(ya)峰(feng)(feng)值(zhi)相關的(de)(de)，所以(yi)測量(liang)的(de)(de)是電(dian)壓(ya)的(de)(de)峰(feng)(feng)值(zhi)。
2．球隙結構與測(ce)量(liang)條件
當(dang)金屬球間隙距離S與球直徑D之比大于0.5時，其放電電壓數值的準確性較差。要達到球隙所能達到的測量準確度，其結構和使用條件必須符合IEC或國家標準GB／T 311.6-2005的規定，如圖7-1（在圖7-1中表明了垂直球需保證的部分尺寸，另有水平球間隙，本書從略）所示，還需進行氣壓、溫度和濕度的校正，因為標準表上提供的放電電壓值是處在溫度為20℃和大氣壓力為101.3kPa及平均絕對濕度為8.5g·m-3標準狀態下的數值。在非標準狀態下利用球隙放電進行電壓測量時，實際放電電壓值由從標準表中查出的數值乘以空氣相對密度校正因數δ和濕度校正因數K，詳見GB／T 311.6-2005，或本書的3.1節。
測量球的標(biao)準球徑D為2cm、5cm、6.25cm、10 cm、12.5 cm、15 cm、25cm、50 cm、75 cm、100cm、150cm和200cm；間隙距離S從0.05cm到150cm。可測的電壓峰值從幾千伏到近2000kV。球隙放電電壓與球直徑和球隙距離的對應關系，詳細查閱 IEC 60052：2002和國標GB／T 311.6-2005的球隙放電標準表。
3．預放電與照射
球隙(xi)測量電壓的(de)(de)(de)可靠(kao)性(xing)取決(jue)于測量結果的(de)(de)(de)分散性(xing)。有兩(liang)個(ge)因素影響放電的(de)(de)(de)分散性(xing)：一是球面的(de)(de)(de)塵(chen)污；二是球隙(xi)間空氣(qi)電離不充(chong)分。

垂直測量(liang)球隙

前者使放(fang)電(dian)電(dian)壓降(jiang)低。如果(guo)空氣中有灰塵(chen)或纖維物質，則會(hui)產生不正常的破壞性(xing)放(fang)電(dian)。因(yin)此(ci)在取得前后一致的數據(ju)以前，必須進行多次預放(fang)電(dian)。在放(fang)電(dian)電(dian)壓值相對穩定后，再開(kai)始測量計數。
后(hou)者使(shi)放電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓升高。前(qian)者對交、直(zhi)流和(he)沖(chong)擊電(dian)(dian)(dian)(dian)壓的影(ying)響一樣，后(hou)者在(zai)沖(chong)擊電(dian)(dian)(dian)(dian)壓下影(ying)響更為突出(chu)。放電(dian)(dian)(dian)(dian)必(bi)須由(you)有(you)(you)效(xiao)(xiao)自由(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)子來觸(chu)發，交、直(zhi)流電(dian)(dian)(dian)(dian)壓變(bian)化(hua)慢(man)，持續時間(jian)長，不難在(zai)間(jian)隙中出(chu)現(xian)有(you)(you)效(xiao)(xiao)自由(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)子。沖(chong)擊電(dian)(dian)(dian)(dian)壓變(bian)化(hua)快，一霎即逝，要在(zai)這樣短暫瞬間(jian)正好出(chu)現(xian)有(you)(you)效(xiao)(xiao)自由(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)子比較(jiao)困難。當(dang)測量電(dian)(dian)(dian)(dian)壓較(jiao)高，所用(yong)球(qiu)徑(jing)較(jiao)大(da)(da)，間(jian)隙所占空間(jian)較(jiao)大(da)(da)時，出(chu)現(xian)有(you)(you)效(xiao)(xiao)自由(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)子比較(jiao)容易(yi)；當(dang)測量電(dian)(dian)(dian)(dian)壓較(jiao)低，所用(yong)球(qiu)徑(jing)較(jiao)小，間(jian)隙所占空間(jian)較(jiao)小時，出(chu)現(xian)有(you)(you)效(xiao)(xiao)自由(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)子比較(jiao)困難。所以(yi)國際標準規定(ding)，凡所用(yong)球(qiu)徑(jing)小于12.5cm或測量電壓低于50kV，都必須用γ射線或紫外線照射，即用人工方法使間隙中空氣電離。一種方法是用石英水銀燈所產生的紫外線照射球隙的擊穿點，要求石英水銀燈的功率不小于35W，電流不小于1A，燈離球有一定距離，希望不因此接地物的存在而影響放電電壓。這項有關照射的規定，對測量沖擊和穩態高壓都是適用的，且對于前者作用更為明顯。
7.2.2 球隙(xi)法測量(liang)交直流高電(dian)壓
符合球(qiu)尺(chi)寸和諸(zhu)多使用條件的規定后，在交流電壓(ya)下測量的擴展不確定度可在±3％范圍以內。在直(zhi)流(liu)電壓(ya)測量時，由(you)于(yu)靜電吸(xi)力的(de)作用，灰(hui)塵和纖維對放電分散性的(de)影(ying)響(xiang)較大。因此，測量直(zhi)流(liu)高電壓(ya)時，當球(qiu)隙距離不大于(yu)0.4D時，若沒有(you)過多的(de)灰(hui)塵或纖維的(de)影(ying)響(xiang)，測量的(de)不確定度(du)將在±5％范圍以內。
在用球(qiu)間(jian)(jian)隙測量交流和直流電(dian)壓時，經常需在球(qiu)間(jian)(jian)隙上(shang)串聯(lian)一個保護(hu)電(dian)阻(zu)。以測量交流電(dian)壓為例，其正確的接線圖如圖2所示。

圖2 測量球隙接線圖
圖(tu)中R1是保護變壓器用的電阻；而R2是與球隙串聯R2
C.一(yi)試品(pin)；G一(yi)球(qiu)隙

的保護(hu)電阻。R2的作用有兩方面：一方面可用它來限制球隙放電時流過球極的短路電流，以免球極燒傷而產生麻點；另一方面當試驗回路出現刷狀放電時，可減少或避免由此產生的瞬態過電壓所造成的球間隙的異常放電，也就是用此電阻來阻尼局部放電時連接線電感、球隙電容和試品電容等所產生的高頻振蕩。R2應放在圖示的位置上，使流過試品的電容電流或泄漏電流（視交流或直流電壓而定）不在R2上產生壓降。
為了限流和阻尼，要求R2大一些；但為了避免由R22上壓降引起的測量誤差，要求R2小一些。對于測量直流和工頻交流電壓，IEC推薦此電阻值為100kΩ或更大些；對于更高頻率的交流電壓，由于間隙的電容效應而引起的充電電流可使該電阻上的壓降影響變大，因此應適當減小此阻值。
另外，球直徑(jing)越大(da)(da)，允許的每伏電(dian)壓的電(dian)阻值越小，這有兩(liang)個原因：第一，球徑(jing)大(da)(da)，它的面積也大(da)(da)，熱容量大(da)(da)，而且散熱好(hao)；第二，球徑(jing)大(da)(da)，球間電(dian)容大(da)(da)，電(dian)容電(dian)流也大(da)(da)。直徑(jing)200cm的球，測量電壓為1000kV（有效值）時，電容電流約0.025A（有效值）。若保護電阻取500kΩ，則電阻上的壓降約為12kV，其絕對值雖約占被測電壓的1％；但是由于電阻壓降與球隙電容壓降相角差為90°，因此球隙實際上仍幾乎受到全部的被測電壓，即誤差極小。
在(zai)預放(fang)電(dian)后(hou)，最后(hou)測(ce)量的交直流電(dian)壓值(zhi)應取3次連續測量值的平均值，其偏差不超過3％。
7.2.3 球隙法(fa)測量沖擊高電壓
球隙(xi)測(ce)(ce)量(liang)交直流電(dian)壓時的許多規定(ding)，仍適用(yong)于沖擊(ji)電(dian)壓測(ce)(ce)量(liang)，本節只介紹一些特(te)點。沖擊(ji)電(dian)壓測(ce)(ce)量(liang)標(biao)準(zhun)中規定(ding)，在(zai)測(ce)(ce)量(liang)標(biao)準(zhun)全波(bo)、波(bo)尾(wei)截斷的標(biao)準(zhun)波(bo)時，峰值電(dian)壓的測(ce)(ce)量(liang)擴展不(bu)確定(ding)度不(bu)應大于3％，球隙是能滿足此要求的。
一般間隙的(de)沖擊放電(dian)電(dian)壓高(gao)于(yu)交流(liu)和(he)直(zhi)流(liu)的(de)放電(dian)電(dian)壓，沖擊比大于(yu)1。因為球隙是稍不均勻電場，它的伏秒特性大體上是條水平線，沖擊比等于1。所以IEC標準將球隙的沖擊放電電壓和交、直流放電電壓并列在一張表中，但表中所列是50％放電電壓值。
測(ce)量(liang)交、直流電(dian)(dian)壓(ya)時(shi)，球隙(xi)必須串(chuan)(chuan)有很大(da)(da)阻(zu)值的(de)(de)保(bao)護電(dian)(dian)阻(zu)，以(yi)保(bao)護球面和(he)防止(zhi)振蕩(dang)，沖擊放電(dian)(dian)時(shi)間很短，不需要保(bao)護球面，而且(qie)放電(dian)(dian)前經過(guo)球隙(xi)的(de)(de)電(dian)(dian)容電(dian)(dian)流較大(da)(da)，如果(guo)(guo)串(chuan)(chuan)聯電(dian)(dian)阻(zu)過(guo)大(da)(da)，就會影響測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)(guo)。但也不能不串(chuan)(chuan)接電(dian)(dian)阻(zu)，因(yin)為仍有防止(zhi)過(guo)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)問題，一般規定串(chuan)(chuan)聯電(dian)(dian)阻(zu)以(yi)不超過(guo)500Ω為宜。
球隙的沖擊放(fang)電(dian)電(dian)壓(ya)是有分(fen)散(san)性的，在經過(guo)2～3次預放電以后才逐漸趨向穩定值。所謂穩定值仍是一個較小范圍內的分散值，所以球隙采用50％放電電壓法來測量沖擊電壓。所謂球隙的50％放電電壓值是指在此電壓作用下，所用球間隙的放電概率為50％。一種簡單的做法是，例如使某一沖擊電壓作用到某一球隙距離上，10次中若有5次放電，5次不放電，則此沖擊電壓為該球隙距離的50％放電電壓。但要在10次中正好有5次放電、5次不放電，實踐中有困難，所以有規定認為，如果10次中能有4次放電、6次不放電；或6次放電、4次不放電則都可算作50％放電電壓。概率本身代表多次事件中出現的頻率，次數少了不一定準確。很有可能，即使電壓、距離都不變，這10次中的放電概率與后10次中的不很相同，但如果次數多了，還是可能得出一準確的電壓與放電概率的關系。
不僅球(qiu)隙測量用50％放電電壓，所有自恢復絕緣，只要它的放電分散情況符合正態分布規律，都可采用50％放電電壓。確定50％放電電壓的方法分多級法和升降法等。

1．多級法(fa)
如圖7-3所示，用多級法求某一間隙的50％放電電壓時，可向此間隙逐級施加電壓U，每級電壓施加10～20次，電壓級數不少于4級。求得在該電壓下的放電概率，然后在正態概率紙上標出相應于U的概率點。如此做4~5點，即可得出一條擬合直線，由此直線可求得對應于P=50%的U值，即為50％放電電壓Uso。一般認為在P=20%~80%范圍內P與U近似為直線關系，在P=50%~80%％做一點及P＝20％～50％做一點，連成直線即可求得U50。又從正態概率紙上求得P為15.86％以及84.14％點所對應的U值，此兩點中任何一點和U50%之差，即標準偏差σ。

電壓(ya)與(yu)放(fang)電概率

2．升降法
確定(ding)50％放電電壓U5o的另一種方法為升降法。用升降法時，先預估該間隙50％放電電壓，并取ΔU=（1％～6％）U'為升降電壓級差。對間隙施加電壓U'，不放電則下次升一級，施加U'+ΔU，否則降一級，施加U'-ΔU，每次都以前一次放電與否作為電壓降或升的依據，從第一個有用點起連續加壓20～40次（一般不超過40次）。如果U'選得過低，可能前幾次都是耐受，這些數據是無效的，一直要電壓升到出現第一次擊穿，才可能算第一個有用的電壓值；反之，若U'選得過高，則一直要電壓降到出現第一次耐受才可能算第一個有用的電壓值。為了減小由于U'取值不當引起的誤差，最初的至少有兩次電壓值不計入運算。且在任何情況下，所取的第一次有用的電壓值與U50相差不應大于2ΔU。試驗過程中，為避免前一次放電的影響，每次加壓時間間隔不小于30s。
U₅₀可按(an)式（1）求得

式中(zhong)，U1為某一次試驗電壓值；m為自第一個有效電壓開始的連續的總加壓次數。

7.2.4 球隙法測量高電壓的(de)優缺點
測量球隙作為一種(zhong)高(gao)電壓測量方法的優點是：
（1）可以測量穩態高電壓和沖擊電壓的幅值，幾乎是直接測量超高電壓的設備。
（2）結構簡單，容易自制或購買，不易損壞。
（3）有一定的準確度，一般認為測量交流及沖擊電壓時的擴展不確定度可在±3％以內。
測量球(qiu)隙的缺(que)點是：
（1）測量時必須放電，放電時將破壞穩定狀態，可能引起過電壓。
（2）測量較費時間。除了因為要通過多次放電進行測量外，施壓過程也不能太快。開始應施加相當低幅值的電壓，使不致因開關操作瞬間產生球隙放電；然后也應緩慢升壓，以使在球隙放電瞬間，低壓側儀表能夠準確地讀數。
（3）實際使用中，測量穩態電壓要進行多次放電，測量沖擊電壓要用50％放電電壓法，手續都較麻煩。
（4）要校正大氣條件。
（5）被測電壓越高，球徑越大，目前已有用到直徑為3m的銅球，不僅本身越來越笨重，而且影響建筑尺寸。從發展的角度來看，測量球隙的使用將越來越少。
（6）一般來說，測量球隙不宜用于室外。實踐證明，由于強氣流以及灰塵、砂土、纖維和高濕度的影響，球隙在室外使用時常會產生異常放電。
盡管測量(liang)球(qiu)隙具有上述(shu)缺點，IEC及國家標準都規定，它是一種能以規定的準確度來測量高電壓的標準測量裝置。此外，標準還規定了可采用棒-棒間隙來測量直流高壓，并可用它作為標準測量裝置來校核未認可的測量裝置。在滿足一定條件的情況下，它的測量不確定度估計小于3％。