工頻電場測量

1、測試設備

工頻電場測量的主要設備是場強儀。場強儀的類型主要有獨立式、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。

場強儀所測量的是場強脈動矢量或旋轉矢量在探頭主軸上的投影。場強儀的讀數由校驗標定，當電場為正弦量時，讀數表示的是場強的有效值。

(1)獨立式場強儀

獨立式場強儀的探頭常由兩個互相對稱的電極組成，這兩個電極互相絕緣，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有如下關系：

式中： —比例系數，與偶極子的幾何形狀、尺寸有關，通常由校驗確定; —感應電荷的有效值; —電場強度; —感應電流; —角頻率。

只要測出偶極子探頭上的感生電荷或者感生電流，就可以得到相應的場強。

(2)參照式場強儀

參照式場強儀探頭由置于薄絕緣板上的平板電極和接地保護電極組成。保護電極的寬度至少應為平板電極邊長的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。

參照式場強儀常以“地”為參考電位。其工作原理與獨立式場強儀相仿。可用來測量地平面處的場強。在非均勻電場中測量的是探頭表面的場強。

(3)光電式場強儀

光電式場強儀一般應用介質晶體探頭在電場中的普克爾(Pockels)效應來確定電場強度。其探頭尺寸通常很小(2cm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。

當介質晶體按一定方向放入電場時，由于電場的作用，晶體對偏振光的折射率發生變化，這種變化的大小與電場強度成正比，即透射光 和入射光 之比為： 式中： ; —光的波長; —晶體的折射率; —晶體內的電場強度; —晶體的厚度; —光電系數。

光調制的大小反映了晶體內部場強的數值，從而也間接測量了外部電場的場強。

獨立式場強儀和光電式場強儀不需要參考電位，可用來測量離地不同高度處的空間場強。

2、電場強度的測量

(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橢圓軌跡作旋轉。然而，在地平面處旋轉矢量則變成了垂直于地面的脈動矢量。

在三相輸電線下，離地面0~2m高的范圍內，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，探頭的主軸方向應取垂直方向。

用獨立式或者光電式場強儀測量高于地面的空間場強時，場強儀探頭中心對地高度應該大于它的最大對角線長度的2倍，并應注明測試點離地的高度。

測量地點應比較平坦，且無多余物體。對不能移開的物體，應該記錄其尺寸及與線路的相對位置，并應補充測量離物體不同距離處的場強。探頭與永久性物體之間的距離應該大于它的最大對角線的2倍。

測試人員的存在會使被測電場產生畸變，稱之為鄰近效應，此鄰近效應與探頭的離地高度、測量人員的身高、測量人員與探頭之間的距離等參數有關。鄰近效應要求小于3%。

(2)變電站電場的測量

在變電站內不但應測量離地一定高度處的空間場強，而且要測量地平面處的場強。為全面反映人體在電場中的感應，一般還需要測量人體的感應電流。

用獨立式場強儀測量鄰近構架等接地物體附近的空間場強時，應使探頭中心與構架等表面最小距離大于探頭最大對角線的4倍。在變電站內進行電場測量時應遵守高壓設備附近工作的安全規程。

3、影響電場測量準確性的因素

影響測量準確性的因素主要有以下幾點：

(1)絕緣支撐物的泄漏。

(2)濕度。測量應在相對濕度不超過80%時進行。

(3)溫度。當溫度從0℃增至40℃，指針式儀表頭場強儀的誤差會高達8%左右。

(4)讀數誤差。

(5)儀表的傾斜。

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（責任編輯：zyc）

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