ГОСТ Р 55191-2012 (МЭК 60270:2000) Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов.

ГОСТ Р 55191-2012

(МЭК 60270:2000)*

___________________

* Поправка (ИУС 5-2015).

 НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ. ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ

High voltage test techniques

Partial discharge measurements

ОКС 29.020*

ОКП 341000

Дата введения 2014-01-01

 Предисловие

1 РАЗРАБОТАН ФГУП "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы" (ФГУП "ВНИИМС"), Филиалом открытого акционерного общества "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой знергетической системы" - Сибирским научно-исследовательским институтом энергетики (Филиал ОАО "НТЦ ФСК ЕЭС" - СибНИИЭ), Закрытым акционерным обществом "Группа компаний "Таврида Электрик" (ЗАО "ГК "Таврида Электрик")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 ноября 2012 г. N 1183-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту IEC 60270* (2000) "Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов (IЕС 60270:2000 "High-voltage test techniques partial discharge measurements").

При этом дополнительные положения, учитывающие потребности национальной стандартизации (на базе ГОСТ 20074-83 "Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов"), выделены курсивом*

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012** (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

ВНЕСЕНА поправка*, опубликованная в ИУС N 5, 2015 год

________________

     * См. ярлык "Примечания".

      1 Общие положения

Настоящий стандарт распространяется на измерение характеристик частичных разрядов при испытании изоляции электрооборудования напряжением переменного тока промышленной частоты до 400 Гц действующим значением свыше 1000 В и напряжением постоянного тока свыше 1000 В.

Характеристики частичных разрядов измеряются для:

- определения отсутствия частичных разрядов в изоляции испытуемого объекта при нормированном напряжении, интенсивность которых равна или выше нормированного значения;

- определения характеристик частичных разрядов и их интенсивности при нормированном напряжении;

- определения напряжения возникновения и напряжения затухания частичных разрядов.

В настоящем стандарте нормируется электрический метод измерения характеристик частичных разрядов, принципиально основанный на измерении изменений зарядов элементов измерительной схемы, вызываемых частичными разрядами в изоляции испытуемого объекта.

Стандарт также рассматривает неэлектрические методы, используемые, главным образом, для определения места расположения частичного разряда (см. приложение Е).

Рекомендации настоящего стандарта следует использовать при установлении требований, относящихся к измерению частичных разрядов в электрооборудовании.

В стандарте также даны рекомендации по диагностике электрооборудования с использованием цифровой обработки результатов измерений характеристик частичных разрядов (см. приложение Д)

Количественные характеристики, которые должны нормироваться и использоваться для оценки качества изоляции, устанавливают в стандартах на оборудование конкретных типов.

В настоящем стандарте указаны:

- используемые термины;

- измеряемые величины;

- применяемые испытательные и измерительные схемы;

- аналоговые и цифровые методы измерения, необходимые для общего применения;

- методы калибровки и градуировки;

- методы испытания;

- рекомендации по отстройке сигналов частичных разрядов от сигналов внешних помех.

Настоящий стандарт относится в первую очередь к электрическим измерениям частичных разрядов, возникающих при испытаниях высоким напряжением переменного тока. В разделе 11 рассматриваются частные проблемы, возникающие в ходе испытаний высоким напряжением постоянного тока.

Термины, определения, базовые испытательные схемы и методики часто применяются при испытаниях на других частотах и потому могут потребоваться специальные методики испытаний и характеристики систем измерения, которые не рассматриваются в настоящем стандарте.

      2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 55193-2012 "Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кВ и выше. Методы измерения при испытаниях высоким напряжением"

ГОСТ Р 51320-99 "Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств - источников индустриальных радиопомех"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

      3 Термины и определения

В настоящем стандарте приняты следующие термины и определения.

3.1 частичный разряд (ЧР) (partial discharge (PD): Электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.

Примечание 1 - Как правило, частичные разряды являются следствием локальной концентрации электрических напряжений в изоляции или на ее поверхности; такие разряды появляются в виде импульсов с длительностью меньше 1 мкс. Однако в газообразных диэлектриках могут возникать и более продолжительные разряды, так называемые безымпульсные разряды.

Примечание 2 - Коронный разряд является формой частичного разряда, происходящего в газообразных средах вокруг проводников, удаленных от любой жидкой или твердой изоляции. Термин "корона" нельзя использовать в качестве общего термина для всех видов ЧР.

Примечание 3 - Частичные разряды сопровождаются излучением звука, света, тепла и химическими реакциями. Дополнительную информацию см. в приложении Е.

3.2 импульс частичного разряда (импульс ЧР) (partial discharge pulse (PD pulse): Импульс тока или напряжения, возникающий под действием ЧР. Величина импульса измеряется с помощью специальных устройств (устройств присоединения), которые вводятся для этой цели в испытательную схему.

Примечание - Частичный разряд, возникающий в испытуемом объекте, создает импульс тока. Измерительный элемент (датчик), соответствующий требованиям настоящего стандарта, выдает на своем выходе сигнал тока или напряжения, пропорциональный величине заряда (токового импульса) на входе.

3.3 величины, относящиеся к импульсам частичных разрядов (характеристики ЧР) (quantities related to partial discharge pulses)

3.3.1 кажущийся заряд

(apparent charge

): Абсолютное значение такого заряда, мгновенное введении которого между электродами испытуемого объекта, установленного в испытательной схеме, могло бы дать такое же показание на измерительном приборе, как и сам импульс ЧР. Кажущийся заряд обычно выражается в кулонах (Кл).

Примечание - Кажущийся заряд не равен количественно значению заряда, локализованного в цепи разряда, значение которого невозможно измерить непосредственно.

3.3.2 скорость повторения частичных разрядов

(pulse repetition rate

): Отношение общего количества импульсов ЧР, зарегистрированных в течение выбранного интервала времени, к продолжительности этого интервала.

Примечание - На практике рассматриваются только те импульсы, которые превышают нормированные значения или находятся в установленном диапазоне значений.

3.3.3 частота повторения импульсов частичных разрядов

(pulse repetition frequency

): Число импульсов ЧР в секунду при равномерно распределенных импульсах.

Примечание 1 - Частота повторения импульсов

применима при калибровке и градуировке.

Примечание 2 - На практике рассматриваются только те импульсы, которые превышают нормированные значения или находятся в установленном диапазоне значений.

3.3.3.1 цикл измерения ЧР

(

) (PD measurement cycle): Интервал времени с начала измерения и до окончания измерения ЧР

, или

- число периодов испытательного переменного напряжения в интервале времени измерения ЧР.

3.3.4 фазовый угол

или/и момент

возникновения импульса ЧР

(phase angle

and time

of occurrence of a PD pulse)

,

где:

- время, измеренное с момента прохождения положительного полупериода испытательного напряжения, предшествующего разряду, через нулевое значение, до момента возникновения импульса частичного разряда;

- длительность периода испытательного напряжения.

Фазовый угол выражается в градусах (°).

3.3.5 средний ток частичного разряда

(average discharge current

): Производная величина, являющаяся суммой абсолютных значений индивидуальных амплитуд кажущихся зарядов

, в течение выбранного опорного интервала времени

, деленная на продолжительность этого интервала

.

Как правило, средний ток разряда выражается в кулонах в секунду (Кл/с) или в амперах (А).

3.3.6 мощность разряда

(discharge power

): Производная величина, являющаяся суммой произведений кажущихся зарядов с амплитудой

, на соответствующие мгновенные значения напряжения возникновения ЧР

в течение интервала времени измерения ЧР

,

где

,

...

- значения испытательного напряжения (мгновенные значения) в моменты времени

отдельно взятых значений разрядов кажущегося заряда

. Необходимо учитывать знак этих отдельно взятых значений.

Мощность разряда обычно выражается в ваттах (Вт).

3.3.6.1 энергия единичного ЧР

(energy of single

PD, W

): Производная величина, являющаяся произведением мгновенного значения напряжения возникновения ЧР

на его кажущийся заряд

.

Энергия единичного ЧР выражается в Джоулях (Дж).

3.3.7 квадратический параметр

(quadratic rate

): Производная величина, являющаяся суммой квадратов амплитуд отдельно взятых значений кажущихся зарядов

интервала времени измерения ЧР

, деленных на продолжительность этого интервала:

Квадратический параметр выражается в (кулонах)

в секунду (Кл

/с).

3.3.8 измеритель радиопомех (radio disturbance meter): Измерительный прибор квазипиков для частотной полосы В, соответствующий рекомендациям ГОСТ Р 51320.

Примечание - Этот тип прибора ранее назывался измерителем наведенных (или влияющих) радиопомех.

3.3.9 напряжение радиопомех

(radio disturbance voltage

): Производная величина, являющаяся показанием измерителя радиопомех, когда он используется для определения только значений кажущегося заряда

частичных зарядов. Подробная информация приведена в 4.5.6 и приложении Г.

Напряжение радиопомех

обычно выражается в мкВ.

Примечание - Показатель

находится в диапазоне от 0,0 до 1,0. Значение

=0,0 соответствует регистрации единичного импульсного сигнала частичного разряда (или сигнала помех); Значение

=1,0 соответствует зарегистрированным частичным разрядам в каждом периоде напряжения.

3.3.9.1 показатель повторения ЧР максимального значения кажущегося заряда

,

(recurring PDs factor): Показатель, указывающий на отношение периодов испытательного переменного напряжения, в которых возникают ЧР максимального значения кажущегося заряда, к общему количеству периодов в одном цикле измерения.

Примечание - Показатель

находится в диапазоне от 0,0 до 1,0. Значение

=0,0 соответствует регистрации единичного импульсного сигнала ЧР (или сигнала помех); Значение

=1,0 соответствует зарегистрированным ЧР в каждом периоде напряжения.

3.4 максимальная амплитуда повторяющегося частичного разряда (largest repeatedly occurring PD magnitude): Наибольшая амплитуда, зарегистрированная измерительной системой, имеющей достаточную передаточную характеристику в соответствии с требованиями 4.3.3.

Понятие максимальная амплитуда повторяющегося частичного разряда не применяется для испытаний на напряжении постоянного тока.

3.5.1* нормированная интенсивность какой-либо характеристики ЧР (specified partial discharge magnitude): Максимально допустимое значение какой-либо характеристики ЧР в испытуемом объекте, устанавливаемое стандартом на электрооборудование конкретного типа при нормированной величине напряжения и при установленных условиях и методах испытания.

Примечание 1 - Амплитудное значение любой величины, относящейся к импульсу ЧР, может изменяться случайным образом (стохастически) в последовательных периодах испытательного напряжения, а также может нарастать или уменьшаться во время приложения напряжения. Поэтому нормированное значение амплитуды ЧР, методика испытания, испытательная схема и приборы должны быть корректно определены ГОСТ, ТУ на соответствующие виды оборудования.

Примечание 2 - Для испытаний на переменном напряжении нормированная амплитуда кажущегося заряда q есть максимальная амплитуда повторяющихся частичных разрядов qmax .

3.5.2 помехи: Электромагнитные процессы, воздействующие на измерительную схему, вносящие искажения в показания измерительного устройства.

3.5.2.1 внешние помехи: Фоновый шум, не зависящий от напряжения, приложенного к объекту испытаний.

3.5.2.2 внутренние помехи: Помехи, зависящие от приложенного к объекту испытаний напряжения; эти помехи обычно возрастают при увеличении напряжения и вызываются разрядами в элементах схемы. Эти разряды могут возникать, например, в испытательном трансформаторе, конденсаторе связи, на соединениях высокого напряжения, или при искрении в местах некачественного заземления близко расположенного постороннего оборудования.

3.6 фоновый шум (background noise): Сигналы, обнаруживаемые во время испытаний объекта на проверку уровня ЧР, исходящие не от испытуемого объекта.

Примечание - Фоновый шум может состоять либо из белого шума измерительной системы, либо шума радиовещания, либо от других непрерывных или импульсных сигналов. Подробную информацию см. в приложении Ж.

3.7 значения испытательных напряжений при определении интенсивности ЧР (applied test voltages related to partial discharge quantities): Выбираются в соответствии с МЭК 60060-1. Значения данных напряжений необходимо использовать при практических испытаниях.

3.7.1 напряжение возникновения ЧР

(partial discharge inception voltage

): Наименьшее значение напряжения, при котором в испытуемом объекте интенсивность повторяющихся ЧР становится равной или превышает нормированную величину в случае, когда приложенное к объекту напряжение постепенно увеличивают от более низкого значения, при котором ЧР еще не наблюдались.

Примечание 1 - Напряжение возникновения частичных зарядов Ui, является самым наименьшим напряжением, при котором амплитудное значение импульса ЧР становится равным или превышает нормированное минимальное значение.

Примечание 2 - Для испытаний под напряжением постоянного тока определение Ui требует применения методики раздела 11.

3.7.2 напряжение погасания частичных разрядов

(partial discharge extinction voltage

): Наименьшее значение напряжения, при котором в испытуемом объекте интенсивность повторяющихся частичных разрядов становится равной или меньше нормированной величины в случае, когда приложенное к объекту напряжение постепенно уменьшают от более высокого значения, при котором наблюдались такие импульсы ЧР.

Другими словами напряжение погасания

является самым наименьшим напряжением, при котором амплитуда величины импульса ЧР становится равной или меньше нормированного минимального значения.

Примечание - Испытания напряжением постоянного тока для определения Ue требуют особого внимания. См. раздел 11.

3.7.3 испытательное (нормированное) напряжение ЧР (partial discharge test voltage): Нормированное напряжение, приложенное в соответствии с установленной методикой испытания на ЧР, при котором в испытуемом объекте не должно быть ЧР с характеристиками, превышающими нормированные значения.

3.8 система измерения частичных разрядов: (partial discharge measuring system): Измерительная система, включающая соединительное устройство, систему передачи и измерительный прибор.

3.9 характеристики измерительной системы (measuring system characteristics): Определения, относящиеся к измерительным системам, установлены в 4.3.

3.9.1 частотная характеристика импеданса передачи

(transfer impedance

: Отношение амплитуды выходного напряжения к неизменной амплитуде входного тока (напряжения) в зависимости от частоты

, при синусоидальном входном токе.

3.9.2 нижняя и верхняя частоты

и

(lower and upper limit frequencies

and

): Частоты, для которых частотная характеристика передачи

падает не менее чем на 6 дБ относительно ее значения в серединной части полосы пропускания.

3.9.3 серединная частота

и полоса пропускания

(midband frequency

f

m and bandwidth

): Для всех типов измерительных систем серединная частота определяется как

и полоса пропускания:

3.9.4 ошибка от наложения импульсов (superposition error): Ошибка измерения, возникающая, когда интервал времени между входными импульсами тока меньше, чем время реакции на одиночный импульс. Ошибка от наложения импульсов может добавляться или вычитаться в зависимости от частоты их повторения. На практике возможны оба случая из-за случайного характера частоты повторения импульсов. Однако, поскольку измерения проводятся на базе наиболее часто повторяющей амплитуды ЧР, обычно учитывают только положительные ошибки наложения.

Примечание - ошибки наложения могут доходить до 100% и более в зависимости от частоты повторения импульсов и характеристик измерительной системы.

3.9.5 разрешающее время импульсов

(pulse resolution time

): Наименьший интервал времени между двумя последовательными входными импульсами очень короткой длительности, одинаковой формы, полярности и амплитуды, для которых амплитудное значение вследствие наложения импульсов не изменяется более чем на 10% относительно одиночного импульса.

Разрешающее время обычно обратно пропорционально полосе пропускания

измерительной системы. Оно является показателем возможности измерительной системы разделить следующие друг за другом импульсы ЧР.

Примечание - Рекомендуется измерять разрешающее время для всей измерительной системы в составе испытательной схемы, поскольку ошибки наложения могут вызываться и испытуемым объектом, например, отражениями от концевой заделки кабеля. Соответствующим техническим комитетам следует установить методику для обработки ошибок наложения и, особенно, поля допусков с их знаками.

3.9.6 ошибка интегрирования (integration error): Ошибка при измерении кажущегося заряда, происходящая, когда верхняя частота спектра импульса тока ЧР ниже чем верхняя частота среза широкополосной измерительной системы; или, чем серединная частота узкополосной измерительной системы.

См. рисунок 2.

Примечание - При необходимости для специальных приборов соответствующим техническим комитетом настоятельно рекомендуется установить более жесткие значения для

и

, чтобы свести к минимуму ошибку интегрирования.

3.10 цифровые измерители частичных разрядов

(digital partial discharge instruments): Приборы, рассматриваемые в настоящем стандарте, в основном базируются на аналоговых измерительных системах и приборах для измерения кажущегося заряда

, оснащенных цифровой системой сбора и обработки данных. Цифровая часть цифрового прибора измерения ЧР используется для обработки аналоговых сигналов с целью их дальнейшей оценки, для хранения соответствующих величин и представления результатов испытания на дисплее. См. также приложение Д.

Примечание - Цифровой прибор измерения ЧР может включать измерительный элемент (датчик) и цифровую систему сбора данных без входного блока аналоговой обработки сигнала. Настоящий стандарт не дает специальной информации о приборах такого типа.

3.11 калибровка (градуировка) измерительного прибора: Установление количественного соотношения (масштабного коэффициента) между показаниями отсчетного устройства измерительного прибора и соответствующими измеряемыми характеристиками частичных разрядов в полностью укомплектованной установке с включенным объектом

3.12 масштабный коэффициент

(scale factor

): Коэффициент, на который следует умножить значение, измеренное устройством присоединения измерительной системы или измерителем ЧР в виде амплитудного значения импульса напряжения, для получения значения входной величины в виде кажущегося заряда (ГОСТ Р 55193).

3.13 калибровочное (градуировочное) устройство: Устройство, состоящее из калибратора ЧР, генерирующего калиброванные характеристики частичных разрядов, и используемое при калибровке (градуировке) измерительного прибора (системы, устройства) ЧР.

      4 Испытательные установки (схемы) и измерительные системы (приборы)

4.1 Общие требования

Схема для испытания изоляции электрооборудования с измерением характеристик частичных разрядов должна обеспечивать испытание и измерение тех характеристик, которые предусмотрены стандартами на электрооборудование конкретного типа.

В этом разделе описываются основные испытательные схемы, измерительные системы и приборы для измерения величин, относящихся к частичным разрядам, и дана информация о принципах их работы. Полностью собранная испытательная установка, измерительные системы и приборы должны калиброваться и градуироваться согласно разделу 5, в соответствии с требованиями раздела 7. Также технический комитет может рекомендовать для некоторых испытуемых объектов соответствующий стандарт, при этом техническому комитету рекомендуется использовать характеристики ЧР, представляющие наибольшую диагностическую информацию о процессах ЧР.

Для некоторых испытуемых объектов соответствующий технический комитет может рекомендовать особую испытательную схему. Техническому комитету рекомендуется использовать характеристики ЧР, представляющие наибольшую диагностическую информацию о процессах ЧР. Возможно применение любой из испытательных схем, указанных в 4.2, и любая из измерительных систем, установленных в 4.3, считается приемлемой, если соответствующий технический комитет не установил иначе. В каждом конкретном случае необходимо определить основные характеристики измерительной системы (

,

,

, см. 3.9.2 и 3.9.5).

Испытания напряжением постоянного тока представлены в разделе 11.

4.2 Испытательные схемы на напряжении переменного тока

Большинство схем, применяемых для измерения частичных разрядов, можно получить на базе одной или нескольких основных схем, представленных в приложении Б на рисунках Б.1, а - Б.1, г. Некоторые варианты таких схем показаны там же на рисунках Б.2 и Б.3.

Испытательная схема состоит из следующих основных элементов:

- источника высокого напряжения, имеющего достаточно низкий уровень фонового шума (см. раздел 9 и 10) с тем, чтобы иметь возможность измерять нормированную амплитуду частичного разряда при нормированном испытательном напряжении;

- испытуемого объекта, который можно рассматривать как емкость С

(см. приложение В*);

- конденсатора связи С

, имеющего малую индуктивность, или второго испытуемого объекта С

, аналогичного испытуемому объекту С

(необходимо, чтобы С

или С

имели достаточно низкий уровень собственных частичных разрядов на нормированном испытательном напряжении с тем, чтобы обеспечить возможность проведения измерений частичных разрядов соответствующего кажущегося заряда; допускается повышенный уровень частичных разрядов, если измерительная система способна отличить разряды испытуемого объекта от разрядов конденсатора связи и измерить их раздельно);

- системы высоковольтных соединений (шин), имеющих достаточно низкий уровень фонового шума (см. раздел 9 и 10) с тем, чтобы иметь частичные разряды соответствующего значения кажущегося заряда при нормированном испытательном напряжении;

- измерительной системы, состоящей из измерительного элемента, соединительного кабеля и измерительного прибора;

- защитного устройства (разрядника), подключаемого параллельно измерительному элементу;

- защитного сопротивления или фильтра нижних частот, которые могут быть встроены со стороны высокого напряжения, чтобы уменьшить фоновый шум от источника питания.

При испытании изоляции трансформаторов индуктированным напряжением испытуемый трансформатор является источником высокого испытательного напряжения.

Конденсатор может специально включаться в установку. В качестве емкости конденсатора связи также могут быть использованы емкость ввода испытуемого трансформатора, емкость второго испытуемого объекта или паразитная емкость системы соединений высокого напряжения.

Источник высокого напряжения и конденсатор связи не должны быть дополнительными источниками разрядов, мешающих измерениям характеристик частичных разрядов в объекте испытаний.

Выводы и фланцы элементов установки и соединения высокого напряжения должны быть выполнены конструктивно таким способом, чтобы исключать возникновение короны в воздухе, мешающей измерениям характеристик частичных разрядов.

Фильтры нижних частот на стороне высокого напряжения применяются только при необходимости, когда требуется ограничить влияние внешних помех на процесс измерения.

Защитное устройство (разрядник) при пробое объекта должно обеспечивать ограничение напряжения на измерительном приборе до значения, безопасного для данного измерительного устройства, но не выше допустимого по правилам техники безопасности.

Примечание - В каждой из основных испытательных схем ЧР, показанных в приложении Б на рисунках Б.1 и Б.3, измерительный элемент (датчик) измерительной системы может также размещаться со стороны высоковольтного вывода таким образом, что положения соединительных устройств относительно С

и С

меняются местами; при этом используются оптические (или иные) линии связи измерительного элемента (датчика) с прибором, как показано на рисунке Б.1, а.

Дополнительная информация и особые характеристики разных испытательных схем рассматриваются в приложениях Б и Ж.     

     4.3 Измерительные системы

4.3.1 Общие положения

Измерительные системы характеристик частичного разряда можно разделить на несколько подсистем: измерительный элемент (датчик), систему передачи измерительного сигнала (например, соединительный кабель, оптический или радио канал основных линий связи) и измерительный прибор. В общем случае система передачи измерительного сигнала не требуется для определения характеристик схемы и поэтому не берется в расчет.

4.3.2 Измерительные компоненты

4.3.2.1 Измерительный элемент (датчик)

Измерительный элемент (датчик) имеет специальную конструкцию, обеспечивающую оптимальную чувствительность в испытательной схеме и устойчивость к электромагнитным помехам. С одним измерительным прибором могут работать различные измерительные элементы (датчики).

Обычно измерительный элемент (датчик) представляет собой активный или пассивный четырехполюсник, преобразующий входные токи в выходные сигналы напряжения. Эти сигналы передаются на измерительный прибор с помощью линии связи. Частотная характеристика измерительного элемента (датчика), определяемая отношением выходного напряжения к входному току, выбирается так, чтобы частота питающей сети и ее гармоники как можно меньше воздействовали на прибор.

Примечание 1 - Хотя индивидуальная передаточная характеристика измерительного элемента (датчика) не представляет общего интереса, в то же время его входная амплитудно-частотная характеристика является важной, поскольку она взаимодействует с С

и С

и составляет важную часть испытательной схемы.

Примечание 2 - Необходимо, чтобы кабели связи измерительного элемента (датчика) с испытуемым объектом были как можно короче для того чтобы снизить до минимума их воздействие на ширину спектра детектирования.

В качестве измерительного элемента в испытательных схемах можно использовать резистор, преимущественно малоиндуктивный, или импульсный трансформатор.

Допускается применение катушки индуктивности или фильтра с более сложной схемой.

Значение сопротивления резистора выбирается от нескольких единиц до нескольких тысяч Ом. Большое значение сопротивления позволяет получить большую чувствительность измерительной схемы.

Параметры L и C контура (с учетом параметров измерительной схемы) должны выбираться таким образом, чтобы частота его настройки соответствовала частоте настройки измерительного прибора.

Индуктивность катушки L должна быть неизменной во всем диапазоне амплитуд напряжения, которые ожидаются на ней при измерениях характеристик частичных разрядов.

Между измерительным элементом и входом измерительного прибора допускается включение согласующего трансформатора, частотная характеристика которого должна лежать в пределах частотной характеристики измерительного прибора.

В балансной схеме применяются два регулируемых малоиндуктивных резистора и согласующий (симметрирующий) трансформатор или усилитель с симметричным входом.

4.3.2.2 Измерительные приборы

Измерительный прибор должен измерять две основные характеристики частичных разрядов:

- кажущийся заряд q

- момент

возникновения импульса ЧР или фазовый угол

,

и, при необходимости, производные - n, N, I, P и D.

Для измерения одной из характеристик частичных разрядов в нескольких заданных интервалах ее значений допускается применение многоканального измерительного прибора, содержащего несколько параллельных каналов. Отдельные элементы различных каналов могут быть раздельными или общими.

Для одновременного измерения нескольких характеристик частичных разрядов допускается применение измерительного прибора, в котором отдельные элементы являются общими для нескольких измерительных каналов, каждый из которых измеряет одну из требуемых характеристик частичных разрядов.

Дополнительно для измерений могут применяться амплитудные дискриминаторы и регистрирующие приборы.

Измеритель кажущегося заряда типа амплитудного импульсного вольтметра со стрелочным отсчетным устройством должен измерять кажущийся заряд импульсов частичных разрядов, начиная с частоты их следования не более 100 импульсов в секунду. При этом измеритель должен обеспечивать регистрацию максимального кажущегося заряда неоднократно возникающих ЧР. Он должен измерять как положительные, так и отрицательные импульсы. Максимальная скорость счета измерителя частоты следования импульсов должна быть не менее 10

с

. При использовании узкополосного измерительного прибора разрешающее время счетчика выбирается равным

. Емкость счета счетчика импульсов должна быть не менее 10

импульсов.

В случае применения дополнительных широкополосных усилителей, предназначенных для усиления импульсов напряжения в измерительной схеме, вызванных частичными разрядами, до значений, достаточных для регистрации их измерительными приборами, рекомендуется их применение со следующими характеристиками:

- нижняя частота полосы пропускания - не менее 30 кГц;

- верхняя частота полосы пропускания - не менее 1 МГц.

Примечание - узкополосный усилитель допускается применять при больших значениях емкости объекта испытаний, а также при наличии внешних помех определенной частоты.

Рекомендуется применять узкополосный усилитель со следующими характеристиками:

- ширина полосы пропускания - 8-10 кГц;

- частота настройки - 20 кГц - 2 МГц.

Требуемое к усилителям разрешающее время должно быть менее 100 мкс.

Для подавления помех в низкочастотном диапазоне полосы пропускания, если это не обеспечивается характеристикой усилителя, применяется фильтр верхних частот.

Коэффициент затухания фильтра определяют условием надежного измерения требуемой минимальной интенсивности частичных разрядов при нормированном напряжении на испытуемом объекте.

4.3.3 Передаточная характеристика приборов для измерения кажущегося заряда

Если амплитуда частотного спектра входных импульсов постоянна, по крайней мере, в ширине спектра

измерительной системы (см. рисунок 2), то передаточная характеристика прибора определяется импульсом напряжения с пиковым значением, пропорциональным заряду (однополюсному) входного импульса. Форма, длительность и пиковое значение выходного импульса определяются в зависимости от требуемой частотной характеристики импеданса передачи

измерительной системы. Без учета данного требования форма и длительность выходного импульса могут быть полностью отличны от входного сигнала.

Визуализация отдельных импульсов выходного напряжения может облегчить распознавание происхождения частичных разрядов и отличить их от помех (раздел 10). Импульсы напряжения следует представлять визуально либо на линейной временной развертке по испытательному напряжению, либо на синусоидальной развертке синхронизированной по частоте испытательного напряжения, либо по эллипсоидальной развертке, вращающейся синхронно с частотой испытательного напряжения.

Кроме того, рекомендуется использовать индикатор или регистратор для определения амплитуды максимального повторяющегося частичного разряда. Показание таких приборов при испытаниях напряжением переменного тока следует выполнять с помощью аналоговой схемы детектирования (обнаружения, определения) пика или путем цифрового определения пика по программе с малой постоянной времени заряда. Постоянная времени регистрируемого импульса ЧР должна быть не более 0,44 с. Независимо от типа дисплея, используемого в таких приборах, должны выполняться следующие требования:

- передаточная характеристика измерительной системы на последовательность равно и далеко отстоящих друг от друга импульсов с одинаковыми амплитудами, равными

, с частотой повторения

, должна быть такой, чтобы показание

прибора указывало амплитуды в соответствии с приведенной таблицей 1;

- диапазоны и коэффициент усиления прибора должны быть отрегулированы таким образом, чтобы для

=100 показание охватывало бы всю шкалу или 100%.

- калибровочное устройство, применяемое для создания импульсов, должно соответствовать требованиям раздела 5.

Таблица 1 - Характеристика чувствительности приборов измерения ЧР при серии импульсов

(1/c):	1	2	5	10	50	100
(%):	35	55	76	85	94	95
(%):	45	65	86	95	104	105

Примечание 1 - Эти характеристики чувствительности необходимы для установления соответствия между измерениями, сделанными на приборах разного типа. Требования должны быть выполнены во всех диапазонах. Приборы, уже работающие к сроку выпуска настоящего стандарта, не требуют соответствия этим требованиям, однако, следует представлять реальные значения

.

Примечание 2 - Измеренная величина может отображаться, например, стрелочными приборами, цифровыми дисплеями или осциллографами.

Примечание 3 - Нормированная характеристика может быть получена путем обработки сигнала, как аналогового, так и цифрового.

Примечание 4 - Характеристика чувствительности к последовательности импульсов, определенная в данном подразделе, не может быть применима при испытаниях под напряжением постоянного тока.

Примечание 5 - Соответствующий технический комитет может установить другие требования к характеристикам измерителей ЧР.

4.3.4 Широкополосные приборы измерения

Приборы, работающие в комбинации с соединительным устройством, представляют широкополосную систему измерения ЧР, которая характеризуется частотной характеристикой передачи

, имеющей фиксированные значения предельных нижних и верхних частот

и

с соответствующим затуханием ниже

 и выше  

. Рекомендуются следующие значения для

,

и

:

30 кГц

100 кГц;

100 кГц;

100 кГц;

500 кГц;

500 кГц;

100 кГц

4

4

4

00 кМГц*.

Примечание - Комбинация различных соединительных устройств с измерительным прибором может изменить частотную характеристику передачи. Необходимо, чтобы общая частотная характеристика всегда соответствовала рекомендуемым значениям.

Передаточная характеристика таких приборов от импульса (не колебательного) тока частичного разряда определяется быстро затухающим колебанием. Как кажущийся заряд q, так и полярность импульса тока могут быть определены по этой характеристике. Время разрешения импульса

мало и составляет обычно от 1 до 5 мкс.

4.3.5 Широкополосные приборы измерения с активным интегратором

Этот тип приборов состоит из широкополосного усилителя, включенного последовательно с электронным интегратором, и характеризуется постоянной времени своей интегрирующей ячейки, состоящей из конденсатора и сопротивления. Передаточная характеристика интегратора на импульс ЧР есть сигнал напряжения, возрастающий с нарастанием суммарного заряда. Окончательная амплитуда сигнала будет пропорциональна суммарному заряду, допуская, что постоянная времени интегратора значительно превышает продолжительность импульса ЧР. На практике постоянные времени обычно составляют значения порядка 1 мкс. Требуемое разрешающее время импульса для последовательных импульсов ЧР более 10 мкс.

Примечание - В таких приборах может быть получена соответствующая их верхнему пределу частота в несколько сотен килогерц, рассчитанная по постоянной времени комбинации из усилителя и активного интегратора.

4.3.6 Узкополосные приборы измерения

Такие приборы характеризуются узкой полосой пропускания

и значением средней частоты пропускания

, которая может быть выбрана из диапазона частот, где амплитуда частотного спектра импульсов тока разрядов является условно постоянной. Рекомендуемые значения для

и

следующие:

9 кГц

30 кГц;

30 кГц;

30 кГц;

50 кГц

1 МГц.

1 МГц.

1 МГц.

Кроме того рекомендуется, чтобы частотная характеристика передачи импеданса

при частотах, равных  

±

, была бы на 20 дБ ниже максимального значения полосы пропускания.

Примечание 1 - При измерениях кажущегося заряда применение серединных частот пропускания fm>1 МГц не рекомендуется, если те же результаты можно получить с рекомендованными значениями fm.

Примечание 2 - Как правило, такие приборы применяются совместно с измерительными элементами (датчиками), обеспечивая высокую пропускную способность в требуемом диапазоне частот прибора. Если применяются измерительные элементы (датчики) резонансного типа, то

настраивается и фиксируется на частоте резонанса измерительного элемента (датчика) и испытательной схемы так, чтобы получить постоянный масштабный коэффициент для схемы.

Примечание 3 - Измерители радиопомех с квазипиковой чувствительностью не квалифицируются данным стандартом для измерения кажущегося заряда

, однако, они могут применяться для обнаружения ЧР.

Передаточной характеристикой данных приборов от импульса тока частичного разряда является колебание с положительными и отрицательными пиковыми значениями, которые пропорциональны кажущемуся заряду, независимо от полярности этого заряда. Требуемое разрешающее время импульса

должно быть большим, как правило, выше 80 мкс.

4.4 Требования к измерениям с помощью цифровых измерителей

Минимальное требование к цифровым измерителям ЧР следующее:

- воспроизводить значение амплитуды максимального повторяющегося частичного разряда. Прибор должен соответствовать требованиям 4.3.3.

Прибор должен оценивать и регистрировать основные характеристики ЧР:

- значение кажущегося заряда

, возникающего в момент времени

;

- фазовый угол

в момент импульса ЧР или момент

возникновения импульса ЧР, мгновенное значение испытательного напряжения

, измеренное в момент времени

разряда кажущегося заряда

.

Примечание - Все остальные характеристики, за исключением напряжения возникновения

и погасания разрядов

, являются производными этих характеристик.

4.4.1 Требования к измерению кажущегося заряда

Время между последовательными обновлениями цифрового дисплея не должно превышать 1 с.

Передаточная характеристика прибора обычно содержит некоторый уровень непрерывного или базового шума. Этот шум может быть вызван фоновым шумом или многочисленными частичными разрядами, амплитуда сигналов которых мала по сравнению с максимальным измеряемым уровнем. Поэтому во избежание регистрации таких сигналов может быть введен изменяющийся порог чувствительности. Если используется такой порог, то его уровень необходимо зафиксировать.

Руководящие указания по цифровому сбору измеренных аналоговых выходных сигналов приведены в приложении Д.

4.4.2 Требования к измерению амплитуды и фазы испытательного напряжения

Если цифровой прибор предназначен для регистрации значения испытательного напряжения на частоте сети, он должен соответствовать требованиям ГОСТ Р 55193.

Если прибор предназначен для измерения фазового угла испытательного напряжения, то необходимо убедиться, что смещение фазы находится в пределах 5° от истинного значения.

     4.5 Измерительные системы для производных величин ЧР

4.5.1 Измерительный элемент (датчик)

Содержание 4.3.2 также действительно для измерительных систем для производных величин.

4.5.2 Измерение частоты следования и скорости повторения импульсов

4.5.2.1 Приборы для измерения частоты следования импульсов N

Частота следования измеряется измерительным прибором, позволяющим определять среднее количество частичных разрядов за 1 с, кажущийся заряд которых превышает заданный уровень или находится в интервале заданных уровней. Прибор для измерения частоты следования частичных разрядов должен предусматривать измерение импульсов обеих полярностей.

4.5.2.2 Приборы для измерения скорости повторения импульсов

Прибор для определения скорости повторения импульсов должен иметь достаточную разрешающую способность по времени импульса

, чтобы обработать самую высокую частоту следования импульсов.

Рекомендуется подключать вход счетчика импульсов к выходу системы измерения ЧР, как описано в 4.3. Если счетчик импульсов используется с системой измерения ЧР, имеющей колебательную или двунаправленную передаточную характеристику, то нужно создать соответствующую форму импульса, во избежание получения более одного счета на импульс.

4.5.3 Приборы для измерения среднего тока разряда I

Для измерения среднего тока частичных разрядов должны применяться измерительные приборы, показания которых пропорциональны значению среднего тока разрядов, то есть сумме абсолютных значений амплитуд импульсов напряжения, поступающих на вход прибора за 1 с.

Приборы, которые измеряют среднее значение тока разряда, должны показывать после соответствующей градуировки средний ток разряда

.

Ошибки, которые могут иметь место при таком измерении, возникают в результате:

- насыщения усилителя при малой скорости повторения импульсов

;

- импульсов, имеющих время разделения меньше, чем разрешающее время

системы;

- слабых частичных разрядов, ниже порога обнаружения их аппаратурой сбора цифровых данных.

Такие источники ошибок необходимо учитывать при оценке измерений.

Средний ток разряда может быть также рассчитан с использованием цифровой обработки данных.

Примечание - Насыщение может произойти, когда скорость повторения импульсов

так мала, что трудно обнаружить средний ток разряда

. В таких случаях можно попытаться значительно увеличить коэффициент усиления прибора измерения ЧР (увеличивая таким образом масштабный коэффициент) до тех пор, пока не станет возможным определить ток. Это может привести к ситуации, когда динамика усиления станет такой, что не позволит получить линейной характеристики случайных импульсов ЧР. Во избежание этого прибор измерения ЧР может быть оснащен цепью предупредительной сигнализации для обнаружения нелинейных измерений, или выход измерителя ЧР может контролироваться визуально (например, на осциллографе) во время измерения среднего тока разряда.

4.5.4 Приборы для измерения мощности разряда P

Для измерения мощности разряда могут применяться различные типы аналоговых приборов в разных испытательных схемах. Их работа базируется на оценке суммы

, величина которой может измеряться площадью кривой, полученной на экране осциллографа, если по осям

-

отложены соответственно величины

и

, или с помощью более сложных методов. Градуировку таких приборов в испытательных схемах осуществляют по масштабным коэффициентам для значений прикладываемого напряжения и кажущегося заряда.

Мощность разряда может быть также рассчитана с помощью цифровой обработки данных.

4.5.5 Измерение квадратического параметра D

Приборы, измеряющие среднее значение квадратов отдельных амплитуд

кажущихся зарядов, показывают квадратический параметр

. Конструкция таких приборов базируется на характеристиках, идентичных тем, которые применяются для измерения частичного заряда.

Измерение квадратического параметра может быть получено при помощи цифровой обработки.

4.5.6 Измерители напряжения радиопомех

Измерители радиопомех - это вольтметры с частотной селекцией (селективные вольтметры). Эти приборы предназначены, главным образом, для измерения помех, создаваемых электромагнитными излучениями. Квазипиковая измерительная цепь прибора делает его показания чувствительными к скорости повторения импульсов и разрядов. Дополнительную информацию см. в приложении Г.

4.6 Приборы со сверхширокой полосой пропускания для обнаружения ЧР

Частичные разряды могут быть также обнаружены осциллографами с очень широкими полосами пропускания или приборами с частотной селекцией (например, спектральными анализаторами) вместе с соответствующими измерительными элементами (датчиками). Целью такого применения является измерение формы или частотного спектра импульсов тока ЧР или напряжения ЧР на оборудовании с распределенными параметрами, типа кабелей, вращающихся машин или элегазовой коммутационной аппаратуры, или предоставление информации о физическом процессе или происхождении явления разряда.

Настоящий стандарт не дает никаких рекомендаций относительно методов измерения или полосы пропускания таких приборов.

      5 Калибровка или/и градуировка измерительной системы в полностью укомплектованной испытательной схеме

5.1 Общие положения

Задачей калибровки и градуировки является проверка способности измерительной системы измерять нормированные характеристики ЧР.

Калибровка и градуировка измерительной системы в полной схеме осуществляется для определения масштабного коэффициента

, необходимого для измерения кажущегося заряда. Так как емкость С

испытуемого объекта влияет на характеристики схемы, то градуировка должна проводиться для каждого нового объекта, емкость которого отличается от предшествующего объекта более, чем на ±10%. Градуировке не подвергаются подобные объекты, не подвергается ряд подобных объектов, емкости которых не отличаются от среднего значения более, чем на ±10%.

Калибровка и градуировка измерительной системы с испытуемым объектом в полностью укомплектованной схеме испытания выполняется путем подачи короткого импульса тока известного периодически повторяющегося заряда

на зажимы испытуемого объекта, см. рисунок 1. Значение

должно рассматриваться как значение, полученное в результате испытаний характеристик калибратора (см. 7.2.3).