Электрооборудование и электроустановки на 3 кВ и выше - ГОСТ 17512-82 - Определение реакции на ступенчатый импульс

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Обязательное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИИ НА СТУПЕНЧАТЫЙ ИМПУЛЬС И ЕЕ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ С ДЕЛИТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ

1. Общие указания

1.1. Определение динамических характеристик измерительной системы выполняется с помощью измерения реакции на ступенчатый импульс и перечисленных в табл. 1 ее параметров, выбор которых определяется видом измеряемого напряжения.

Таблица 1

1.2. Для определения реакции на ступенчатый импульс и ее параметров применяется метод ступенчатого импульса.
Для определения времени реакции может быть применен также метод шарового измерительного разрядника или вычислительный метод, который используется для нерегулируемых омических делителей.

2. Экспериментальная методика определения реакции на ступенчатый импульс

2.1. Реакция на ступенчатый импульс определяется для условий эксплуатации измерительной системы по схеме, указанной на черт. 1. Допускается применять для определения реакции на ступенчатый импульс другие схемы, в которых должны быть учтены вид и длина подводки высокого напряжения и провода заземления измерительной системы.
По схеме черт. 1 входной зажим А измерительной системы соединяется с коммутатором 3 вертикальным проводом 4 того же диаметра, что и подводка к делителю 5.
Коммутатор должен иметь близкое к нулю внутреннее сопротивление и обеспечивать фронт ступенчатого импульса, по меньшей мере, в пять раз короче ожидаемого частичного времени реакции Ta. Пригодными коммутаторами являются реле с ртутными контактами или разрядные промежутки с однородным полем, помещенные в изоляционное масло или сжатый газ. Расстояние между электродами в искровом промежутке не должно превышать 3 мм.
Если для коммутатора 3 используется реле с ртутными контактами следует применять источник низкого постоянного напряжения 1, присоединяемый к измерительной системе через токоограничивающий резистор 2. В этом случае вместо импульсного осциллографа, предназначенного для работы с делителем высокого напряжения, необходимо применять осциллограф с усилителем. Динамические характеристики и входное полное сопротивление осциллографа с усилителем должны быть такими, чтобы замена осциллографа не влияла на форму реакции на ступенчатый импульс.
При использовании для коммутатора 3 разрядного промежутка в зависимости от типа делителя следует применять источник постоянного, переменного или импульсного напряжения с фронтом не менее 10 мкс. Разряд должен происходить вблизи максимума напряжения, ток источника напряжения 1 должен быть ограничен резистором 2. В этом случае напряжение ступенчатого импульса на входе измерительной системы должно обеспечивать возможность измерения реакции импульсным осциллографом, предназначенным для работы с делителем высокого напряжения.

Схема для экспериментального определения реакции измерительной системы
на ступенчатый импульс

1 - источник напряжения; 2 - токоограничивающий резистор; 3 - коммутатор; 4 - вертикальный провод; 5 - горизонтальная подводка к делителю; 6 - плечо высокого напряжения делителя; 7 - плечо низкого напряжения делителя; 8 - кабель; 9 - осциллограф; 10 - провода заземления

Черт. 1

3. Определение параметров реакции на ступенчатый импульс

3.1. Типичные осциллограммы реакции, полученные методом ступенчатого импульса, показаны на черт. 2. На осциллограммах черт. 2 б, в, г, е начальная часть сглажена, на осциллограммах черт. 2 d, e в начальной части имеются искажения, которые влияют на оценку погрешности срезанных на фронте грозовых или линейно-нарастающих импульсов напряжения.
Поэтому для определения параметров реакции следует принять условную начальную точку О', которая считается начальной точкой реакции и ступенчатого импульса напряжения.
3.2. Условная начальная точка О' определяется пересечением оси времени с касательной к наиболее крутой части фронта реакции (черт. 2).
Если реакция имеет колебания на фронте (черт. 2 г), то проводится усредненная кривая, которая используется для определения касательной.
При определении О' начальными искажениями T0 (черт. 2 д, е) пренебрегают.
3.3. Установившееся значение реакции определяется как значение, к которому стремится реакция на ступенчатый импульс или колеблется около него.
При наличии колебаний в реакции рекомендуется для определения установившегося значения включать демпфирующий резистор в провод вблизи генератора ступенчатого импульса.
Для определения установившегося значения может потребоваться использование различных по времени разверток осциллографа.
3.4. Частичное время реакции Тaопределяется площадью между ступенчатым импульсом, перемещенным к точке О', и осциллограммой реакции на ступенчатый импульс до момента, когда она впервые достигает единичного значения (черт. 2).
3.5. Экспериментальное время реакции Тn определяется с учетом вертикального провода от генератора ступенчатого напряжения к горизонтальной подводке и делителю
Тn = Тa - Tb + Tg - . . .                                                         (1)
Площади Тa, Tb, Tg и т.д. показаны на черт. 2 штриховкой. Они ограничены реакцией и ступенчатым импульсом в предположении, что обе характеристики начинаются с О'. При определении Тn начальными искажениями Т0 пренебрегают и рассматривают прямую линию, используемую для определения О', как реакцию для этой части (черт. 2 д, е).

Типичные осциллограммы реакций на ступенчатый импульс

Черт. 2

3.6. Время реакции T определяется как сумма из Тn и поправки на действие вертикального провода
,                                                       (2)
где: Т - время реакции, мкс;
 - время пробега импульса по вертикальному проводу длиной h в метрах со скоростью 300 м/мкс;
R - активное сопротивление плеча высокого напряжения делителя, которое равно бесконечности для емкостных и демпфированных делителей, Ом;
z - волновое сопротивление вертикального провода, которое с приближением может быть принято равным полному сопротивлению горизонтального провода, помещенного на высоте равной длине вертикального провода:
,                                                 (3)
где z - волновое сопротивление, Ом;
d - диаметр провода, м;
m0 - магнитная проницаемость вакуума, равная 4p·10-7 Гн/м;
e0 - электрическая постоянная вакуума, равная 8,85·10-12 Ф/м.
3.7. Время начального искажения Т0 определяется площадью, ограниченной реакцией от момента ее первого отклонения от нулевой линии до пересечения с прямой линией, используемой для определения О' (черт. 2 д, е).

4. Определение времени реакции методом шарового измерительного разрядника

Для данного метода применяется шаровой измерительный разрядник с шарами диаметром 250 мм вертикальной установки. Промежуток между шарами должен быть ионизирован.
Между шарами должно быть установлено расстояние 60 мм, для которого на черт. 3 показана вольт-секундная характеристика при отрицательной полярности импульсного напряжения с линейным фронтом.

Вольт-секундная характеристика шарового измерительного разрядника с шарами диаметром 250 мм, расстоянием между шарами 60 мм при температуре 293 K (20 °С) и атмосферном давлении 101,3 кПа (1013 мбар или 760 мм рт. ст.). Полярность напряжения отрицательная

Черт. 3

Время реакции испытуемой измерительной системы вычисляется по формуле:
,                                                                 (4)
где Tк - время реакции измерительной системы при к-ом измерении, нс;
DU - разность между разрядным напряжением, определенным по черт. 3 и средним значением измеренного разрядного напряжения с учетом введения поправок на атмосферные условия, кВ;
Sк - скорость нарастания напряжения, кВ/нс.
Если измеренное разрядное напряжение выше отсчитанного по черт. 3, то время реакции - отрицательное.
Определение времени реакции испытуемого устройства проводится следующий образом:
1) к шаровому измерительному разряднику с установленным расстоянием между шарами 60 мм, следует приложить три одинаковых импульса отрицательной полярности с фронтом, который возрастает практически линейно в конечной его части (выше 0,8 ожидаемого напряжения в момент разряда);
2) для каждой осциллограммы измеренного разрядного напряжения определяются его значение и скорость нарастания, а также определяются их средние арифметические значения.
Среднее значение измеренного разрядного напряжения приводится к нормальным атмосферным условиям и по черт. 3 находится значение DU. Время реакции вычисляется на основе этого значения DU и скорости нарастания напряжения по формуле (4).
Аналогично находятся значения времени реакций для двух других скоростей нарастания напряжения и за время реакции испытуемой системы Т принимается среднее арифметическое значение из трех полученных времен реакций.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Справочное

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
С ДЕЛИТЕЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ

1. Подводка к делителю, а также провод заземления, соединяющие делитель с испытуемым объектом, должны быть минимально короткими и иметь малую индуктивность.
2. Сторона низкого напряжения измерительной системы должна быть экранирована с целью ослабления помех, создаваемых испытательной схемой высокого напряжения.
3. Расположение элементов измерительной системы, испытательной схемы и испытуемого объекта должны быть выполнены таким образом, чтобы ограничить взаимное влияние.
4. Как правило делитель должен присоединяться непосредственно к испытуемому объекту. Допускается присоединение делителя к проводу между генератором напряжения и объектом, если при измерении полных стандартных и срезанных на спаде грозовых импульсов выполняется условие  мкс,
где L - индуктивность провода между делителем и испытуемым объектом в микрогенри, которая может быть принята равной 1 мкГн/м;
С - емкость испытуемого объекта в микрофарадах. В этом случае провод между делителем напряжения и испытуемым объектом рассматривается как подводка к делителю.