Приведенные выше рассуждения справедливы для испытуемых объектов, емкость которых в схеме замещения может быть принята сосредоточенной. Например, короткие отрезки кабеля можно считать сосредоточенной емкостью, когда их длина мала по сравнению с длиной импульса частичного разряда, возникающего в кабеле в виде бегущей волны. При исследовании длинных кабелей или обмоток трансформаторов испытуемый объект нужно рассматривать как длинную линию.
Рисунок 174 объясняет это на примере кабеля. Разряд в воздушном включении вызывает скачок тока и напряжения в месте дефекта, распространяющийся в виде двух бегущих волн u=Z0i/2, в противоположных направлениях (к концам кабеля).
Рис. 174. Измерение частичных разрядов у испытуемого объекта с распределенными параметрами (на примере высоковольтного кабеля).
Напряжение на сопротивлении Rm, если предположить, что емкость С4 в рассматриваемом диапазоне частот имеет по сравнению с Rm пренебрежимо малое сопротивление, может быть определено по формуле
Для случая, когда Rm=Z0, эта формула упрощается:
Показанная на рис. 174 бегущая влево волна, отражаясь от конца кабеля с тем же знаком, возвращается.
Рис. 175. Усовершенствованная схема для наблюдения импульсов частичных разрядов в высоковольтном кабеле.
к сопротивлению RM после времени пробега τ.
При этом предполагается, что входное реактивное сопротивление обмотки трансформатора в рассматриваемом диапазоне частот велико по сравнению с волновым сопротивлением кабеля. Заметим, что индуктивное сопротивление высоковольтной стороны испытательного трансформатора шунтируется емкостью обмотки, так что отражение падающей на левый конец кабеля волны происходит нс но режиму холостого хода, а по режиму короткого замыкания. Этого можно избежать, включив в цепь дроссель с малой емкостью (рис. 175). Поскольку постоянная времени измерительного контура больше постоянной времени экспоненты, образующей хвост волны импульса частичного разряда (что может быть достигнуто выбором достаточно большой емкости С4), то между зарядом ∆Q2 и напряжением, падающим на сопротивлении Rm, независимо от места разряда существует следующее соотношение:
В согласованном режиме, когда Rm =Z0, это выражение упрощается:
Изменение во времени напряжения на сопротивлении Rm совпадает с изменением тока в импульсе частичного разряда.
Если отдельные разрядные импульсы в кабеле должны быть записаны на осциллографе по возможности без искажений, то выбирают Rm=Z0 и замыкают кабель также и на его левом конце на волновое сопротивление (рис. 175). Емкости С4 и С'4, а также их подводящие провода должны иметь малую индуктивность. Кроме того, рекомендуется использовать способы подавления помех, приведенные в гл. 1. Дроссель Др предотвращает шунтирование цепи со стороны источника напряжения паразитными емкостями.
При осциллографировании импульсов частичных разрядов на обмотках трансформаторов вообще невозможно согласовать волновое сопротивление кабеля, подключающего электроннолучевой осциллограф, с волновым сопротивлением обмоток (порядка 1 кОм). Здесь в качестве преобразователя полного сопротивления может быть полезен пробник с катодным повторителем или активное добавочное сопротивление.
Для определения местонахождения дефектов в кабелях и обмотках разработано несколько способов. При малом числе дефектов это можно сделать по времени· пробега импульса тока [Л. 368, 371].
Если определить измерителем радиопомех спектр частот импульса частичного разряда испытуемого объекта с распределенными параметрами, например, у обмотки трансформатора, то Обнаруживаются ярко выраженные места резонанса, возникающего из-за отражения импульса у концов обмотки (предполагается, что обмотка, по крайней мере, у одного конца не замкнута на волновое сопротивление). По резонансным частотам можно рассчитать разницу времен пробега между первоначальным и отраженным импульсами и, тем самым, по известной скорости распространения определить место возникновения импульса. Максимум и минимум четко проявляются только тогда, когда ширина полосы частот измерительного прибора примерно в 10 раз меньше, чем наименьшая измеряемая частота. Подробные сведения по этому вопросу с результатами экспериментальных исследований можно найти в [Л. 423].
По другому способу, предложенному Тангеном [Л. 369], местонахождение дефекта производится путем измерения разности времен пробега импульса от места разряда до зажима высокого напряжения и до заземляющего зажима. Приходящие к обоим концам обмотки импульсы, вызванные частичным разрядом, подводятся к схеме сравнения. В ветви с меньшим временем пробега находится регулируемая и градуированная линия задержки, используемая в роли компенсирующего элемента. После уравнивания ею времен пробега можно отсчитать разность времен пробега по ветвям обмотки. Если внутри обмотки возникают два или несколько мест разряда, то электроннолучевой осциллограф или устройство для обнаружения совпадения времен показывает несколько максимумов. При небольшом их числе описанный, метод удовлетворительно обнаруживает местонахождение разрядов наибольшей интенсивности. Чтобы избежать отражений, испытуемый объект нужно с обоих концов замкнуть на волновое сопротивление.
В качестве преобразователя полного сопротивления между измерительным проводом и обмоткой применяется катодный повторитель.
г) Связь измеренных величин с характеристиками частичных разрядов
В зависимости от типа измерительного прибора, подключенного к сопротивлению, можно измерить форму и мгновенное значение импульса напряжения, его амплитудное значение Um или интеграл
Возникает вопрос, какова связь между величинами i2(t), амплитудой I2т и i2(t) dt=∆Q2 тока частичного разряда в диэлектрике и величинами, измеренными на сопротивлении. Видманн [Л. 371] подробно исследовал эти связи и привел их в таблице, которая приводится в сокращенном виде (см. табл. 2). В качестве параметра служит отношение постоянной времени измерительного контура τм к постоянной времени фронта импульса τА или к постоянной времени его хвоста τR. Постоянные времени τА и τR при воспроизведении импульса коронирующего разряда соответствуют формированию этого импульса из двух экспонент [Л. 364]. В зависимости от геометрии мест повреждения отношение длины фронта к длине волны импульса может быть сравнительно мало, так что для правильного воспроизведения импульса частичного разряда окажутся необходимыми три экспоненты (или более) [Л. 365]. Однако для характеристики рассматриваемых здесь разрядных импульсов достаточно иметь две постоянные времени. Из табл. 2 видно, что в зависимости от измерительного контура величины Umm и uм(t) соответствуют самым разным величинам тока частичного разряда. Только интеграл за исключением двух случаев всегда пропорционален заряду ∆Q2.
Для пересчета измеренных величин в характеристики частичного разряда должны быть известны приведенные в табл. 2 данные измерительного контура. Так как эти данные не всегда бывают известны, передаточные функции целесообразно определять при помощи эталона короны по Рабусу [Л. 374] или градуированного генератора импульсов с применением соответствующих пересчетных уравнений, приведенных в [Л. 371]. Экспериментальное определение передаточных свойств измерительного контура градуированным генератором дает поправочные коэффициенты, при помощи которых из измеренных значений величин импульса может быть подсчитана относительная сила частичных разрядов [Л. 371, 375, 380].Оценка процесса старения на основании один раз измеренных параметров частичного разряда в настоящее время еще очень неточна [Л. 404] и необходимо еще много фундаментальных работ прежде, чем можно будет сделать выводы.
