Расчет напряжения на изоляции электрооборудования при испытаниях грозовыми импульсами позволяет получить информацию о форме и амплитуде импульса напряжения, не выполняя натурных испытаний. Такая информация необходима для определения соответствия импульса требованиям стандарта.
Использование ЭВМ открывает реальные возможности автоматизации выбора параметров ГИН. Методика автоматического, без участия человека, выбора параметров ГИН в настоящее время не разработана. Этому мешает, в частности, то, что математическая формулировка критериев, соответственно требованиям ГОСТ 1516.2—76 использующих неоднозначное понятие «средняя кривая», вызывает значительные затруднения.
В настоящей работе предложена методика не автоматического, а автоматизированного, в режиме диалога человека с ЭВМ, выбора параметров ГИН.
Сущность ее состоит в том, что ЭВМ выполняет точный расчет напряжения и приближенно определяет параметры импульса, а человек осуществляет визуальный контроль с помощью устройства отображения ЭВМ и при необходимости вводит поправки, учитывающие колебания и выбросы напряжения.
Для принятия решения о соответствии рассчитанного импульса требованиям стандарта на экране устройства отображения должен быть построен график не только рассчитанного, но и градуировочного импульса. В качестве последнего целесообразно принять косоугольный импульс с линейным фронтом (кривая 2 на рис. 21), наибольшее значение которого соответствует амплитуде напряжения рассчитанного импульса (кривая 1).
При наличии колебаний на фронте рассчитанного импульса линейный фронт градуировочного импульса следует совмещать со средней кривой (рис. 21,б).
Методика автоматизированного выбора параметров ГИН была реализована на АВМ типа МН-7М. Схема соединения блоков, позволяющая осуществить диалог с АВМ, приведена на рис. 22. Она соответствует эквивалентной схеме замещения ГИН четвертого порядка с распределенным разрядным сопротивлением (рис. 6, б) и получена преобразованием схемы, приведенной на рис. 20, к машине МН-7М для случая rд=0, L=0, Сд=0, Rо=∞. Блоки интегрирования 5—8, суммирования 9 и 11, масштабные преобразователи 10, 12 и 13 позволяют рассчитать выходное напряжение ГИН.
Кроме того, схема содержит блок интегрирования 15, который совместно с вентильным элементом и двумя потенциометрическими парами позволяет получить градуировочный импульс с косоугольным фронтом. С помощью потенциометров можно регулировать максимальное значение градуировочного импульса, которое измеряется вольтметром V1 на выходе блока 15, и напряжение на входе этого блока, которое измеряется вольтметром V2 и от которого зависит крутизна фронта градуировочного импульса. Регулируя начальные условия блока 15, можно перемещать фронт градуировочного импульса параллельно самому себе до совмещения с требуемыми стандартом точками рассчитанного импульса ГИН или соответствующей средней кривой.
Длительность фронта импульса ГИН определяется простым соотношением
(4.10)
где U1макс — максимальное значение градуировочного импульса, измеренное вольтметром V; U — модуль напряжения на входе блока 15, измеренный вольтметром V2.
Соотношение (4.10) справедливо, если передаточный коэффициент блока 15 равен единице, вследствие чего U=U2mtt.
Для схемы на рис. 22 выполняются соотношения
Для выбора параметров ГИН в режиме диалога с АВМ может быть рекомендован следующий алгоритм.
- Получить на экране электронно-лучевого индикатора графики импульса ГИН и градуировочного импульса.
- Регулируя амплитуду градуировочного импульса, сделать ее равной амплитуде импульса ГИН, определенной по средней кривой в соответствии с ГОСТ 1516.2—76.
- Регулируя чувствительность усилителя электронно-лучевого индикатора, совместить горизонтальную часть градуировочного импульса с горизонтальной линией на уровне 100%; если при этом график импульса ГИН выходит за линию на уровне 105%, то необходимо увеличить демпферное сопротивление и вернуться к выполнению п. 1.
- Совместить фронт градуировочного импульса с фронтом импульса ГИН на уровнях 30% и 90% путем регулировки напряжения на входе и начальных условий блока интегрирования 15 (рис. 22).
- Определить длительность фронта импульса, используя формулу (4.11). Если требования стандарта не выполнены, то необходимо изменить параметры разрядной цепи с учетом табл. 1 и вернуться к выполнению п. 1.
- Определить длительность полного импульса и минимальное значение колебательного импульса, используя горизонтальные линии на уровнях 50% и —50%. При нарушении требований ГОСТ 1516.2—76 изменить параметры разрядной цепи и вернуться к выполнению п. 1.
Таким образом, диалог с АВМ может быть организован сравнительно просто, но выбор параметров ГИН при этом нельзя считать в достаточной мере автоматизированным, поскольку только п. 1 описанного алгоритма выполняется автоматически.
При использовании ЭЦВМ возможности автоматизации выбора параметров ГИН значительно шире.
Для выбора параметров ГИН в режиме диалога с ЭЦВМ может быть рекомендован следующий алгоритм.
- Выполнить расчет напряжения на объекте испытания в соответствии с описанным в § 1 алгоритмом на участке фронта импульса.
- Вычислить длительность фронта и максимальное значение напряжения рассчитанного импульса при допущении, что последний совпадает со средней кривой.
- Построить на экране устройства отображения ЭЦВМ графики рассчитанного и градуировочного импульсов.
- Выполнить визуальный контроль за совпадением градуировочного импульса со средней кривой и при необходимости с пульта управления скорректировать максимальное значение напряжения и фронт градуировочного импульса. После корректировки вернуться к выполнению п. 3.
- Проверить соответствие длительности фронта импульса требованиям стандарта и при необходимости выполнить автоматическую корректировку параметров разрядной цепи ГИН с учетом табл. 1. После корректировки повторить расчет, начиная с п. 1.
- Выполнить расчет напряжения на объекте испытания в соответствии с описанным в § 1 алгоритмом на участке спада импульса.
- Рассчитать длительность полного импульса и минимальное напряжение колебательного импульса. Проверить их соответствие требованиям стандарта и при необходимости выполнить автоматическую корректировку параметров разрядной цепи ГИН с учетом табл. 1. После корректировки повторить расчет, начиная с п. 1.
В описанном алгоритме только п. 4 не может быть автоматизирован и выполняется человеком.
Предложенный алгоритм реализован на ЭЦВМ типа МИР-2. Разработанная программа имеет следующие особенности. Максимальное значение напряжения импульса корректируется введением с пишущей машинки ЭВМ поправочного коэффициента, который можно многократно уточнять. Корректировка фронта градуировочного импульса выполняется перемещением нижней или верхней точки линейного фронта (или обеих точек одновременно) вдоль оси абсцисс при введении с пишущей машинки ЭВМ соответствующих приращений времени.
При использовании численного метода расчета, описанного в § 1, алгоритм оказывается наиболее простым, но время вычислений — сравнительно большим. Например, при L= 0,3 Г, Со = 3-10-9Ф, Lф= 10~4Γ, Со= = 3-10~8 Ф, R= 10 Ом, rф = 300 Ом и шаге по времени 0,1 мкс время счета без корректировки и пересчетов составляет 15 мин.
При расчете напряжения импульса ГИН с использованием аналитического метода, описанного в гл. 2, время вычислений существенно сокращается и определяется числом расчетных точек, необходимых для построения графика импульса напряжения. Поэтому в тех случаях, когда выбор параметров ГИН необходимо производить часто, целесообразно применять не численный, а более сложный аналитический метод, поскольку сокращение времени вычислений имеет существенное значение.
В заключение следует отметить, что применение аналитического метода расчета напряжения ГИН облегчает решение задачи автоматического, без участия человека, выбора параметров разрядной цепи. Поскольку импульс напряжения описывается элементарными функциями, упрощается определение периодической составляющей и средней кривой, которая является основным препятствием на пути создания методики автоматического выбора параметров ГИН.
