Для измерения напряжений на четырехполюснике применяют различные измерительные приборы. Их показания в зависимости от схемы, могут быть пропорциональны максимальному, действующему или среднему арифметическому значению импульса напряжения. В зависимости от ширины полосы частот они делятся на селективные и широкополосные приборы. Селективные (избирательные) приборы с узкополосным усилителем пригодны для испытуемых объектов, у которых спектр частот импульса напряжения вблизи измеряемой частоты имеет постоянную амплитуду. Измеряемые частоты лежат в диапазоне 0,1—30 МГц. В качестве избирательного прибора часто используют, измерители радиопомех [Л. 382—385].
Блок-схема прибора, рекомендуемого немецким стандартом VDE для измерения радиопомех и используемого для измерения частичных разрядов [Л. 386], изображена па рис. 176. В контуре оценки 5 значение напряжения помех (электрическая величина) преобразуется в показание, которое воспринимается на слух (постоянная времени контура оценки τ=160 мс). Такая оценка не дает возможности точно оценить влияние разрядного импульса на срок службы изоляции измеряемого объекта.
1 Практический опыт измерения радиопомех освещен в книге: Журавлев Э. Н. «Радиопомехи от коронирующих линий электропередачи». М., «Энергия», 1971. Прим. ред.
Результаты исследования зависимости показаний прибора для измерения помех по VDE 0876 от формы и частоты импульсов частичных разрядов опубликованы в [Л. 387, 394, 406]. Чтобы преодолеть трудности оценки полученных результатов, были разработаны специальные приборы, при измерении которыми не используется оценка величины на слух [Л. 405]. В [Л. 389] описан прибор, который для любой формы импульсов измеряет действующее значение разрядного тока, протекающего по четырехполюснику связи.
Рис. 176. Упрощенная блок-схема селективного прибора для измерения частичных разрядов (прибор для измерения напряжения помех по VDE).
1 — входной аттенюатор; 2 — настраиваемый входной контур; 3 — смеситель (генератор и смесительный каскад); 4 — усилитель промежуточной частоты; 5 —элемент оценки частичных разрядов с показывающим устройством.
В [Л. 390] описан разработанный Моле измеритель частичных разрядов, который позволяет определять амплитудное значение импульса напряжения короны или средний кажущийся заряд импульса.
Технические и эксплуатационное преимущество селективных приборов состоит в их большой чувствительности, которая достигается выбором комплексного четырехполюсника связи с большим полным сопротивлением. Кроме того, избирательные приборы настроены на определенную полосу частот, что позволяет исключить посторонние помехи, например, от радиопередатчиков, а также влияние собственных резонансов измерительных контуров.
Это вполне возможно, так как спектр частот разрядного импульса примерно до 1 МГц изменяется полого. Колебательный характер изменения спектра частот, определенный некоторыми авторами при помощи настраиваемого прибора для измерения радиопомех, часто определяется не испытуемым объектом, а измерительным контуром (неправильное согласование).
Другое преимущество селективных приборов состоит в том, что полученные с их помощью в прошлые годы опытные данные на промышленных сериях позволяют производить довольно точную оценку состояния изоляции на продолжительный срок. Аналогичного обширного опыта для широкополосных способов пока еще нет.
В широкополосных приборах в качестве четырехполюсника связи применяют активное сопротивление с малой индуктивностью и большой нагрузочной способностью. Сигнал через фильтр верхних частот, предназначенный для подавления низкочастотных зарядных токов, попадает на вход широкополосного усилителя. Если представляет интерес изменение по времени им(t), то выходное напряжение широкополосного усилителя записывается с экрана электроннолучевого осциллографа. По амплитуде и длине волны определяют импульсный заряд и затем, зная приложенное напряжение, вычисляют энергию импульса разряда. Осциллограммы, помимо амплитудных значений им, дают информацию о распределении импульсов разряда в течение периода переменного напряжения. При этом по равномерности распределения (немного больших или много малых импульсов) можно сделать заключение об опасности разрядов. Кроме того, фаза импульса разряда характеризует место возникновения разряда. Например, при коронирующем разряде у металлического острия в газе разрядные импульсы всегда возникают на максимуме отрицательных и положительных полупериодов напряжения; импульсы же частичных разрядов появляются преимущественно при переходе напряжения через нуль, т. е. в области наибольшего изменения напряжения du/dt [Л. 362, 387, 396, 397, 402]. Эта информация может быть дополнена сведениями о форме и распределении импульса, что позволяет уточнить место его возникновения.
Частота следования разрядных импульсов может быть определена электронным счетчиком [Л. 422]. Так как чувствительность последнего чаще всего регулируется, то счетчик позволяет одновременно различать амплитуды. Если должна быть измерена частота импульсов определенной амплитуды, выделяемых из большого числа различных импульсов, перед счетчиком включают анализатор амплитуд импульсов (рис. 177), принцип действия которого в упрощенном виде состоит в следующем. Поступающий на вход амплитудного дискриминатора 1 импульс напряжения вызывает появление «а его выходе сигнала, если амплитуда импульса больше установленного уровня срабатывания (базисная линия). Сигнал попадает на вход дифференциального усилителя и создает на его выходе 3 счетный импульс. Если амплитуда входного импульса u0(t) превышает большое напряжение «срабатывания амплитудного дискриминатора 2, т. е. выходит за выбранную ширину канала, то на его выходе возникает сигнал примерно такой же формы, как у дискриминатора 1. Оба сигнала компенсируют друг друга, и счетный импульс не возникает.
Рис. 177. Упрошенная блок-схема анализатора амплитуды импульсов. 1, 2 — амплитудные дискриминаторы; 3 — выход.
Если выбрать узкую ширину капала и смещать базисную линию, то таким образом можно довольно просто провести анализ амплитуд импульсов. Для получения точных результатов счета, высокой разрешающей способности счетчика (несколько мегагерц) и достаточной ширины полосы частот возможно подключение предварительного усилителя; счетное устройство должно быть соответствующим образом согласовано с измерительной схемой.
Среднее арифметическое значение тока, образованное суммой всех коронных разрядов, можно после усиления и последующего выпрямления измерить прибором магнитоэлектрической системы. Сглаживание импульса из-за ограниченной ширины полосы частот усилителя не оказывает влияния на результат измерения, так как площадь импульса остается неизменной [Л. 387].
