2010年環(huán)保師輔導(dǎo):工頻電場測量

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1、測試設(shè)備
    工頻電場測量的主要設(shè)備是場強(qiáng)儀。場強(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)和檢測器(包括信號處理回路及表頭)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電場中各電極表面的電荷分布有明顯的改變。
    場強(qiáng)儀所測量的是場強(qiáng)脈動(dòng)矢量或旋轉(zhuǎn)矢量在探頭主軸上的投影。場強(qiáng)儀的讀數(shù)由校驗(yàn)標(biāo)定,當(dāng)電場為正弦量時(shí),讀數(shù)表示的是場強(qiáng)的有效值。
    (1)獨(dú)立式場強(qiáng)儀
    獨(dú)立式場強(qiáng)儀的探頭常由兩個(gè)互相對稱的電極組成,這兩個(gè)電極互相絕緣,又互相靠得很近,可以視為一對偶極子。
    在均勻電場中偶極子所感生的電荷或者電流與場強(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;—電場強(qiáng)度;—感應(yīng)電流;—角頻率。
    只要測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)的場強(qiáng)。
    (2)參照式場強(qiáng)儀
    參照式場強(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)為平板電極邊長的6%,探頭的厚度不超過其邊長的3.5%.探頭與檢測器常常是分離的,兩者之間用同軸屏蔽電纜連接。
    參照式場強(qiáng)儀常以“地”為參考電位。其工作原理與獨(dú)立式場強(qiáng)儀相仿??捎脕頊y量地平面處的場強(qiáng)。在非均勻電場中測量的是探頭表面的場強(qiáng)。
    (3)光電式場強(qiáng)儀
    光電式場強(qiáng)儀一般應(yīng)用介質(zhì)晶體探頭在電場中的普克爾(Pockels)效應(yīng)來確定電場強(qiáng)度。其探頭尺寸通常很?。?cm左右),探頭和檢測器之間無電氣連接,僅用光纖相連,故探頭的引入對被測電場的影響極小。
    當(dāng)介質(zhì)晶體按一定方向放入電場時(shí),由于電場的作用,晶體對偏振光的折射率發(fā)生變化,這種變化的大小與電場強(qiáng)度成正比,即透射光和入射光之比為:式中:;—光的波長;—晶體的折射率;—晶體內(nèi)的電場強(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)部場強(qiáng)的數(shù)值,從而也間接測量了外部電場的場強(qiáng)。
    獨(dú)立式場強(qiáng)儀和光電式場強(qiáng)儀不需要參考電位,可用來測量離地不同高度處的空間場強(qiáng)。
    2、電場強(qiáng)度的測量
    (1)三相輸電線路下電場的測量
    三相輸電線路的電場矢量在空間以一個(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),電場的水平分量不大。因而在地面附近測量輸電線路電場時(shí),探頭的主軸方向應(yīng)取垂直方向。
    用獨(dú)立式或者光電式場強(qiáng)儀測量高于地面的空間場強(qiáng)時(shí),場強(qiáng)儀探頭中心對地高度應(yīng)該大于它的對角線長度的2倍,并應(yīng)注明測試點(diǎn)離地的高度。
    測量地點(diǎn)應(yīng)比較平坦,且無多余物體。對不能移開的物體,應(yīng)該記錄其尺寸及與線路的相對位置,并應(yīng)補(bǔ)充測量離物體不同距離處的場強(qiáng)。探頭與永久性物體之間的距離應(yīng)該大于它的對角線的2倍。
    測試人員的存在會(huì)使被測電場產(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、測量人員的身高、測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)變電站電場的測量
    在變電站內(nèi)不但應(yīng)測量離地一定高度處的空間場強(qiáng),而且要測量地平面處的場強(qiáng)。為全面反映人體在電場中的感應(yīng),一般還需要測量人體的感應(yīng)電流。
    用獨(dú)立式場強(qiáng)儀測量鄰近構(gòu)架等接地物體附近的空間場強(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對角線的4倍。在變電站內(nèi)進(jìn)行電場測量時(shí)應(yīng)遵守高壓設(shè)備附近工作的安全規(guī)程。
    3、影響電場測量準(zhǔn)確性的因素
    影響測量準(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。測量應(yīng)在相對濕度不超過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。