[发明专利]一种测量工频电场强度的方法和系统

说明书

本发明提供一种测量工频电场强度的方法和系统，所述方法包括采用有限元数值方法进行准静态场的电磁方程求解，模拟计算不同半径且上下水平布置的金属圆形极板在不同极板间距时的均匀电场区域的尺寸；制作与上述仿真条件下完全一致的金属圆形极板并进行电场探头校准试验；根据试验结果结合仿真结果制定一条理论场强和探头读数之比与金属极板间距之间的标定曲线；实际测量时，先对被测电场进行仿真估计，然后根据上述标定曲线，获得真实电场水平。本发明针对不同尺寸的工频电场探头，均可以明确适于其测量的电场范围的尺寸，并通过本发明的标定，消除了该探头的引入带来的对被测电场的畸变影响，从而求出该电场探头测量的区域内的准确电场强度。

技术领域

本发明涉及电学物理量测量领域，并且更具体地，涉及一种测量工频电场强度的方法和系统。

背景技术

导体带电条件下，表面附着的电荷在周围空间中就会产生电场分布。通常在用电设备周围都会存在电场。我国交流电网的工作频率为50Hz，交流输变电工程的工频电场既可以由交流输电线路产生，也可以由变电站内各类带电设备产生。高压输变电工程电磁环境参数之一就是工频电场，是输变电工程环境影响评价指标之一。为了获得高压输变电工程设施设备的工频电场强度，通常采用电场传感器进行测量。如变电站工频电场测量、输电线路电场测量、故障诊断、电场环境测量等采用工频电场传感器检测电气设备周围电场的分布及其变化，对电力设备的设计及安全运行具有十分重要的意义。目前，电场测量仪器主要包括悬浮体型、地参考型和光电型，悬浮体型是目前市场上商用最多的型式。悬浮体场强仪的工作原理是测量引入到被测电场的一个孤立导体的两部分之间的工频感应电流和感应电荷。它用于在地面以上的地方测量空间电场，并且不要求一个参考地电位，它通常做成携带式，用一绝缘手柄或绝缘体引入电场。

但是，任何一种导体处在某一电场中，电场就会引起该导体表面电荷的移动。同样导体上所带的电荷也产生一个场，这个电场叠加在原来的电场上，改变了导体附近的整个电场，这时导体周围的场称为“畸变场”。在电场测量中由于悬浮体型传感器的引入势必将引起电场的畸变，即便采用光纤作为电场传感器传输媒介，虽然光纤的隔离作用使得采集信号不会产生较大畸变，但其没有考虑到测量探头处于测量域中，将会影响场域电场的均匀度和原场域电力线的分布变化，从而产生畸变电场，影响测量精度。

对于民房畸变电场而言，其周围电场往往是不均匀的，而离被畸变物体一定距离处存在一定程度的均匀区域，且此均匀区域的大小是有限的，从畸变电场计算结果看出，一般在平台四周直立栏杆周围场强存在畸变，但是远离栏杆一定距离后，场强又变得均匀。为了避免探头引入被测电场时带来的畸变影响，我国国家标准GB/T 12720-91《工频电场测量》仅仅指出解决的原则：进行电场强度测量时观察者必须离探头足够远，以避免使探头处的电场有明显的畸变，探头的尺寸应使得引入探头进行测量时，产生电场的边界面(带电或接地表面)上的电荷分布没有明显的畸变。实际上，对于电场探头的校准与标定也是基于这样一个事实：探头的尺寸足够小，以确保校准时不对均匀电场带来影响。也就是说，校准用的均匀场域尺寸比探头大得多，通常在10倍以上。实际上针对不同尺寸、不同材质的探头，在测量某些狭小区域的电场场域时(如输电线路下方民房女儿墙处)，探头尺寸与场域的尺寸关系不再满足探头校准时的试验条件，此时探头带来的畸变影响将导致结果的巨大偏差，如何将畸变影响消除目前没有切实可行的解决方法。

发明内容

为了解决背景技术存在的当探头尺寸与场域的尺寸关系不再满足探头校准时的试验条件时探头带来的畸变影响将导致工频电场测量结果的巨大偏差这一技术问题，本发明提供一种测量工频电场强度的方法，所述方法用于消除工频电场探头对被测电场造成的畸变以测量真实工频电场强度，所述方法包括：

步骤1、测量工频电场的探头的最大对角线长度L；

步骤2、建立N组具有不同半径R，且上下完全一样的水平布置的金属圆形极板的三维仿真模型，其中极板半径R至少是测量探头最大对角线长度L的4倍以上；