функции |
Тп. Передаточное время (в сек) измерительной цепи опреде |
ляется |
из уравнения |
|
|
T = T„ + Z = Z - ± , |
(17.35) |
где/г—длина вертикального провода, м\ с—скорость света, 3- ІО8 ж/се/с; Р —сопротивление делителя напряжения; ом\ z — волновое сопротив ление провода к делителю напряжения, равное 500 ом.
§17.6. ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ
а.Влияние параметров контура на измерение характеристик ч. р.
При измерении характеристик ч. р. обычно определяют кажу
щийся заряд q |
(см. |
§ 7.6) и количество импульсов |
ч. р. в секунду |
п. Средний ток |
ч. р. |
находится по формуле / ср = |
<7срЦср, гДе <7ср — |
Рис. 17.23. Схема измерения характеристик частичных разрядов:
Т — |
трансформатор; |
— защитное сопротивление; Сс — соединительный конденса |
тор; |
Сх —испытуемый |
объект; |
Z — измерительное |
сопротивление; |
Ф«— фильтр; |
|
У— усилитель; |
О— осциллограф; |
Сч — счетчик |
|
среднее значение кажущегося заряда (без учета знака) |
и пср — сред |
нее число импульсов в 1 сек за некоторый промежуток времени. Сред
няя |
мощность Рсѵ и энергия |
W ч. р. находятся по формулам Рср = |
= / ср(/нда и W = qcpUlun, где |
і/нт — амплитудное значение напряже |
ния |
на объекте в момент начала ч. р. |
При испытаниях, а также в условиях эксплуатации электрообору дование, в изоляции которого могут происходить внутренние ч. р., входит в более или менее разветвленный контур. Простейший вариант такого контура представлен на рис. 17.23. Емкость объекта обозна чена Сх. Сопротивление Z, по падению напряжения на котором про изводятся измерения, включается в высоковольтный контур со сто роны заземления. Если конструкция изоляции испытуемого объекта не позволяет включить измерительное сопротивление между зажимом объекта и землей, то его включают последовательно либо со специаль ным, предназначенным для этой цели соединительным конденсатором Сс, либо с имеющейся в контуре емкостью, допускающей такое включе ние. Необходимость введения в схему сопротивления Z обусловлена
тем, что непосредственное измерение скачка напряжения АѴх на зажи мах объекта невозможно, так как ЛUх в случае слабых ч. р. может быть порядка нескольких микровольт, а напряжение на объекте при этом может составлять десятки и даже сотни киловольт. Вследствие ч. р. в объекте возникает переходный процесс во всей схеме, в том числе и на сопротивлении Z. Падение напряжения на Z может быть выделено, усилено и измерено.
В зависимости от усилителя схемы измерения ч. р. подразделяются на широкополосные и узкополосные. В первом случае усилитель имеет полосу пропускания от нескольких килогерц до 105-f-10" гц; во втором случае резонансная частота может быть самой различной (от килогерц до мегагерц), а ширина полосы пропускания обычно не превышает 10 кгц. Достоинством широкополосной схемы является соответствие формы импульсов напряжения на выходе усилителя форме импульса на входе; достоинством узкополосного усилителя является сравнитель ная простота получения большого коэффициента усиления и большая помехоустойчивость.
Для анализа переходного процесса в схеме будем считать, что при
ч. р. внутри |
объекта |
при разомкнутом контуре возникает |
изменение |
напряжения |
на электродах объекта, происходящее по закону |
• |
А«ѵ(0 = |
e - e0 = A ^W */p(p -f а), |
(17.36) |
где а — величина, обратная постоянной времени процесса ч. р. тч за висящая от его природы и от параметров объекта. Ч. р., представляю щие собой пробои воздушных включений, имеют длительность фронта 10_1<Ч-10~в сек. При пробое масляных пленок в изоляции, пропитан ной маслом, это время может быть больше на 1—2 порядка. При воз никновении ч. р. объект можно рассматривать как генератор с э. д. с. Аих (і) и внутренним сопротивлением, определяемым емкостью Сх.
На измерительном сопротивлении, которое выполняется в схеме с широкополосным усилителем как омическое R, падение напряжения
17вх= а77лд Ях/2 (я), |
(17.37) |
где Z(p) — операторное сопротивление контура; ZBX — операторное сопротивление измерительного элемента Z= R с учетом паразитной ем кости Сп, напряжение с которого подается на вход измерительного устройства. Подставив в (17.37) соответствующие выражения, получим
|
|
|
Сэ+бп■а (Р+ а) (Р + ß) ’ |
(17.38) |
где Сэ = Сл.Сс/(С\е-|--Сс); ß = |
1//?(СЭ+ СП)— величина, |
обратная по |
стоянной времени |
контура тсх. |
|
|
|
Оригинал для |
выражения (17.38) имеет вид |
|
|
«вх (t) = A U xm |
^ |
(е-«'-е-Р'). |
(17.39) |
При |
измерении слабых |
начальных |
ч.р., |
как правило, a^ > ß |
[т,.р « |
10~l0-f-10-9 т с и xcx = (102-^-103) ( |
1 0 1 |
0 —a)= |
10~8ч -10~6ce/c] |
II выражение (17.39) приобретает вид |
|
|
І(пій = А |
( / „ ^ |
г Р ' ( І - г |
П |
(17.40) |
|
иЭ I |
ЬІІ |
|
|
Напряжение на входе усилительной части |
имеет форму импульса, |
фронт которого определяется длительностью |
ч. р. |
в объекте, спад |
определяется постоянной |
времени контура, а амплитуда тем больше, |
чем меньше емкость Сп по отношению к эквивалентной емкости кон
тура. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сильные ч.р., например скользящие разряды, имеют длительность |
•до |
10~°-у-10_6- сек. |
При |
их |
измерении |
возможны |
два |
случая: |
1) |
а< ^ ß; |
2) а |
« ß. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В первом случае |
из выражения (17.39) найдем |
|
|
|
|
|
«вх (0 = АUxm |
|
• f |
е~*‘ (1 - е - Ѵ ) . |
|
(17.41) |
Фронт импульса на входе определяется постоянной времени |
контура, |
а |
длительность — постоянной |
времени |
регистрируемого |
процесса. |
При этом |
амплитуда |
ивх(і) |
уменьшается по сравнению с выражением |
(17.40) в |
a/ß раз. |
оригинал для |
изображения (17.38) имеет вид |
|
Во втором |
случае |
|
|
|
|
um {i) = AUxa^ |
5-ate-*‘. |
|
(17-42) |
|
Амплитуда |
импульса uBX(t) равна UBX |
С |
] |
|
— AUxm „ |
* ------, а дли- |
тельность |
его определяется |
|
|
|
|
о э ~гОп |
е |
постоянной времени процесса ч.р. |
|
Из соотношений (17.40), |
(17.41) |
и (17.42) следует, |
что |
наиболь |
шая чувствительность достигается при соблюдении условий тсх ^>тч-р, Сп<^Сс, СП<^СА.. Отклонение от этих условий в сторону сближения т сх 11 т ч.р> а также Сп и Сэ уменьшает сигнал от ч. р.
б. Влияние помех п питающего напряжения
Падение напряжения на сопротивлении шунта от емкостного тока через образец, как правило, на 3-ь5 порядков больше, чем амплитуда импульса uBX(t). Поэтому перед усилителем необходим фильтр верх них частот с крутой характеристикой, пропускающей частоты выше некоторого значения со„. Наиболее часто в схемах индикации ч. р. применяют гС-фильтры (рис. 17.24). Постоянные времени всех Г- образных элементов фильтра одинаковые. Коэффициент передачи k (со) имеет вид
/г (со) = |
[©7(«2 + |
а ф2)]',/2, |
(17.43) |
где а ф=1 ІгС и п — число элементов в фильтре. Из |
(17.43) видно, |
что |
с увеличением частоты /г (со) |
стремится |
к единице. |
Частота среза |
<о0 |
может быть выбрана из -условий подавления высших гармонических в питающем напряжении. Число последовательных элементов в фильтре целесообразно иметь равным/г=4-^-6. По известным значениям <о0, 11и
При регистрации ч. р. в ряде случаев возникают серьезные зат руднения за счет появления помех. Внешние помехи возникают в ос-
~и я* ft------- czz
(17.44)
ß0(a>„) можно определить требуемую величину
«* = / (1 - У Ц )іУ Щ и > 0.
Рис. 17.24. Схема фильтра верх |
Р |
нихчастот типа гС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
новном вследствие короны на оши |
|
|
|
|
|
новке |
самой |
испытательной |
уста |
|
|
|
|
|
новки, индустриальных помех и ра |
|
К усилителю |
|
|
диопомех, в том числе за счет связи |
Рис. 17.25. |
Мостовая |
схема |
измере |
|
через |
сеть |
низкого |
напряжения |
|
или землю. Специальными мерами |
|
ния ч. |
р.: |
|
|
Сл —емкость |
объекта; |
— емкость |
соеди |
|
(выбором диаметра соединительных |
|
нительного |
конденсатора; R —защитное |
|
проводов, установкой |
фильтров и |
сопротивление; R — сопротивление низко |
|
экранированием помещения) |
уро |
вольтных плеч моста; Т — симметрирующий |
|
трансформатор; Р —защитные разрядники |
|
вень этих помех снижают до величи |
|
|
|
|
|
ны, эквивалентной ч. р. с |
10_13-f-10~14 к. Чем выше напряжение |
установки, тем труднее добиться низкого уровня внешних помех и выше стоимость защитных мероприятий.
Ослабление внешних помех достигается также применением мосто вой схемы. В этом случае параллельно с объектом включается емкость Сс, примерно равная по величине емкости объекта Сх (см. рис. 17.25). Если вход усилителя несимметричный, то к низковольтным плечам моста подключается симметрирующий высокочастотный трансфор матор. После фильтра импульс подается на вход усилителя.
Широкополосный усилитель незначительно искажает форму им пульса, узкополосный усилитель превращает апериодический экспо ненциальный импульс в затухающий колебательный. Применение узкополосного усилителя целесообразно для лучшей отстройки от внешних помех или ограничения собственных шумов усилителя.
