IEC 60052:2002

Voltage measurement by means of standard air gaps

Applies to the construction and use of sphere-gaps for measuring the peak value of alternating, direct and both full standard and longer tail impulse voltages. Peak values of the disruptive voltages in air are given in tabular form. Note: - For high-voltage test techniques, see IEC 60060.

Mesure de tension au moyen des éclateurs à sphères normalisés

Concerne la construction et l'utilisation d'éclateurs à sphères pour la mesure des valeurs de crête des tensions alternatives, des tensions continues et des tensions de choc pleines normales ainsi que des tensions de choc de plus grande durée de queue. Les valeurs de crête des tensions disruptives dans l'air sont données sous forme de tableaux. Note: - Pour les techniques des essais à haute tension voir la CEI 60060.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 14-Oct-2002
• ICS: 19.080 - Electrical and electronic testing
• Technical Committee: TC 42 - High-voltage and high-current test techniques
• Drafting Committee: MT 12 - TC 42/MT 12
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 15-Oct-2002
• Completion Date: 31-Oct-2002

Overview

IEC 60052:2002, titled Voltage Measurement by Means of Standard Air Gaps, is an international standard developed by the International Electrotechnical Commission (IEC). This third edition establishes the requirements and guidelines for the construction and use of standard sphere-gaps to measure the peak values of alternating, direct, and impulse voltages, including both full standard and longer tail impulse voltages. It is a fundamental reference for practitioners involved in high-voltage measurement and testing.

The standard provides essential details such as the shape and surface conditions of sphere-gaps, connection methods, use instructions, and includes tabulated peak disruptive voltage values for air gaps under various conditions. IEC 60052 supports the calibration and performance verification of high-voltage measuring devices in electrical engineering.

Key Topics

• Sphere-gap Design and Requirements
  The standard defines precise specifications for sphere-gaps, including:

  • Shape and surface condition requirements to ensure accuracy and repeatability.
  • Vertical and horizontal sphere-gap arrangements.
  • Connections to measurement systems and devices.

• Voltage Measurement Procedures
  Procedures to measure peak values of:

  • Alternating voltages at power frequency.
  • Direct voltages, both positive and negative polarity.
  • Impulse voltages for switching and lightning effects.

• Reference Tables and Correction Factors
  Provided tables list peak disruptive voltages for various test conditions, along with guidance on:

  • Air density correction factors to adjust measurements for environmental conditions.
  • Humidity correction factors to account for atmospheric moisture impact on measurements.

• Standard Rod-Rod Gap Usage
  For direct voltage measurements, details are laid out on rod-rod gap construction and measurement procedures to complement sphere-gap applications.

• Calibration and Uncertainty Management
  Annexes offer comprehensive guidance on:

  • Experimental calibration ranges.
  • Derivation of voltage values from national standards.
  • Uncertainty assessment and sphere-gap calibration protocols.

Applications

IEC 60052:2002 is crucial for:

• High-voltage Test Labs
  Employing sphere-gap configurations as primary standards to verify voltage measuring instruments and calibrate equipment.

• Electrical Utilities and Manufacturers
  Ensuring equipment withstands rated voltages by accurately measuring disruptive voltages under standardized conditions.

• Research & Development
  Studying the behavior of air gaps and insulation systems under various voltage stresses and environmental influences.

• Quality Assurance and Compliance
  Providing a reliable methodology for performance checking of approved measuring systems used in power systems testing.

By standardizing air gap methods, IEC 60052 enhances safety and precision in high-voltage testing environments and promotes global unification of measurement practices.

Related Standards

• IEC 60060 - High-Voltage Test Techniques
  Provides extensive methods and procedures for high-voltage testing, complementing the use of air gaps described in IEC 60052.

• IEC 60034 - Rotating Electrical Machines
  Part of the IEC 60000 series which includes numbering conventions related to electrotechnical testing.

• Other IEC Standards on Electrical Insulation and Testing
  To ensure comprehensive coverage of measurement, insulation coordination, and equipment testing relevant to high-voltage engineering.

---

Keywords: IEC 60052, voltage measurement, standard air gaps, sphere-gap, high-voltage testing, impulse voltage, direct voltage, alternating voltage, voltage calibration, air density correction, humidity correction, electrical standardization, IEC standards.

Standards Content (Sample)

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
INTERNATIONAL
Troisième édition
STANDARD
Third edition
2002-10
Mesure de tension au moyen des éclateurs
à sphères normalisés
Voltage measurement by means of
standard air gaps
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 60052:2002
Numérotation des publications Publication numbering
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sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
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comité d’études ou date de publication. Des publication. On-line information is also available
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les nouvelles publications, les publications rempla- replaced publications, as well as corrigenda.
cées ou retirées, ainsi que sur les corrigenda.
• IEC Just Published • IEC Just Published
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
INTERNATIONAL
Troisième édition
STANDARD
Third edition
2002-10
Mesure de tension au moyen des éclateurs
à sphères normalisés
Voltage measurement by means of
standard air gaps
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U
Commission Electrotechnique Internationale PRICE CODE
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– 2 – 60052  CEI:2002
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION .6
1 Domaine d'application. 8
2 Références normatives . 8
3 Définitions . 8
4 Eclateur à sphères normalisé. 8
4.1 Prescriptions sur la forme et les conditions de surface. 8
4.2 Disposition générale d'un éclateur à sphères en vue des mesures.10
4.3 Connexions .12
5 Utilisation de l'éclateur à sphères .14
5.1 Etat de surfaces des sphères.16
5.2 Irradiation .16
5.3 Mesure des tensions.16
6 Valeurs de référence figurant dans les tableaux 2 et 3.18
6.1 Précisions des valeurs des tableaux 2 et 3 .20
6.2 Facteur de correction de densité de l’air .20
6.3 Facteur de correction d’humidité.22
7 Eclateur pointe-pointe normalisé pour la mesure de tension continue .22
7.1 Dispositions générales d'un éclateur pointe-pointe .22
7.2 Valeurs de références.22
7.3 Procédure de mesure .22
8 Utilisation d'éclateurs à sphères normalisés pour le contrôle des performances de
systèmes de mesure approuvés.24
Annexe A (informative) Gamme d'étalonnage expérimental pour les éclateurs à sphères .44
Annexe B (informative) Mode d'obtention des valeurs des tableaux 2 et 3 à partir de
normes internationales et d'autres sources .46
Annexe C (informative) Sources d'irradiation.48
Annexe D (informative) Incertitude et étalonnage des éclateurs à sphères .50
Bibliographie .52
Figure 1 – Eclateur à sphères vertical .38
Figure 2 – Eclateur à sphères horizontal .40
Figure 3 – Disposition pour éclateur pointe-pointe.42
Tableau 1 – Limites de distances d’isolement.12
Tableau 2 – Valeurs de crête des tensions de décharges disruptives (Valeurs U des
essais de chocs) en kV pour les tensions alternatives à fréquence industrielle, la
tension de choc de foudre plein, la tension de choc de manœuvre de polarité négative
et les tensions continues des deux polarités .26
Tableau 3 – Tensions de crête de décharge disruptives (Valeurs de U des essais de choc)
en kV pour tensions de choc de foudre plein et de choc de manœuvre de polarité positive .32
Tableau A.1 – Travaux expérimentaux d’étalonnage de l’éclateur à sphères .44
Tableau B.1 – Valeurs arrondies des tableaux 2 et 3.46

60052 © IEC:2002 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD . 5
INTRODUCTION .7
1 Scope . 9
2 Normative references. 9
3 Definitions. 9
4 Standard sphere-gap. 9
4.1 Requirements on shape and surface conditions. 9
4.2 General arrangement of a sphere-gap for measurement.11
4.3 Connections.13
5 Use of the sphere-gap.15
5.1 Condition of the sphere surfaces .17
5.2 Irradiation .17
5.3 Voltage measurements .17
6 Reference values in tables 2 and 3.19
6.1 Accuracy of values in tables 2 and 3.21
6.2 Air density correction factor.21
6.3 Humidity correction factor .23
7 Standard rod-rod gap for measurement of direct voltage.23
7.1 General arrangement of a rod-rod gap .23
7.2 Reference values .23
7.3 Measurement procedure .23
8 Use of standard air gaps for performance checks of approved measuring systems .25
Annex A (informative) Range of experimental calibrations for sphere-gaps.45
Annex B (informative) Procedure by which the values in tables 2 and 3 have been
derived from national standards and other sources .47
Annex C (informative) Sources of irradiation .49
Annex D (informative) Uncertainty and calibration of sphere-gaps .51
Bibliography .53
Figure 1 – Vertical sphere-gap.39
Figure 2 – Horizontal sphere-gap.41
Figure 3 – Arrangement for rod-rod gap .43
Table 1 – Clearance limits .13
Table 2 – Peak values of disruptive discharge voltages (U values in impulse tests) in
kV for alternating voltages at power frequencies, full lightning and switching impulse
voltages of negative polarity and direct voltages of both polarities .27
Table 3 – Peak values of disruptive discharge voltages (U values in impulse tests)
in kV for full lightning and switching impulse voltages of positive polarity.33
Table A.1 – Experimental calibrations of the sphere-gap .45
Table B.1 – Rounding off of values in tables 2 and 3.47

– 4 – 60052  CEI:2002
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
MESURE DE TENSION AU MOYEN
DES ÉCLATEURS À SPHÈRES NORMALISÉS
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 60052 a été établie par le comité d'études 42 de la CEI:
Technique des essais à haute tension.
Cette troisième édition de la CEI 60052 annule et remplace la deuxième édition, parue en
1960, dont elle constitue une révision technique.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
42/173/FDIS 42/175/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les annexes A, B, C et D sont données uniquement à titre d'information.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2012.
A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
60052 © IEC:2002 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
VOLTAGE MEASUREMENT
BY MEANS OF STANDARD AIR GAPS
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 60052 has been prepared by IEC technical committee 42: High-
voltage testing techniques.
This third edition of IEC 60052 cancels and replaces the second edition, published in 1960, and
constitutes a technical revision.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
42/173/FDIS 42/175/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
Annexes A, B, C and D are for information only.
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
2012. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
– 6 – 60052  CEI:2002
INTRODUCTION
L’éclateur à sphères a été utilisé comme méthode de mesure de tension de crête simple et
fiable dans beaucoup d’essai d’équipements industriels depuis 75 ans, et les valeurs des
tableaux I et II de la deuxième édition de la CEI 60052 ont été acceptées comme consensus
international de mesures normalisées. Ces tableaux apparaissent dans la présente norme en
tant que tableaux 2 et 3.
Il n’existe pas d’information dans les références (par exemple, l'annexe A) dans la
perspective d’une traçabilité des normes nationales de mesure. Cependant, l’écart des
valeurs mesurées des tensions de décharges disruptives sur lesquelles les tableaux 2 et 3
sont établis, ne dépassent pas 3 % pour un niveau de confiance de 95 %.Au vu d’une longue
histoire comme consensus international de mesures normalisées, les valeurs des tensions de
décharges disruptives dans les tableaux I et II de la deuxième édition de la CEI 60052 sont
reproduits dans la présente norme comme tableaux 2 et 3. Elles sont à utiliser comme
principales valeurs avec une incertitude de 3 % pour un niveau de confiance de 95 %.
Le matériel concernant les éclateurs pointe-pointe pour des mesures fiables de haute tension
continue a été inclus ici pour former une norme intégrée sur les mesures de haute tension
utilisant des éclateurs à sphères normalisés.
Quatre annexes informatives sont incluses:
L’annexe A indique dans quelles limites de tension et de fréquence les valeurs des tableaux 2
et 3 ont été obtenues à partir des résultats expérimentaux et peuvent être supposés
correspondre aux limites de précision spécifiées en 4.1.
L’annexe B indique comment les valeurs des tableaux 2 et 3 ont été obtenues à partir de
normes nationales antérieures ou provenant d’autres sources.
L’annexe C fournit des informations sur les irradiations additionnelles qui peuvent être
nécessaires dans certaines situations.
L’annexe D fournit des informations sur les incertitudes et l’étalonnage des éclateurs à
sphères.
60052 © IEC:2002 – 7 –
INTRODUCTION
Sphere-gaps have been used as a simple and reliable method for measurement of peak
voltage in many industrial test facilities for 75 years, and the values of tables I and II in the
second edition of IEC 60052 have been accepted as an International Consensus Standard of
Measurements. These tables appear in this standard as tables 2 and 3.
There is no information in the references (e.g. annex A) with regard to traceability to national
standards of measurement. However, the dispersion in the measured values of sparkover
voltages upon which tables 2 and 3 are based, does not exceed 3 % for a 95 % confidence
level.
In view of the long history of IEC 60052 as an International Consensus Standard of
Measurement, the values for disruptive discharge voltage in tables I and II of the second
edition of IEC 60052 are reproduced in this publication as tables 2 and 3. They are to be used
as mean values with an uncertainty of 3 % for a 95 % confidence level.
The material on rod-rod gaps for reliable measurement of high direct voltages has been
included here to form an integrated standard on high voltage measurements using standard
air gaps.
Four informative annexes are included:
Annex A gives the limits of voltage and frequency over which tables 2 and 3 have been derived
from experiments and can be presumed to be accurate within the limits specified in 4.1.
Annex B gives the procedure by which the values in tables 2 and 3 have been derived from
previous national standards and other sources.
Annex C provides information on additional irradiation, which may be needed in certain
situations.
Annex D provides information on the uncertainty and calibration of sphere-gaps.

– 8 – 60052  CEI:2002
MESURE DE TENSION AU MOYEN
DES ÉCLATEURS À SPHÈRES NORMALISÉS
1 Domaine d'application
La Norme internationale CEI 60052 présente les recommandations s’appliquant à la
construction et à l’emploi des éclateurs à sphères normalisés utilisés pour la mesure des
valeurs crêtes des quatre types de tensions suivantes:
a) tensions alternatives à fréquences industrielles;
b) tensions de choc de foudre plein;
c) tensions de choc de manœuvre;
d) tensions continues.
Les éclateurs à sphères construits et utilisés selon cette norme sont des dispositifs de
mesure conformes à la CEI 60060-2) et sont destinés principalement aux contrôles des
caractéristiques des systèmes de mesure de haute tension.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60060-1:1989, Techniques des essais à haute tension – Première partie: Définitions et
prescriptions générales relatives aux essais
CEI 60060-2:1994, Techniques des essais à haute tension – Partie 2: Systèmes de mesure
3 Définitions
vacant
4 Eclateur à sphères normalisé
L’éclateur à sphères normalisé est un dispositif de mesure de tension de crête, construit et
disposé conformément à cette norme. Par convention, sont désignés par points d’étincelle,
les deux points les plus rapprochés des sphères. Les figures 1 et 2 représentent deux
dispositions dont l’une correspond habituellement aux éclateurs à sphères à axe vertical et
l’autre aux éclateurs à sphères à axe horizontal.
4.1 Prescriptions sur la forme et les conditions de surface
L’éclateur à sphères normalisé consiste en deux sphères métalliques de même diamètre D,
ainsi que leurs tiges, le mécanisme de manœuvre, les supports isolants, la monture
supportant les sphères et les connexions qui les relient aux points où la tension est à
mesurer. Les valeurs normalisées de D sont 2 – 5 – 6,25 – 10 – 12,5 – 15 – 25 – 50 – 75 –
100 – 150 et 200 cm. L’écartement entre les sphères est désigné par S.

60052 © IEC:2002 – 9 –
VOLTAGE MEASUREMENT
BY MEANS OF STANDARD AIR GAPS
1 Scope
IEC 60052 sets forth recommendations concerning the construction and use of standard air
gaps for the measurement of peak values of the following four types of voltage:
a) alternating voltages of power frequencies;
b) full lightning impulse voltages;
c) switching impulse voltages;
d) direct voltages.
Air gaps constructed and used in accordance with this standard represent IEC standard
measuring devices in accordance with IEC 60060-2 and are primarily intended for performance
checks of high voltage measuring systems.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For
dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of
the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60060-1:1989, High-voltage test techniques – Part 1: General definitions and test
requirements
IEC 60060-2:1994, High-voltage test techniques – Part 2: Measuring systems
3 Definitions
vacant
4 Standard sphere-gap
The standard sphere-gap is a peak voltage measuring device constructed and arranged in
accordance with this standard. The points on the two spheres which are closest to each other
are called the sparking points. Figures 1 and 2 show two arrangements, one of which is typical
of sphere-gaps with a vertical axis and the other of sphere-gaps with a horizontal axis.
4.1 Requirements on shape and surface conditions
The standard sphere-gap consists of two metal spheres of the same diameter D, their shanks,
operating gear, insulating supports, supporting frame and leads for connection to the point at
which the voltage is to be measured. Standard values of D are 2 – 5 – 6,25 – 10 – 12,5 – 15 –
25 – 50 – 75 – 100 –150 and 200 cm. The spacing between the spheres is designated S.

– 10 – 60052  CEI:2002
Les sphères doivent être de fabrication soignée de façon que leurs surfaces soient lisses et
que leur courbure soit aussi uniforme que possible.
D’ordinaire, le contrôle des tolérances sur les dimensions et sur la forme n’a besoin d’être
effectué qu’au moment de la première mise en place des sphères en utilisant tout appareil
adéquat (par exemple, un sphéromètre).
Le diamètre de chaque sphère ne doit pas s’écarter de plus de 2 % de la valeur nominale. La
surface des sphères doit être raisonnablement dépourvue d’irrégularité dans la région voisine
du point d’étincelle. Une surface mécanique de finition moyenne (rugosité R en dessous
max
de 10 μm) est estimée convenable. La zone du point d’étincelle est délimitée par un cercle à
l’aide d’un compas centré sur le point d’étincelle avec une ouverture égale à 0,3 D fois le
diamètre de la sphère.
Quand l’éclateur à sphères est utilisé, il est normalement suffisant de procéder à un examen
tactile et visuel.
NOTE Aucun défaut mineur de la zone hémisphérique non adjacente n’altère la performance de l’éclateur
à sphères.
4.2 Disposition générale d'un éclateur à sphères en vue des mesures
4.2.1 Eclateur vertical
Lorsque l’éclateur est disposé verticalement, la tige de la sphère à haute tension ne doit
présenter ni arête vive, ni angle et son diamètre ne doit pas être supérieur à 0,2 D sur une
longueur égale à D. Cette prescription est faite dans le but de réduire l’influence de la tige à
haute tension sur la tension de décharge disruptive. Lorsqu’une électrode de répartition de
champ (dispositif anti-effluves) est utilisée à l’extrémité de la tige, sa plus grande dimension,
perpendiculaire à l’axe de l’éclateur, ne doit pas dépasser 0,5 D et doit se trouver à une
distance d’au moins 2 D du point d’étincelle de la sphère à haute tension.
La tige de mise à la terre et le mécanisme de manœuvre ont une moindre influence et leurs
dimensions sont de ce fait moins importantes.
La figure 1 donne les limites de dimensions des éléments caractéristiques composant un
éclateur à sphères vertical type.
Il convient que les tiges des sphères soient visuellement alignées.
4.2.2 Eclateur horizontal
Lorsque les sphères sont disposées horizontalement, les limites de dimensions d'un éclateur
à sphère type sont données dans la figure 2. Elles sont les mêmes pour les deux côtés de
l’éclateur.
Il convient que les tiges des sphères soient visuellement alignées.
4.2.3 Hauteur des sphères au-dessus du plan de terre horizontal
La hauteur A du point d’étincelle de la sphère haute tension au-dessus du plan de terre du
plancher du laboratoire doit être dans les limites indiquées dans le tableau 1.
Si l’éclateur à sphères est monté de sorte que la sphère mise à la terre soit proche du
plafond, et qu’en outre les autres surfaces telles que parois et plancher soient à des
distances considérablement plus grandes, c’est le plafond qui doit être considéré comme plan
horizontal à partir duquel la distance A est mesurée vers le bas.

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The spheres shall be carefully made so that their surfaces are smooth and their curvature is as
uniform as possible.
The tolerances on size and shape need usually only be checked when the spheres are first
supplied and any suitable instrument (e.g. spherometer) may be used.
The diameter of each sphere shall not differ by more than 2 % from the nominal value. The
spheres shall be reasonably free from surface irregularities in the region of the sparking point.
A medium grade mechanical surface finishing (roughness R below 10 μm) is considered to
max
be adequate. The region of the sparking point is defined by a circle such as would be drawn on
the spheres by a pair of dividers set to an opening of 0,3 D and centred in the sparking point.
When the sphere-gap is used, it will normally be sufficient to examine the surface by touch and
visual inspection.
NOTE Any minor damage on the non-adjacent hemispherical surfaces does not alter the sphere-gap performance.
4.2 General arrangement of a sphere-gap for measurement
4.2.1 Vertical gap
When the spheres are arranged vertically, the shank of the high-voltage sphere shall be free
from sharp edges or corners and the diameter of the shank shall not exceed 0,2 D over a
length D. This requirement is made in order to reduce the influence of the high-voltage shank
on the disruptive discharge voltage. If a stress distributor (corona shield) is used at the end of
the shank, its greatest dimension, perpendicular to the axis of the spheres, shall not exceed
0,5 D and shall be at least 2 D from the sparking point of the high-voltage sphere.
The earthed shank and the operating gear have a smaller effect and their dimensions are
therefore less important.
Figure 1 gives the limits of size of the components of a typical vertical sphere-gap.
The sphere shanks should be visually in line.
4.2.2 Horizontal gap
When the spheres are arranged horizontally, the limiting dimensions of a typical sphere-gap
are given in figure 2. They are the same for both sides of the gap.
The sphere shanks should be visually in line.
4.2.3 Height of the spheres above the horizontal earth plane
The height A of the sparking point of the high-voltage sphere above the earth plane of the
laboratory floor shall be within the limits given in table 1.
If the sphere-gap is mounted with the earthed sphere nearest to the ceiling, and if other
surfaces such as walls and the floor are at a considerably greater distance, then the ceiling
shall be regarded as the horizontal plane, from which the distance A is measured downwards.

– 12 – 60052  CEI:2002
4.2.4 Distance d'isolement autour des sphères
La distance du point d’étincelle de la sphère à haute tension à tout objet extérieur (tel que
parois, murs ou n’importe quel appareil alimenté en courant ou relié à la terre) et au châssis
de ces sphères, si ce dernier est composé de matériaux conducteurs, ne doit pas être
inférieure à la valeur de la distance d'isolement B du tableau 1. A l’exception de la dérogation
décrite ci-dessous, il est recommandé que B ne soit pas inférieure à 2 D, quelle que soit la
valeur de S.
Cette prescription ne concerne pas le châssis en matériau isolant supportant les sphères,
pourvu qu’il soit propre et sec et que l’éclateur ne soit utilisé que pour la mesure de tensions
alternatives ou de tension de choc. Dans ce cas, la distance B entre le point d’étincelle de la
sphère à haute tension et le châssis peut être moindre qu’il est prescrit au tableau 1, mais
elle ne doit pas être inférieure à 1,6 D.
Les valeurs crêtes des tensions de décharges disruptives dans les tableaux 2 et 3 sont
valables pour les distances d'isolement autour des sphères dans les limites du tableau 1.
Tableau 1 – Limites de distances d’isolement
Diamètre de la sphère D Valeur minimale de Valeur maximale de Valeur minimale de
la hauteur A la hauteur A la distance B
cm
7 D 9 D 14 S
Jusqu’à 6,25
10 -15 6 D 8 D 12 S
25 5 D 7 D 10 S
50 4 D 6 D 8 S
75 4 D 6 D 8 S
100 3,5 D 5 D 7 S
150 3 D 4 D 6 S
200 3 D 4 D 6 S
Il arrive parfois que les conditions d’essais ne permettent pas de respecter les valeurs de A et
de B conformément aux prescriptions minimales. De tels éclateurs à sphères peuvent être
utilisés à condition que, soit la déviation z satisfasse aux exigences de l'article 5, soit que
l’incertitude des valeurs des décharges disruptives indiquées dans les tableaux 2 et 3 soit
augmentées convenablement. De tels éclateurs à sphères pourraient être étalonnés dans des
conditions de laboratoire, comme indiqué à l'annexe D.
Il convient que le circuit soit disposé de sorte qu’à la tension d’essai il n’y ait:
– aucune décharge disruptive avec d’autres objets,
– aucune décharge disruptive visible du conducteur haute tension ou de la tige dans
l’espace définit par B,
– aucune décharge visible d’autres objets reliés à la terre étendue dans l’espace défini par B.
4.3 Connexions
L'éclateur à sphères doit être connecté conformément aux exigences spécifiées dans la
CEI 60060-2.
4.3.1 Mise à la terre
Une sphère doit normalement être directement mise à la terre. Pour les usages spéciaux, elle
peut toutefois y être connectée à travers une résistance de faible valeur ohmique.

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4.2.4 Clearance around the spheres
The distance from the sparking point of the high-voltage sphere to any extraneous objects
(such as ceiling, walls, and any energized or earthed equipment), and also to the supporting
frame work for the spheres, if this is made of conducting material, shall not be less than the
value of distance B in table 1. Except as permitted below, B should not be less than 2 D,
regardless of the value of S.
Supporting frameworks for the spheres made of insulating material are exempt from this
requirement, provided that they are clean and dry and that the spheres are used for the
measurement of alternating or impulse voltages only. The distance B between the sparking
point of the high-voltage sphere and the framework may then be less than is prescribed in
table 1, however, it shall not be less than 1,6 D.
The peak values of disruptive discharge voltages in tables 2 and 3 are valid for clearances
around the spheres within the limits given in table 1.
Table 1 – Clearance limits
Sphere diameter D Minimum value of Maximum value of Minimum value of
cm
height A height A distance B
7 D 9 D 14 S
Up to 6,25
6 D 8 D 12 S
10 -15
25 5 D 7 D 10 S
50 4 D 6 D 8 S
75 4 D 6 D 8 S
100 3,5 D 5 D 7 S
3 D 4 D 6 S
3 D 4 D 6 S
The test conditions may make it impossible for the values of A and B to comply with the
minimum requirements. Such sphere-gaps can be used, providing that, either the conventional
deviation z meets the requirements of clause 5, or, that the uncertainty in the values for
disruptive discharge in tables 2 and 3 are suitably increased. Such sphere-gaps could be
calibrated under laboratory conditions as indicated in annex D.
The circuit should be arranged so that at the test voltage there is
– no disruptive discharge to other objects,
– no visible leader discharge from the high-voltage lead or the shank within the space defined
by B,
– no visible discharge from other earthed objects extending into the space defined by B.
4.3 Connections
The sphere-gap shall be connected in accordance with the requirements specified in
IEC 60060-2.
4.3.1 Earthing
One sphere normally shall be connected directly to earth. Low ohmic shunts may be connected
between the sphere and earth for special purposes.

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4.3.2 Conducteur à haute tension
Le conducteur à haute tension, y compris toute résistance en série qui ne serait pas disposée
dans la tige elle-même, doit être connecté à un point de la tige distant d’au moins 2 D du
point d’étincelle de la sphère à haute tension.
Dans la région où sa distance au point d’étincelle de la sphère à haute tension est inférieure
à B, il ne faut pas que le conducteur à haute tension (y compris, le cas échéant la résistance
en série) traverse le plan normal à l’axe de l’éclateur à sphères situé à une distance 2 D du
point d’étincelle de la sphère à haute tension. Ce plan est représenté aux figures 1 et 2.
4.3.3 Résistance de protection pour la mesure des tensions alternatives
et des tensions continues
Il convient de prendre des précautions pour rendre négligeable la piqûre des sphères par les
étincelles et pour éviter les oscillations superposées qui pourraient être la cause de
décharges disruptives erratiques. A cet effet, une résistance de 0,1 MΩ à 1 MΩ doit être
connectée en série avec l’éclateur à sphères. Cette plage de valeurs de résistance est
applicable aux mesures de tensions continues et aux tensions alternatives de fréquences
industrielles, parce que les valeurs de la résistance entraînent une chute de tension
négligeable.
Il convient de placer la résistance de protection aussi près que possible de la tige de la
sphère et de l’y connecter directement.
L’emploi d’une résistance en série est particulièrement importante lorsque des aigrettes se
produisent dans le circuit d’essai, afin de réduire l’influence de la surtension transitoire
qu’elles entraînent sur le fonctionnement de l’éclateur à sphères. Lorsqu’il ne se produit
d’aigrettes, ni dans le circuit d’essai, ni sur l’objet en essai, la valeur de cette résistance peut
être réduite à une valeur déterminée qui empêche la dégradation excessive des sphères sous
l’effet des décharges disruptives.
4.3.4 Résistance de protection en série pour la mesure des tensions de choc
Une résistance en série est nécessaire avec les sphères de grand diamètre afin d'éliminer
dans le circuit de l’éclateur à sphères, les oscillations qui peuvent rendre la tension plus
élevée entre les sphères que sur l'appareil en essai, s'il est connecté. Ce phénomène, est
habituellement d’importance mineure pour des sphères plus petites, à moins qu’elles ne
soient utilisées avec de longs câbles de branchement. Une résistance en série peut, aussi,
être nécessaire pour réduire la rudesse de la chute de tension qui pourrait introduire des
contraintes indésirables dans l’appareil essayé.
La résistance doit être non inductive (pas plus de 30 μH) et il convient que sa valeur n’excède
pas 500 Ω. Pour le placement de cette résistance dans le circuit, voir 4.3.2.
5 Utilisation de l'éclateur à sphères
Un éclateur à sphères est un dispositif de mesure approuvé par la CEI (4.4.5 de la
CEI 60060-1) lorsque la déviation conventionnelle z au moment de l’utilisation est inférieure à
1 % pour la tension alternative à fréquence industrielle et pour les tensions de choc de foudre
et moins de 1,5 % pour les tensions de chocs de manœuvre. La déviation conventionnelle z
est altérée par l’état de surface des sphères, la disponibilité des électrons libres (irradiation
suffisante), la poussière contenue dans l’air et les procédures de mesure.

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4.3.2 High-voltage conductor
The high-voltage conductor, including any series resistor not in the shank itself, shall be
connected to a point on the shank at least 2 D away from the sparking point of the high-voltage
sphere.
Within the region where the distance to the sparking point of the high-voltage sphere is less
than B, the high-voltage conductor (including the series resistor, if any) must not pass through
the plane normal to the axis of the sphere-gap and situated at a distance 2 D from the sparking
point of the high-voltage sphere. See figures 1 and 2 where the plane is shown.
4.3.3 Protective resistor for measurement of alternating and direct voltages
Precautions should be taken to minimize pitting of the spheres and to prevent superimposed
oscillations, which may cause erratic disruptive discharges. For this purpose, a resistance of
0,1 MΩ to 1 MΩ shall be connected in series with the sphere-gap. This range of resistance
values applies to measurements of direct voltages and of alternating voltages at power
frequencies, because the values of the resistance results in a negligible voltage drop.
The protective resistor should be placed as near as possible to the shank of the sphere and
connected directly to it.
When streamer discharges are present in the test circuit, series resistance is particularly
important in order to reduce the effect of the consequent transient over-voltage on the
...