в) Классификация схем измерения ЧР
Схемы измерения ЧР можно разделить на электрические и акустические. Электрические схемы основаны на измерении падения напряжения
между вводами испытываемого объекта, вызванного ЧР. Они делятся в свою очередь на широкополосные и узкополосные в зависимости от частотных характеристик аппаратуры.
Широкополосной схемой измерения ЧР называется такая схема, у которой верхняя частота полосы пропускания регистрирующей аппаратуры f2 много больше нижней частоты пропускания Узкополосной схемой измерения называется такая схема, для которой полоса пропускания регистрирующей аппаратуры f2—f1 во много раз меньше нижней частоты f1.
Преимуществом широкополосной схемы является возможность наблюдения общей картины ЧР на экране осциллографа, что дает возможность отличать реальные ЧР в изоляции от помех. Кроме того, в случае ЧР, происходящих в глубине обмотки трансформатора, ослабление сигнала ЧР при прохождении по обмотке для широкополосной схемы значительно меньше, чем для узкополосной, и не превышает, как правило, одного порядка. В то же время узкополосная схема дает лучшую отстройку от помех.
Результаты измерения ЧР (особенно с помощью узкополосной схемы) часто выражают напряжением (в микровольтах), отнесенным к линейному вводу ВН испытываемого трансформатора. Прямой зависимости между этим напряжением и и кажущимся зарядом ЧР q нет, поскольку показания узкополосного прибора помимо заряда частично зависят и от частоты следования импульсов ЧР. Обычно принимают q/u равным 1 пКл на 1 мкВ (1 мКл/В).
Акустические методы измерения ЧР основаны на определении амплитуды механических колебаний звуковой или ультразвуковой частоты, возникающих в масле вследствие ЧР. С помощью пьезоэлектрических датчиков звуковые колебания преобразуются в электрические, которые и регистрируются соответствующей аппаратурой. Датчики могут погружаться в масло внутри бака или, что чаще используется, укрепляться на наружной поверхности бака испытываемого трансформатора. Преимущество акустического метода —малое влияние помех; недостаток— слабая чувствительность (на несколько порядков ниже, чем для электрических методов измерения). В СССР акустический метод, как правило, не применяется для измерения ЧР в трансформаторах.
г) Схема измерения ЧР в трансформаторах
Согласно [Л. 9-7 и 9-20] при измерении ЧР в силовых трансформаторах обязательной является широкополосная электрическая схема измерения ЧР. Измерение узкополосным измерительным устройством допускается как дополнительное.
На рис. 9-27 дана измерительная схема для трансформатора, возбуждаемого напряжением повышенной частоты со стороны обмотки НН (при испытании изоляции высоковольтных трансформаторов классов 150 кВ и выше, для которых практикуется измерение ЧР). В качестве емкости связи С„ используется емкость ввода ВН или СН, а измерительная схема подсоединяется к выводу его измерительной обкладки (ПИН) или обкладки для измерения tg δ ввода.
Обязательными элементами измерительной схемы являются следующие. Измерительный резистор, падение напряжения на котором, создаваемое импульсами ЧР, подлежит измерению; значение Rш в пределах 50— 1000 Ом. Фильтр верхних частот Ф имеет назначение отфильтровывать испытательное напряжение и его гармонические составляющие. Частота среза не более 30 кГц; затухание на частоте 1 кГц — не менее 50 дБ, а на частоте испытательного напряжения — не менее 60 дБ. [Число децибел (дБ), соответствующее отношению К, равняется 20 lg K.]
Широкополосный усилитель Уш с коэффициентом усиления не менее 104, с верхней частотой пропускания 0,2—0,5 МГц и с аттенюатором, имеющим ступени не более чем по 20 дБ. Электронный осциллограф ЭО служит для визуального наблюдения импульсов ЧР и для измерения кажущегося заряда отдельных импульсов.
Рис. 9-27. Рекомендуемая схема измерения ЧР в трансформаторах. Т — испытываемая обмотка; Ск — емкость ввода; Сп — емкость на входе измерительной схемы; Р — пробивной предохранитель; Рш — измерительный резистор; Ф - фильтр верхних частот; Уш — широкополосный усилитель; ЭО — электронный осциллограф; АВ — импульсный амплитудный вольтметр; УИП — узкополосный измерительный прибор; ИТ — измеритель среднего тока ЧР; Д — амплитудный дискриминатор; Сr — счетчик импульсов.
Верхняя частота пропускания усилителя осциллографа должна быть не меньше, чем у усилителя Уш. Удобен для этой цели, например, двухлучевой осциллограф С1-16. Второй луч используется для синусоиды испытательного напряжения. Измеритель среднего тока ЧР ИТ и счетчик импульсов Сч являются взаимозаменяемыми, поскольку показания счетчика при различных степенях усиления дают возможность определить расчетным путем средний ток ЧР. Счетчик должен иметь разрешающую способность не более 100 мкс, емкость счета не менее 104 импульсов. В качестве счетчика можно использовать измеритель средней частоты импульсов.
Элементы схемы, показанные на рис. 9-27 пунктиром, необязательны. Узкополосный измерительный прибор УИП представляет собой сочетание резонансного усилителя с квазипиковым вольтметром. Как правило, используют стандартный измеритель радиопомех типа ИП-4А или ИП-12. Ширина полосы пропускания 9 кГц, рекомендуемая рабочая частота 1 МГц. Импульсный амплитудный вольтметр А В служит для измерения кажущегося заряда, дублируя таким образом электронный осциллограф. Амплитудный дискриминатор Д, включаемый перед счетчиком, дает возможность получить число импульсов при разных степенях дискриминации.
Рис. 9-28. Внешний вид прибора для измерения ЧР.
Могут также применяться комплектные устройства, объединяющие ряд элементов схемы (рис. 9-27). ВЭИ им. В. И. Ленина разработал несколько типов измерителей ЧР, из которых наибольшее применение получил прибор ИЧР-3 (ранее ИИ-3), достаточно портативный (масса около 16 кг) и удобный в работе [Л. 9-16]. Прибор включает в себя: широкополосный усилитель (до 500 кГц), импульсный амплитудный вольтметр, вольтметр средних значений используемый как измеритель тока ЧР, и электронный осциллограф индикаторного типа с эллиптической разверткой. Для количественных измерений рекомендуется использовать отдельный осциллограф, подключенный к выходу усилителя прибора.
Более совершенным является измеритель ЧР, разработанный СибНИИЭ (рис. 9-28). Прибор снабжен самописцем и может непрерывно регистрировать кажущийся заряд и средний ток ЧР, а также испытательное напряжение; наибольшая чувствительность его 10-13 Кл; регулируемая полоса измерительных частот в пределах 10 кГц —5 МГц. Предусмотрено подключение осциллографа.
