高電壓測試技術是研究各種高電壓和大電流的產生、測量、試驗及套用的一門工程技術。是高電壓技術的重要組成部分。
基本介紹
- 中文名：高電壓測試技術
- 外文名：High voltage test technique
- 研究：高電壓和大電流的產生、測量
- 類屬：工程技術
- 裝置：交流高壓試驗變壓器
簡介,發生裝置,技術問題,發展趨勢,
簡介
高電壓測試技術主要用於電力設備絕緣試驗、開關設備斷流試驗、電力系統過電壓測試以及各種類型放電現象的試驗研究等。除傳統的套用領域外，它還廣泛套用於機加工、紡織、印刷、除塵、勘探、醫療等各種行業，並已成為雷射、高能粒子、熱核聚變等高技術領域中不可缺少的一種技術手段。
高電壓試驗和套用的種類很多，需要套用各種不同的穩態或暫態的高電壓和大電流。常用的穩態高電壓有工頻交流電壓和直流電壓，用作試驗電壓或工作電壓。常用的暫態高電壓和大電流有衝擊電壓和衝擊電流以及工頻振盪電流等。前者模擬雷電過電壓或操作過電壓，後兩者分別模擬雷電流及短路電流。此外，還有一些特殊的方波電壓、方波電流、強流脈衝以及納秒級的核致電磁脈衝(NEMP)等。
高電壓試驗和套用的種類很多，需要套用各種不同的穩態或暫態的高電壓和大電流。常用的穩態高電壓有工頻交流電壓和直流電壓，用作試驗電壓或工作電壓。常用的暫態高電壓和大電流有衝擊電壓和衝擊電流以及工頻振盪電流等。前者模擬雷電過電壓或操作過電壓，後兩者分別模擬雷電流及短路電流。此外，還有一些特殊的方波電壓、方波電流、強流脈衝以及納秒級的核致電磁脈衝(NEMP)等。
發生裝置
產生上述高電壓和大電流的設備通常採用交流高壓試驗變壓器、直流高壓發生器、衝擊電壓發生器、衝擊電流發生器、合成振盪迴路等。這些設備都是以試驗變壓器和高壓電容器為主體，以不同接線所構成。試驗變壓器可產生工頻交流高電壓，也可用作其他設備的交流高壓電源。高壓電容器與矽堆等組成的各種整流迴路，可產生直流高電壓，也可用作其他設備的直流高壓電源。多台高壓電容器並聯充電、串聯放電的Marx迴路可產生很高的衝擊電壓。多台高壓電容器並聯，通過低阻抗放電可產生很大的衝擊電流；若通過電感線圈放電，則可產生衰減振盪的電流或電壓，並可用以構成振盪迴路等。除上述常規設備外，還可由這些設備改裝或組合，用以產生陡波衝擊電壓、交流疊加衝擊波電壓等；也可利用高壓電容器等基本部件構成各種各樣的特殊設備，例如電容電感鏈型迴路或同軸型形成線，它們都可產生很高的方波電壓或很大的方波電流等。 測量儀器 測量各種高電壓和大電流的裝置通常採用測量球隙、靜電電壓表（見圖）、分壓器、分流器、電壓互感器、電流互感器等。測量球隙和靜電電壓表雖可直接測量高電壓，但測量準確度都不很高。分壓器可由電阻、電容或阻容組合構成。電阻分壓器受熱容量所限，僅用於測量 1兆伏以下衝擊電壓；電容或阻容分壓器則可用於測量較高的交流電壓或衝擊電壓。直流高電壓測量常用高值電阻串聯微安表的迴路。分流器是一低值電阻，常採用絞線、折帶或同軸等結構，可測量各種大電流。電壓或電流互感器利用變壓器原理測量工頻交流高電壓或大電流，測量準確度較高。穩態的工頻交流、直流高電壓和大電流的測量準確度已高達10-4～10-6; 但暫態的衝擊電壓或衝擊電流的測量準確度僅為1×10-2。此外，在絕緣特性試驗中常用兆歐表、高壓電橋、局部放電儀等儀器儀表，測量絕緣電阻、介質損耗因數和電容量、視在局部放電量等特性，以檢查絕緣介質的品質。
隨著科學技術的進展，不斷開發出新型的高電壓測量裝置。例如,球形場強探頭,已用於穩態和暫態的高電壓,特別是納秒級快速暫態高電壓的測量;利用數字記錄儀可實現信號的存儲和處理，對衝擊電壓、衝擊電流、局部放電等暫態信號的測量特別有利，並為高電壓測試自動化、智慧型化創造良好條件；利用光導纖維可有效地隔離電磁干擾，並且很容易實現高電位參量的測量；利用紋影儀和高速照相機可記錄氣體放電的發展過程；利用顯微照相技術可觀測固體介質中樹枝狀放電發展的狀態；利用氣相或液相色譜儀可測定絕緣油中微量的放電生成物；利用雷射干涉儀、光譜儀可測定放電通道中電漿的密度、溫度等微觀參量；利用磁場對雷射的偏轉效應製成的雷射電流互感器，可測量高電壓迴路中的大電流（達萬安級以上）。
隨著科學技術的進展，不斷開發出新型的高電壓測量裝置。例如,球形場強探頭,已用於穩態和暫態的高電壓,特別是納秒級快速暫態高電壓的測量;利用數字記錄儀可實現信號的存儲和處理，對衝擊電壓、衝擊電流、局部放電等暫態信號的測量特別有利，並為高電壓測試自動化、智慧型化創造良好條件；利用光導纖維可有效地隔離電磁干擾，並且很容易實現高電位參量的測量；利用紋影儀和高速照相機可記錄氣體放電的發展過程；利用顯微照相技術可觀測固體介質中樹枝狀放電發展的狀態；利用氣相或液相色譜儀可測定絕緣油中微量的放電生成物；利用雷射干涉儀、光譜儀可測定放電通道中電漿的密度、溫度等微觀參量；利用磁場對雷射的偏轉效應製成的雷射電流互感器，可測量高電壓迴路中的大電流（達萬安級以上）。
技術問題
在各類高電壓試驗和套用中，出於高電壓和大電流等基本特點，還有一些共同性的技術問題需要研究和處理。
①人身和設備的安全是高電壓試驗和套用中必須十分重視的問題。帶電設備與其他設備或接地物體之間必須保證有足夠的淨空距離。在高壓測試過程中，非試驗設備應可靠接地，其中電容性設備還應短接。試驗區應設定圍欄、連鎖及放電桿等安全設施。
②電暈放電是高電壓設備經常發生的現象。為減小電暈噪聲、空氣污染及電磁干擾等，高電壓設備的帶電金屬部件均應設定曲率半徑合適的禁止罩。高壓引線在必要時採用大直徑的金屬圓管或多股組合導線等。
③電磁干擾在高電壓暫態測試中應採取必要的措施予以防止。全金屬禁止室可以防止空間電磁波干擾。低通濾波器和隔離變壓器可用以抑制電源引入的干擾。雙禁止同軸電纜及良好的接地等可用以減小電纜外皮暫態電流造成的干擾等。採用光導纖維的光電耦合系統，則可有效地解決電磁干擾問題。
④迴路振盪無論在高電壓的主迴路或者在低電壓的測量迴路都常有可能發生。為此，在主迴路中常需設定阻尼電阻以抑制迴路振盪；在測量電纜或引線等端部需設定匹配電阻以防止多次反射造成的振盪等。
⑤同步觸發是多組高電壓設備聯動控制和快速暫態測試中的關鍵技術。多極快速點火間隙是控制多組高電壓設備準確同步工作的關鍵部件。在測量儀器方面，數字記錄儀比傳統的示波器具有較大的優越性。
⑥測量準確度對穩態的高電壓和大電流來說已達到很高水平，但暫態測量的準確度還不很高。套用數字測量技術有可能通過信號處理提高測量準確度，並可消除電磁干擾的影響。
①人身和設備的安全是高電壓試驗和套用中必須十分重視的問題。帶電設備與其他設備或接地物體之間必須保證有足夠的淨空距離。在高壓測試過程中，非試驗設備應可靠接地，其中電容性設備還應短接。試驗區應設定圍欄、連鎖及放電桿等安全設施。
②電暈放電是高電壓設備經常發生的現象。為減小電暈噪聲、空氣污染及電磁干擾等，高電壓設備的帶電金屬部件均應設定曲率半徑合適的禁止罩。高壓引線在必要時採用大直徑的金屬圓管或多股組合導線等。
③電磁干擾在高電壓暫態測試中應採取必要的措施予以防止。全金屬禁止室可以防止空間電磁波干擾。低通濾波器和隔離變壓器可用以抑制電源引入的干擾。雙禁止同軸電纜及良好的接地等可用以減小電纜外皮暫態電流造成的干擾等。採用光導纖維的光電耦合系統，則可有效地解決電磁干擾問題。
④迴路振盪無論在高電壓的主迴路或者在低電壓的測量迴路都常有可能發生。為此，在主迴路中常需設定阻尼電阻以抑制迴路振盪；在測量電纜或引線等端部需設定匹配電阻以防止多次反射造成的振盪等。
⑤同步觸發是多組高電壓設備聯動控制和快速暫態測試中的關鍵技術。多極快速點火間隙是控制多組高電壓設備準確同步工作的關鍵部件。在測量儀器方面，數字記錄儀比傳統的示波器具有較大的優越性。
⑥測量準確度對穩態的高電壓和大電流來說已達到很高水平，但暫態測量的準確度還不很高。套用數字測量技術有可能通過信號處理提高測量準確度，並可消除電磁干擾的影響。
發展趨勢
高電壓測試技術隨著現代科技的發展，提出了更高的要求，也提供了更好的條件。在試驗研究方面，正朝著高準確度、快速暫態、微觀參量、強幹擾背景下弱信號的提取以及測試自動化等方向發展；在工程套用方面，除開拓多種套用領域外，還朝著現場測試、線上監測、智慧型診斷的專家系統等方向發展。
