Описана схема и изложена методика измерения суммарного заряда Q, среднего тока I, суммарной энергии W и мощности Р частичных разрядов (ЧР) с помощью измерителя ЧР, разработанного в ВЭИ, амплитудного анализатора импульсов и осциллографа с памятью. Приведены экспериментальные данные.
УДК 621.317.3:537.52
Л. А. Дарьян, К. А. Зайцев
СХЕМА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
В ВЭИ имени В. И. Ленина разработаны комплексная схема и методика измерений интегральных характеристик частичных разрядов (ЧР), которые отражают энергетическую картину процессов и приобретают все большее значение при оценке воздействия ЧР на электрическую изоляцию. К интегральным характеристикам ЧР относятся средний ток ЧР I и мощность Р [1, 2]:
(1)
где Т — интервал времени; qi — кажущиеся заряды ЧР в интервале Т; Ui — напряжения на объекте в моменты соответствующих разрядов.
Среднему току и мощности ЧР соответствуют суммарный заряд Q и энергия W за интервал Т [3, 4]:
Средний ток ЧР I измеряется приборами, показания которых пропорциональны среднему значению импульсов тока. При соответствующей градуировке такой прибор непосредственно определяет значение среднего тока в данный момент времени [5]. Другой принцип измерения среднего тока основан на измерении и суммировании кажущихся зарядов qi, т. е. на измерении суммарного заряда Q за промежуток времени Т с последующим определением среднего тока как отношения этих величин. Значение среднего тока в этом случае является усредненным за интервал времени Т.
Мощность разрядов Р может быть измерена устройством, одновременно фиксирующим кажущиеся заряды qi и соответствующие им напряжения Ui. Кроме того, оно должно измерять и суммировать произведения этих величин [4]. Если напряжения Ui приблизительно одинаковы или могут быть охарактеризованы некоторым средним значением Up, измерения мощности в соответствии с (1) существенно упрощаются и сводятся к раздельному измерению среднего тока (или суммарного заряда) и напряжения. Значение мощности при этом будет средним за интервал времени Т.
Измерительная схема, созданная на базе испытательной установки УИЧР-100 для регистрации и измерения ЧР, показана на рисунке. В качестве измерительного элемента использован собственный резистор сопротивлением 1 кОм прибора ИЧР-3 в ветви заземления соединительного конденсатора Сс. Дополнительно для измерения мгновенных значений напряжений в схему введен резистивный делитель 
Основным прибором в измерительной схеме является измеритель ЧР — ИЧР-3, обеспечивающий усиление импульсов и выдачу сигналов в измерительные каналы. Один канал состоит из измерителя ИЧР-3, фотокомпенсационного усилителя Ф115/А-1 с малым входным сопротивлением и самопишущего ампервольтметра Н-392, имеющего протяжно-ленточное и стрелочное отсчетное устройства. Второй канал образуют ИЧР-3, согласованный с ним многоканальный амплитудный анализатор импульсов АИ-1024-95 и цифропечатающее устройство УВЦ2-95. Третий канал состоит из ИЧР-3, осциллографа с памятью С8-13 для наблюдения момента и фазы возникновения ЧР, зоны их размещения на синусоиде частотой 50 Гц и измерения мгновенных значений напряжения в зоне размещения импульсов. Приложенное к объекту напряжение подается на вход осциллографа от
. Градуировка осуществляется с помощью электростатического вольтметра С96. Импульсы ЧР подаются на вход осциллографа с выхода ИЧР-3.
При измерениях интегральных характеристик первым измерительным каналом схему следует проградуировать в соответствии с ГОСТ 20074—83, причем градуировочные импульсы должны быть идентичны или близки по форме к импульсам ЧР. Шкала Н-392 градуируется в единицах тока I0 или определяется градуировочный коэффициент по току К1 [5]. При последующих измерениях значения среднего тока, которые соответствуют данному моменту времени, определяются непосредственно по показаниям прибора или подсчитываются с помощью коэффициента K1. При необходимости значения среднего тока записываются на ленту самописца, откуда можно определить усредненное значение среднего тока за любой интервал времени.
Суммарный заряд за интервал времени Т (с учетом мертвого времени) можно определить по усредненному значению среднего тока:
В соответствии с формулой (1) для определения точного значения мощности Р должны быть измерены значения напряжений соответствующие каждому ЧР с кажущимся зарядом qi.
Можно считать практически приемлемым определение мощности по среднему значению напряжения, одинаковому для всех разрядов, в качестве которого может быть принято среднее значение для зоны размещения одной серии импульсов ЧР на синусоиде частотой 50 Гц [3]:
где Umax — максимальное значение напряжения; U1 — мгновенное значение синусоидального напряжения в начале зоны, размещенной на одной полуволне синусоиды.
Учитывая, что напряжение Up постоянно, из (1) получаем
(2)
В зависимости от среднего тока в формуле (2) мощность будет равна значению в данный момент времени или среднему за интервал T.
Энергия за интервал Т:
При измерениях вторым измерительным каналом интегральные характеристики определяются из амплитудного спектра импульсов ЧР, т. е. распределения количества импульсов по кажущимся зарядам.
В качестве объекта для контрольных измерений интегральных характеристик с помощью разработанной схемы из методических соображений выбран стандартный разрядный промежуток (СРП) острие — плоскость [6]. Амплитудный спектр импульсов ЧР, генерируемых таким СРП, лежит в узком диапазоне значений кажущегося заряда (18,9—21,2 пКл), которые можно легко проверить в градуированной по МЭК измерительной схеме. Частота следования импульсов в широких пределах регулируется изменением напряжения, приложенного к промежутку.
Измерения интегральных характеристик ЧР показали, что данные, полученные с помощью разработанной схемы различными методами, отличаются между собой не более чем на 10%. Для объектов с более сложным характером процесса ЧР (по частоте следования, амплитудам, фазам) возможны более значительные отклонения в результатах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Стандарт МЭК. Публ. 270. Измерения частичных разрядов. 2-е изд. 1981.
- Кучинский Г. С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, 1979.
- Веверка А. К вопросу об энергии частичных разрядов в диэлектрике // Elektrotechn. obzor. 1983. Sv. 72, N 4. S. 179—181.
- Виаль, Пойтевин, Фаллу и др. Связь между энергией частичных разрядов и разрушением целлюлозно-масляной изоляции // Энергетика за рубежом. Электроизоляционные материалы: Пер. докл. СИГРЭ—82. М., 1985. С. 83—89.
- ГОСТ 20074—83. Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов. М.: Изд-во стандартов, 1983.
- Лемке Э., Халлер Р. Стандартный искровой промежуток для проверки схем измерения частичных разрядов при высоком напряжении // Elektrie. 1986. N 6. S. 208—209.
