Целью градуировки измерительного устройства является установление количественных соотношений между показаниями индикатора измерительного прибора и соответствующими количественными характеристиками частичных разрядов.
Градуировка измерительного устройства должна производиться в тех же условиях, в которых будет производиться измерение характеристик частичных разрядов, т. е. в полностью собранной схеме испытательной установки. При невозможности градуировки при рабочем напряжении схема, в которой производится градуировка приборов, должна быть максимально приближена к реальной.
Градуировка измерительного устройства в схеме измерений (далее сокращенно градуировка схемы измерений) в условиях эксплуатации производится, как правило, лишь для одной измеряемой величины — кажущегося заряда импульса частичного разряда. Элементы измерительного устройства, обеспечивающие получение остальных характеристик частичных разрядов (например, среднего тока разрядов, количества импульсов), а также регуляторы чувствительности, должны градуироваться общепринятыми стандартизированными методами в процессе их изготовления или перед производством измерений.
Возможны два способа градуировки — от внешнего или от внутреннего источника градуировочных импульсов тока.
В первом случае источником энергии градуировочных импульсов является внешний генератор, питаемый от сети или автономных источников (батарей и т. п.).
Во втором случае градуировочный импульс формируется за счет рабочего напряжения на объекте. При этом для создания градуировочного импульса производится малое нормированное изменение параметров объекта (или его части), эквивалентное частичному разряду в его изоляции.
Первым способом, как правило, производится градуировка при отключенном от сети объекте. Второй способ градуировки применяется на объектах, находящихся в рабочей схеме, под напряжением.
Градуировочным импульсом называется достаточно короткий импульс тока с известным зарядом. Для того чтобы этот импульс с необходимой точностью имитировал импульс частичного разряда, переходный процесс в схеме при градуировке не должен отличаться от переходного процесса при частичных разрядах в изоляции объекта. Следовательно, при градуировке и измерениях в эксплуатации коэффициент К(w), определяющий частотный спектр тока, не должен меняться.
Коэффициент К(w) состоит из двух множителей (45), первый из которых Кβ(w) определяется характеристиками схемы измерений, а второй Кβ(w)— процессом частичного разряда. Проведение градуировки в полностью собранной испытательной схеме обеспечивает неизменность значения
Κα(w)· Для обеспечения неизменности значения Кβ(w) необходимо, чтобы в области частот, на которых производится измерение, отсутствовали различия в спектрах градуировочного импульса и импульса частичного разряда.
Предельное значение частоты следования градуировочных импульсов определяется разрешающей способностью измерительной схемы, т. е. ее полосой частот пропускания. Импульсы градуировки будут восприниматься измерительным устройством как одиночные при условии, что частота их следования Fr будет существенно меньше полосы пропускания ∆f. Обычно для узкополосного устройства принимают Fr≤0,3f; при широкополосном устройстве Fr≤0,3f2, где f2— верхняя граница полосы частот. Рекомендуемая частота следования градуировочных импульсов Fr=100 имл/с.
Градуировочный импульс тока получают, подавая на объект через градуировочный конденсатор импульс напряжения с достаточно крутым фронтом.
Заряд градуировочного импульса qr=CrUr, где Cr— емкость градуировочного конденсатора, Ur — напряжение генератора градуировочного напряжения. Емкость Cr должна быть намного меньше емкости объекта, чтобы не изменить параметров схемы измерений.
Основной схемой градуировки является параллельная; градуировочное устройство в этом случае подключается параллельно объекту (рис. 36,а). Для этой схемы градуировки необходимо градуировочное устройство с симметричным выходом, изолированным от земли. Обычно такое устройство трудно выполнить.
В качестве варианта возможно применение эквивалентной градуировки [38], заключающейся в поочередном приложении градуировочных импульсов к каждому из выводов объекта (рис. 36,б) с последующим расчетом градуировочного коэффициента.
Возможна последовательная схема градуировки (рис. 36,в, г), но она также требует симметричного генератора градуировочного напряжения. В этой схеме создается малое нормированное изменение напряжения в цепи объекта, эквивалентное импульсу напряжения при частичном разряде. В качестве градуировочной емкости используется емкость объекта.
Рис. 36. Схемы градуировки измерительного устройства:
1— измерительное · устройство; 2— градуировочное устройство
При градуировке от внешнего источника применяют любой соответствующий генератор импульсов напряжения. Если в качестве такого генератора используется генератор прямоугольных импульсов, то разрешающая способность схемы измерений накладывает ограничения на длительность этих импульсов, ибо задний фронт прямоугольного импульса напряжения также формирует в градуировочной цепи импульс тока. Поэтому длительность прямоугольного импульса напряжения должна существенно превышать время реакции измерительной схемы (ее разрешающую способность).
Для градуировки от внутреннего источника последовательно с емкостью объекта включают небольшое сопротивление Ζr (рис. 36, г), шунтированное быстродействующим коммутатором К (реле, динистор, тиристор). При разомкнутых контактах коммутатора ток через изоляцию объекта создает на сопротивлении Zr падение напряжения. При замыкании контактов это напряжение и становится источником градуировочного импульса тока в цепи объекта.
Основной величиной, определяемой при градуировке измерительного устройства, является градуировочный коэффициент. Кроме того, по результатам градуировки могут быть вычислены коэффициенты передачи схемы и затухания импульса.
Градуировочный коэффициент измерительного устройства, включенного в испытательную схему, Ксх (в дальнейшем, для краткости, градуировочный коэффициент схемы измерений), определяется как отношение заряда градуировочного импульса qr, приложенного между выводами объекта, к показанию индикатора измерительного устройства аr, вызванному этим импульсом:
(50)
Градуировочный коэффициент собственно измерительного устройства Кдат определяется как отношение заряда градуировочного импульса, приложенного на входе датчика, к соответствующим показаниям индикатора. Сравнив (50) с (49), получим, что
Следовательно, градуировочный коэффициент передачи импульса в схеме
(51)
Коэффициент затухания импульса внутри объекта, например в обмотке трансформатора, может быть определен как отношение показаний индикатора измерительного устройства, полученных при приложении одинаковых градуировочных импульсов к соответствующим выводам объекта.
При эквивалентной градуировке к выводам объекта поочередно прикладываются градуировочные импульсы такой величины, при которой будут получены одинаковые показания ат измерительного устройства.
При этом
где
Возможна градуировка без изменения заряда импульса (qr1=qr2); при этом m=αr2/αr2.
Если коэффициент m определен заранее или существенно больше единицы, то при измерениях достаточно провести градуировку подачей импульсов на низкопотенциальный вывод объекта. Это позволяет проводить градуировку без отключения объекта, в рабочей схеме.
При измерении частичных разрядов показания индикатора прибора ар приводятся к значению кажущегося заряда по формуле
(52)
Наиболее удобна для расчетов шкала децибел, основанная на использовании логарифмической единицы отношения величин. Выраженное в децибелах отношение двух величин Kо=q/<qо равно 20lg Kо. Значение принимается в качестве начала отсчета (нулевого уровня). В дальнейшем будем считать, что q0=10-8 Кл.
При использовании шкалы децибел выражение (52) примет вид
(53)
Для перевода результатов измерения, выраженных в децибелах, в значения кажущегося заряда по величине qp* находят соответствующий ей множитель Ко, который умножают на величину qо. выраженную в кулонах. С достаточной для эксплуатационных измерений точностью можно принять:
