高电压技术在电力工业、气象、高能物理研究、雷达、广播通信、安检设备、医疗设备、环保设备等领域中有着广泛的应用。按信号的特征,高电压主要分为稳态高电压和暂态高电压。稳态高电压主要包括直流高电压、交流(包括工频及谐波、宽频等)高电压,以及频率在一定范围以内的高频高压或含有脉动成分的直流高压;暂态高电压主要包括雷电冲击、操作冲击、陡波前冲击、快速暂态过电压(VFTO)、截波冲击等。
以电力工业发输配电为例,电压等级覆盖从几千伏到上千千伏,随着现代工业社会用电量的不断增加,提高输电线路电压等级、降低线路损耗成为电能大规模、远距离传输最主要的技术手段。中国已建成1000千伏特高压交流和±800千伏特高压直流输电工程,正在研发±1100千伏直流输电技术。电网安全运行和电能贸易,对电力设备检测、电力故障保护、电能计费等提出了各种电气参数检测和计量需求。如高压电力互感器用于各电网节点的高压电能计量和继电保护、用于高低电压等级变换的电力变压器需要损耗计量。以1000千伏交流输电系统为例,电力设备试验所需的工频电压为1100千伏(有效值),雷电冲击电压为2400~2700千伏(峰值),操作冲击电压为1800千伏(峰值)。
高电压计量(测量)的难度较大,有许多测量低电压时不存在的新问题。高电压下必须严格重视设备和人身安全,做好屏蔽、接地等防护措施;在测量较高电压时不仅有泄漏的影响,还有电晕的影响;在交流电压和冲击电压下有杂散参数的影响,冲击电压下还要求良好的阶跃响应特性;电压高达数兆伏时,难度更大。
高电压计量的稳态参数主要包括有效值或平均值、峰值、比率(刻度系数)、阻抗、损耗、局放、效率,以及局部放电的视在放电量、放电相位、放电重复率、功率等;暂态参数包括全波冲击高电压的波峰值、视在波前时间和视在半峰时间,以及波前截断及波尾截断的截波冲击电压截断时间、截波峰值、反极性过冲、截断时电压跌落、电压过零系数等。
以全波冲击电压为例,下图给出了其视在波前时间T1、视在半峰时间T2等参数的定义。
在高电压计量(测量)中,除采用测量球隙等直接测量法外,经常采用多种高压衰减转换装置的间接测量方法。分压器就是由高压臂阻抗和低压臂阻抗串联组成的一种衰减转换装置,其他如电磁式电压互感器、电容式电压互感器等也是衰减转换装置。通过衰减转换装置将被测的高电压转变低电压,方便指示仪表或记录仪表进行测量和分析。高电压计量中常用的标准器种类包括电阻分压器、电容分压器、阻容分压器、电磁式电压互感器、电容式电压互感器、各种原理电子式电压互感器、压缩气体高压标准电容和介损、冲击电压测量分析系统、局部放电测量分析系统、电场强度测量仪等。