Приложение 4 (обязательное). Определение реакции на ступенчатый импульс и ее параметров для измерительной системы с делителем напряжения

Приложение 4
Обязательное

Определение реакции на ступенчатый импульс и ее параметров для измерительной системы с делителем напряжения

1. Общие указания

1.1. Определение динамических характеристик измерительной системы выполняется с помощью измерения реакции на ступенчатый импульс и перечисленных в табл. 1 ее параметров, выбор которых определяется видом измеряемого напряжения.

Таблица 1

Параметр	Применение параметра
Время реакции Т	При определении погрешности при измерении импульсов, срезанных на фронте; поправки
Частичное время реакции	При измерении наложенных колебаний
Экспериментальное время реакции	При определении Т
Время начального искажения	При измерении импульсов, срезанных на фронте
Условная начальная точка О'	При определении параметров реакции на ступенчатый импульс

1.2. Для определения реакции на ступенчатый импульс и ее параметров применяется метод ступенчатого импульса.

Для определения времени реакции может быть применен также метод шарового измерительного разрядника или вычислительный метод, который используется для нерегулируемых омических делителей.

2. Экспериментальная методика определения реакции на ступенчатый импульс

2.1. Реакция на ступенчатый импульс определяется для условий эксплуатации измерительной системы по схеме, указанной на черт. 1. Допускается применять для определения реакции на ступенчатый импульс другие схемы, в которых должны быть учтены вид и длина подводки высокого напряжения и провода заземления измерительной системы.

По схеме черт. 1 входной зажим А измерительной системы соединяется с коммутатором 3 вертикальным проводом 4 того же диаметра, что и подводка к делителю 5.

Коммутатор должен иметь близкое к нулю внутреннее сопротивление и обеспечивать фронт ступенчатого импульса, по меньшей мере, в пять раз короче ожидаемого частичного времени реакции . Пригодными коммутаторами являются реле с ртутными контактами или разрядные промежутки с однородным полем, помещенные в изоляционное масло или сжатый газ. Расстояние между электродами в искровом промежутке не должно превышать 3 мм.

Если для коммутатора 3 используется реле с ртутными контактами, следует применять источник низкого постоянного напряжения 1, присоединяемый к измерительной системе через токоограничивающий резистор 2. В этом случае вместо импульсного осциллографа, предназначенного для работы с делителем высокого напряжения, необходимо применять осциллограф с усилителем. Динамические характеристики и входное полное сопротивление осциллографа с усилителем должны быть такими, чтобы замена осциллографа не влияла на форму реакции на ступенчатый импульс.

При использовании для коммутатора 3 разрядного промежутка в зависимости от типа делителя следует применять источник постоянного, переменного или импульсного напряжения с фронтом не менее 10 мкс. Разряд должен происходить вблизи максимума напряжения, ток источника напряжения 1 должен быть ограничен резистором 2. В этом случае напряжение ступенчатого импульса на входе измерительной системы должно обеспечивать возможность измерения реакции импульсным осциллографом, предназначенным для работы с делителем высокого напряжения.

3. Определение параметров реакции на ступенчатый импульс

3.1. Типичные осциллограммы реакции, полученные методом ступенчатого импульса, показаны на черт. 2. На осциллограммах черт. 2 б, в, г, е начальная часть сглажена, на осциллограммах черт. 2 д, е в начальной части имеются искажения, которые влияют на оценку погрешности срезанных на фронте грозовых или линейно-нарастающих импульсов напряжения.

Поэтому для определения параметров реакции следует принять условную начальную точку О', которая считается начальной точкой реакции и ступенчатого импульса напряжения.

3.2. Условная начальная точка О' определяется пересечением осей времени с касательной к наиболее крутой части фронта реакции (черт. 2).

Типичные осцилограммы реакций на ступенчатый импульс

Если реакция имеет колебания на фронте (черт. 2 г), то проводится усредненная кривая, которая используется для определения касательной.

При определении О' начальными искажениями (черт. 2 д, е) пренебрегают.

3.3. Установившееся значение реакции определяется как значение, к которому стремится реакция на ступенчатый импульс или колеблется около него.

При наличии колебаний в реакции рекомендуется для определения установившегося значения включать демпфирующий резистор в провод вблизи генератора ступенчатого импульса.

Для определения установившегося значения может потребоваться использование различных по времени разверток осциллографа.

3.4. Частичное время реакции определяется площадью между ступенчатым импульсом, перемещенным к точке О', и осциллограммой реакции на ступенчатый импульс до момента, когда она впервые достигает единичного значения (черт. 2).

3.5. Экспериментальное время реакции определяется с учетом вертикального провода от генератора ступенчатого напряжения к горизонтальной подводке и делителю

(1)

Площади , , и т.д. показаны на черт. 2 штриховкой. Они ограничены реакцией и ступенчатым импульсом и предположением, что обе характеристики начинаются с О'. При определении начальными искажениями пренебрегают и рассматривают прямую линию, используемую для определения О', как реакцию для этой части (черт. 2 д, е).

3.6. Время реакции Т определяется как сумма из и поправки на действие вертикального провода

, (2)

где: Т - время реакции, мкс;

- время пробега импульса по вертикальному проводу длиной h в метрах со скоростью 300 м/мкс;

R - активное сопротивление плеча высокого напряжения делителя, которое равно бесконечности для емкостных и демпфированных делителей, Ом;

z - волновое сопротивление вертикального провода, которое с приближением может быть принято равным полному сопротивлению горизонтального провода, помещенного на высоте, равной длине вертикального провода:

,

где z - волновое сопротивление, Ом;

d - диаметр провода, м;

- магнитная проницаемости вакуума, равная Гн/м;

- электрическая постоянная вакуума, равная Ф/м.

3.7. Время начального искажения определяется площадью, ограниченной реакцией от момента ее первого отклонения от нулевой линии до пересечения с прямой линией, используемой для определения О' (черт. 2 d, е).

4. Определение времени реакции методом шарового измерительного разрядника

Для данного метода применяется шаровой измерительный разрядник с шарами диаметром 250 мм вертикальной установки. Промежуток между шарами должен быть ионизирован.

Между шарами должно быть установлено расстояние 60 мм, для которого на черт. 3 показана вольт-секундная характеристика при отрицательной полярности импульсного напряжения с линейным фронтом.

Время реакции испытуемой измерительной системы вычисляется по формуле

, (4)

где - время реакции измерительной системы при к-ом измерении, нс;

- разность между разрядным напряжением, определенным по черт. 3 и средним значением измеренного разрядного напряжения с учетом введения поправок на атмосферные условия, кВ;

- скорость нарастания напряжения, кВ/нс.

Если измеренное разрядное напряжение выше отсчитанного по черт. 3, то время реакции - отрицательное.

Определение времени реакции испытуемого устройства проводится следующим образом:

1) к шаровому измерительному разряднику с установленным расстоянием между шарами 60 мм следует приложить три одинаковых импульса отрицательной полярности с фронтом, который возрастает практически линейно в конечной его части (выше 0,8 ожидаемого напряжения в момент разряда);

2) для каждой осциллограммы измеренного разрядного напряжения определяются его значение и скорость нарастания, а также определяются их средние арифметические значения.

Среднее значение измеренного разрядного напряжения приводится к нормальным атмосферным условиям и по черт. 3 находится значение . Время реакции вычисляется на основе этого значения и скорости нарастания напряжения по формуле (4).

Аналогично находятся значения времени реакций для двух других скоростей нарастания напряжения и за время реакции испытуемой системы Т принимается среднее арифметическое значение из трех полученных времен реакций.