測量球隙

利用球的放電原理構成的高電壓直接測量裝置。可測量交流高電壓(包括較高頻率下的衰減和不衰減交流電壓)、直流高電壓和衝擊高電壓。它由一對直徑為D、間隙為s的銅球組成。

當s<0.5D時，球隙間形成近乎均勻電場，此時放電電壓分散性較小，故可利用球隙的放電來測量高電壓。

將被測電壓加於球隙，改變球隙距離s至球隙恰好放電，該球隙的放電電壓值就是被測電壓。球隙所測得的是高電壓的峯值。

被測電壓越高，需用更大直徑的銅球，國際電工委員會(IEC)提出了不同直徑(2～200cm)、不同間隙下球隙的標準放電電壓表作為測量依據，有關的中國國家標準中也引用了該表。空氣的放電電壓和空氣的相對密度δ有關，故放電電壓表是指標準大氣狀況(即氣温20℃，大氣壓力為101.3 kPa)下的數值，非標準狀態下放電電壓值等於標準狀態下放電電壓值乘以校正係數K。K和δ有關，δ=2.892p/T(p為大氣壓力，kPa;T為氣温，℃)。當δ值在0.95和1.05之間時，K=δ。 ^[1] 

測量球的直徑從2釐米到2米甚至3米,可測峯值電壓範圍從 2千伏到高於2000千伏。≤0.5條件下，測量交流電壓及衝擊電壓的誤差為≤3%；測量直流高壓時,由於灰塵、纖維等雜質影響特別嚴重，測量誤差較大,≤0.4時，誤差為≤5%。

為防止球隙放電的短路電流燒損球面和阻尼電路中因刷狀放電而引起高頻振盪(後者會使球隙發生異常放電)，使用球隙時需與其串聯一個100kΩ的電阻。測量衝擊電壓時，串聯電阻值應小於500Ω，而且應是低電感的。由於球隙的衝擊放電電壓有分散性，故測量衝擊電壓時要採用50%放電電壓法，即在被測電壓作用下，相應球隙的放電概率為50%。簡單的慣用作用法是，對某球隙加同一衝擊電壓10次，其中4～6次放電，則球隙放電電壓表上的相應數值就是該衝擊電壓值。

為保證測量準確度，對球表面光潔度、球面曲率、球徑、球杆尺寸、與周圍物體距離以及加電壓方式等都有一定的要求。在滿足這些條件的情況下，對交流、衝擊電壓的測量不確定度為±3%，測量直流高電壓的不確定度為±5%。 ^[2] 

測量球隙是可直接測量數百千伏至數千千伏高電壓的唯一設備，可用於測量交、直流和衝擊電壓，而且結構簡單可靠。其缺點是，使用時必須放電，測量過程較繁瑣費時，而且易受周圍環境條件影響而發生異常放電。但中國國家標準規定，測量球隙是可與認可的交流高電壓和衝擊高電壓測量系統進行比對的一種標準測量裝置。有時還用它作為試驗時防止電壓過高的保護裝置。

20世紀初已經開始研究和應用。測量球隙是一對直徑相同的金屬球(一般應用銅球)，在一定的大氣狀況下,兩球間隙有一比較固定的放電電壓。由此可用來測量一個未知高電壓的峯值。球隙的放電電壓可從國際標準和各國國家標準中查得。若測量時的空氣狀態不同於標準狀態，需根據當時的氣壓－氣温加以校正。試驗標準所推薦的球隙放電電壓表的數值，是事先經過許多國家用實驗方法獲得的。

測量球隙可用於交流電壓、正負極性的標準雷電全波衝擊電壓、長波尾衝擊電壓及直流電壓等高電壓的測量。近年來，各國研究採用棒間隙來測量直流高壓，它可減小放電分散性和測量誤差。