工頻電場(chǎng)測(cè)量

1、測(cè)試設(shè)備

工頻電場(chǎng)測(cè)量的主要設(shè)備是場(chǎng)強(qiáng)儀。場(chǎng)強(qiáng)儀的類型主要有獨(dú)立式、參照式、和光電式三種。由感器(探頭)和檢測(cè)器(包括信號(hào)處理回路及表頭)兩部分組成。

探頭的幾何尺寸應(yīng)比較小，不能因其引入而使被測(cè)電場(chǎng)中各電極表面的電荷分布有明顯的改變。

場(chǎng)強(qiáng)儀所測(cè)量的是場(chǎng)強(qiáng)脈動(dòng)矢量或旋轉(zhuǎn)矢量在探頭主軸上的投影。場(chǎng)強(qiáng)儀的讀數(shù)由校驗(yàn)標(biāo)定，當(dāng)電場(chǎng)為正弦量時(shí)，讀數(shù)表示的是場(chǎng)強(qiáng)的有效值。

(1)獨(dú)立式場(chǎng)強(qiáng)儀

獨(dú)立式場(chǎng)強(qiáng)儀的探頭常由兩個(gè)互相對(duì)稱的電極組成，這兩個(gè)電極互相絕緣，又互相靠得很近，可以視為一對(duì)偶極子。

在均勻電場(chǎng)中偶極子所感生的電荷或者電流與場(chǎng)強(qiáng)有如下關(guān)系：

式中： —比例系數(shù)，與偶極子的幾何形狀、尺寸有關(guān)，通常由校驗(yàn)確定; —感應(yīng)電荷的有效值; —電場(chǎng)強(qiáng)度; —感應(yīng)電流; —角頻率。

只要測(cè)出偶極子探頭上的感生電荷或者感生電流，就可以得到相應(yīng)的場(chǎng)強(qiáng)。

(2)參照式場(chǎng)強(qiáng)儀

參照式場(chǎng)強(qiáng)儀探頭由置于薄絕緣板上的平板電極和接地保護(hù)電極組成。保護(hù)電極的寬度至少應(yīng)為平板電極邊長(zhǎng)的6%，探頭的厚度不超過其邊長(zhǎng)的3.5%。探頭與檢測(cè)器常常是分離的，兩者之間用同軸屏蔽電纜連接。

參照式場(chǎng)強(qiáng)儀常以“地”為參考電位。其工作原理與獨(dú)立式場(chǎng)強(qiáng)儀相仿?？捎脕頊y(cè)量地平面處的場(chǎng)強(qiáng)。在非均勻電場(chǎng)中測(cè)量的是探頭表面的場(chǎng)強(qiáng)。

(3)光電式場(chǎng)強(qiáng)儀

光電式場(chǎng)強(qiáng)儀一般應(yīng)用介質(zhì)晶體探頭在電場(chǎng)中的普克爾(Pockels)效應(yīng)來確定電場(chǎng)強(qiáng)度。其探頭尺寸通常很小(2cm左右)，探頭和檢測(cè)器之間無電氣連接，僅用光纖相連，故探頭的引入對(duì)被測(cè)電場(chǎng)的影響極小。

當(dāng)介質(zhì)晶體按一定方向放入電場(chǎng)時(shí)，由于電場(chǎng)的作用，晶體對(duì)偏振光的折射率發(fā)生變化，這種變化的大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，即透射光 和入射光 之比為： 式中： ; —光的波長(zhǎng); —晶體的折射率; —晶體內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度; —晶體的厚度; —光電系數(shù)。

光調(diào)制的大小反映了晶體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)的數(shù)值，從而也間接測(cè)量了外部電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)。

獨(dú)立式場(chǎng)強(qiáng)儀和光電式場(chǎng)強(qiáng)儀不需要參考電位，可用來測(cè)量離地不同高度處的空間場(chǎng)強(qiáng)。

2、電場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量

(1)三相輸電線路下電場(chǎng)的測(cè)量

三相輸電線路的電場(chǎng)矢量在空間以一個(gè)橢圓軌跡作旋轉(zhuǎn)。然而，在地平面處旋轉(zhuǎn)矢量則變成了垂直于地面的脈動(dòng)矢量。

在三相輸電線下，離地面0~2m高的范圍內(nèi)，電場(chǎng)的水平分量不大。因而在地面附近測(cè)量輸電線路電場(chǎng)時(shí)，探頭的主軸方向應(yīng)取垂直方向。

用獨(dú)立式或者光電式場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量高于地面的空間場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)儀探頭中心對(duì)地高度應(yīng)該大于它的最大對(duì)角線長(zhǎng)度的2倍，并應(yīng)注明測(cè)試點(diǎn)離地的高度。

測(cè)量地點(diǎn)應(yīng)比較平坦，且無多余物體。對(duì)不能移開的物體，應(yīng)該記錄其尺寸及與線路的相對(duì)位置，并應(yīng)補(bǔ)充測(cè)量離物體不同距離處的場(chǎng)強(qiáng)。探頭與永久性物體之間的距離應(yīng)該大于它的最大對(duì)角線的2倍。

測(cè)試人員的存在會(huì)使被測(cè)電場(chǎng)產(chǎn)生畸變，稱之為鄰近效應(yīng)，此鄰近效應(yīng)與探頭的離地高度、測(cè)量人員的身高、測(cè)量人員與探頭之間的距離等參數(shù)有關(guān)。鄰近效應(yīng)要求小于3%。

(2)變電站電場(chǎng)的測(cè)量

在變電站內(nèi)不但應(yīng)測(cè)量離地一定高度處的空間場(chǎng)強(qiáng)，而且要測(cè)量地平面處的場(chǎng)強(qiáng)。為全面反映人體在電場(chǎng)中的感應(yīng)，一般還需要測(cè)量人體的感應(yīng)電流。

用獨(dú)立式場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量鄰近構(gòu)架等接地物體附近的空間場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，應(yīng)使探頭中心與構(gòu)架等表面最小距離大于探頭最大對(duì)角線的4倍。在變電站內(nèi)進(jìn)行電場(chǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)遵守高壓設(shè)備附近工作的安全規(guī)程。

3、影響電場(chǎng)測(cè)量準(zhǔn)確性的因素

影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素主要有以下幾點(diǎn)：

(1)絕緣支撐物的泄漏。

(2)濕度。測(cè)量應(yīng)在相對(duì)濕度不超過80%時(shí)進(jìn)行。

(3)溫度。當(dāng)溫度從0℃增至40℃，指針式儀表頭場(chǎng)強(qiáng)儀的誤差會(huì)高達(dá)8%左右。

(4)讀數(shù)誤差。

(5)儀表的傾斜。

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