Приложение Б (рекомендуемое). Методики расчета параметров стандартных грозовых импульсов напряжения с наложенными выбросами или колебаниями

Приложение Б
(рекомендуемое)

Методики
расчета параметров стандартных грозовых импульсов напряжения с наложенными выбросами или колебаниями

Б.1 Основы методик

Методики основаны на применении эмпирической формулы, описывающей значение испытательного напряжения U_t, имитирующего грозовой импульс с наложенными колебаниями или выбросом величиной :

,

(Б.1)

где U_б - максимальное значение базисной кривой;

U_м - максимальное значение напряжения без помех, полученное при регистрации;

k(f) - функция испытательного напряжения, зависящая от частоты и определяемая следующим выражением:

,

(Б.2)

где f - частота наложенных колебаний, МГц.

Б.2 Методика оценки параметров полных грозовых импульсов

Данная методика позволяет решать уравнение (Б.1) и используется для компьютерной обработки данных цифровой регистрации импульсов. Методика применяется для получения кривой испытательного напряжения, по которой рассчитываются параметры импульса.

Методика включает в себя такую последовательность действий:

1) находится опорный уровень зарегистрированной кривой с помощью расчета среднего значения напряжения относительно горизонтальной линии в начале регистрации при входном напряжении, равном нулю;

2) устраняется сдвиг опорного уровня зарегистрированной кривой U(t), чтобы получить ту же кривую с компенсированным сдвигом U₀(t) и использовать эту кривую для последующих действий;

3) находится наибольшее значение U_м зарегистрированной кривой с компенсированным сдвигом U₀(t) (рисунок Б.1);

Рисунок Б.1 - Зарегистрированная кривая напряжения с выбросами, базисная кривая и кривая разности двух первых кривых

4) находится последняя выборка данных на фронте импульса со значением напряжения, составляющим менее 0,2 от наибольшего значения U_м;

5) находится последняя выборка данных на спаде импульса со значением напряжения, составляющим более 0,4 от наибольшего значения;

6) для дальнейшего анализа отбираются данные, начиная с выборки, следующей за выборкой, определенной в перечислении 4, и кончая выборкой, определенной в перечислении 5;

7) используя данные, полученные в перечислении 6, подбираются неизвестные параметры следующей функции (см. В.1 приложения В):

,

где t - время;

u_d(t) - функция напряжения;

U, , и t_d - параметры, которые должны быть найдены при подборе функции u_d(t) ¹⁾;

------------------------------

¹⁾_{U - постоянная амплитуда, и - постоянные времени импульса, td - задержка времени между началом сглаживающей кривой и моментом запуска зарегистрированной кривой.}

------------------------------

8) строится базисная кривая U_б(t), используя нулевые значения точек выборки вплоть до времени t_d (как рассматривается в п. 7) и значения u_d(t) точек выборки от времени t_d до момента последней выборки по п. 5) (см. рисунок Б.1);

9) вычитая из зарегистрированной кривой с компенсированным сдвигом U₀(t) базисную кривую U_б(t), получаем разностную кривую R(t) = U₀(t) - U_б(t) (рисунок Б.2);

Рисунок Б.2 - Кривая испытательного напряжения, базисная кривая и отфильтрованная разностная кривая

10) создается цифровой фильтр с передаточной функцией H(f), равной функции испытательного напряжения k(f), определяемой формулой (Б.2);

11) для получения отфильтрованной разностной кривой R_f(t) к разностной кривой R(t) применяется цифровой фильтр (см. рисунок Б.2);

12) для получения кривой испытательного напряжения U_t(t) отфильтрованная разностная кривая R_f(t) добавляется к базисной кривой U_б(t);

13) по кривой испытательного напряжения U_t(t) рассчитываются величина испытательного напряжения U_t и его временные параметры (см. рисунок Б.2);

14) находится максимальное значение U_б базисной кривой U_б(t) (см. рисунок Б.2);

15) вычисляется относительная величина выброса  %;

16) воспроизводится зарегистрированная кривая с компенсированным сдвигом U₀(t) и кривая испытательного напряжения U_t(t) (см. рисунок Б.3);

17) определяются и приводятся сведения о значениях испытательного напряжения U_t, длительности фронта импульса T_ф, длительности импульса Т_и и относительной величине выброса .

Рисунок Б.3 - Импульс испытательного и зарегистрированного напряжений

Б.3 Методика ручной оценки параметров полных грозовых импульсов

Данная методика относится к ручной расчетной оценке параметров импульса с помощью графического решения уравнения (Б.1).

Примечание - Вычисление вручную приводит к менее точным результатам, по сравнению с методикой Б.2.

Методика включает в себя такую последовательность действий:

1) для устранения колебаний на фронте и амплитуде импульса вручную строится базисная кривая U_б(t) поверх зарегистрированной кривой U(t);

2) находятся максимальные значения U_б;

3) находится максимальное значение U_м зарегистрированной кривой U(t);

4) рассчитывается длительность выброса t путем нахождения разницы между значениями времени в двух точках пересечения кривых U(t) и U_б(t) по обе стороны от амплитуды U(t) и рассчитывается частота выброса f₀ = 1/2t.

5) по формуле (Б.2) рассчитывается значение амплитудно-частотной функции испытательного напряжения k(f);

6) по формуле (Б.1) рассчитывается значение испытательного напряжения U_t;

7) рассчитывается относительная величина выброса  %;

8) для определения 30 %-ных, 90 %-ных и 50 %-ных уровней напряжения по базисной кривой, используя U_t в качестве амплитудного значения напряжения, находятся временные параметры импульса;

9) приводятся данные о значении испытательного напряжения U_t, длительности фронта Т_ф, длительности импульса Т_u и относительной величине выброса .

Б.4 Методика оценки параметров грозовых импульсов, срезанных на спаде

Данная методика использует алгоритм п. Б.2 для вычисления параметров полных грозовых импульсов. Эта методика может применяться, если срез происходит при уровне напряжения ниже 95 % уровня наибольшего значения.

Для данной методики необходимы две регистрации напряжения:

1) вычисляемого импульса, срезанного на спаде,

2) полного контрольного импульса, зарегистрированного, как правило, при более низком напряжении без изменения настроек измерительной системы.

Методика включает в себя такую последовательность действий:

Применяется последовательность действий от 1) до 3) Б.2 к полному контрольному и срезанному импульсам:

1) находится опорный уровень зарегистрированной кривой с помощью расчета среднего значения напряжения относительно горизонтальной линии в начале регистрации при входном напряжении, равном нулю;

2) устраняется сдвиг опорного уровня зарегистрированной кривой U(t), чтобы получить ту же кривую с компенсированным сдвигом U₀(t) и использовать эту кривую для последующих действий;

3) находится наибольшее значение U_м зарегистрированной кривой с компенсированным сдвигом U₀(t).

Далее применяется последовательность действий от 4) до 8) Б.2 к полному контрольному импульсу:

4) находится последняя выборка данных на фронте импульса со значением напряжения, составляющим менее 0,2 от наибольшего значения U_м;

5) находится последняя выборка данных на спаде импульса со значением напряжения, составляющим более 0,4 от наибольшего значения;

6) для дальнейшего анализа отбираются данные, начиная с выборки, следующей за выборкой, определенной в перечислении 4, и кончая выборкой, определенной в перечислении 5;

7) используя данные, полученные в перечислении 6, подбираются неизвестные параметры следующей функции (см. В.1 приложения В):

,

где t - время;

u_d(t) - функция напряжения;

U, , и t_d - параметры, которые должны быть найдены при подборе функции u_d(t) ¹⁾;

------------------------------

¹⁾_{U - постоянная амплитуда, и - постоянные времени импульса, - задержка времени между началом сглаживающей кривой и моментом запуска зарегистрированной кривой.}

------------------------------

8) строится базисная кривая U_б(t), используя нулевые значения точек выборки вплоть до времени t_d [как рассматривается в перечислении 7) и значения u_d(t) точек выборки от времени t_d до момента последней выборки по перечислению 5).

Далее применяется последовательность действий от 1) до 7) Б.2 к импульсу, срезанному на спаде:

1) находится момент среза;

2) находится точка, где кривая срезанного импульса начинает отклоняться от кривой полного контрольного импульса;

3) для дальнейшего анализа отбираются данные, включающие эту точку;

4) находится задержка по времени t_L между зарегистрированным полным контрольным и срезанным импульсами (а именно: используя методику взаимной корреляции, или сличая уровни 30 %-ных, 50 %-ных и 80 %-ных напряжений на фронте);

5) разницу в задержках по времени между полным и срезанным импульсами сводят к нулю;

6) вычисляется отношение E между амплитудами срезанного и полного импульсов (например, делением амплитудных значений или делением средних значений, рассчитанных для обеих регистраций на заданном интервале);

7) используя этот коэффициент Е, корректируют амплитуду базисной кривой;

8) для получения разностной кривой R(t) = U₀(t) - U_б(t) из зарегистрированной кривой с компенсированным сдвигом U₀(t) вычитается градуированная коэффициентом E базисная кривая U_б(t);

9) создается цифровой фильтр с передаточной функцией H(f), равной функции испытательного напряжения k(f), определяемой формулой (Б.2);

10) для получения отфильтрованной разностной кривой R_f(t) к разностной кривой R(t), применяется цифровой фильтр;

11) для получения кривой испытательного напряжения U_t(t) отфильтрованная разностная кривая R_f(t) добавляется к базисной кривой U_б(t);

12) по кривой испытательного напряжения U_t(t) определяется значение испытательного напряжения U_t и его временные параметры;

13) находится максимальное значение U_б базисной кривой U_б(t);

14) вычисляется относительная величина выброса  %;

15) воспроизводятся зарегистрированная кривая U(t) и кривая испытательного напряжения U_t(t);

16) приводятся сведения о значениях испытательного напряжения U_t, длительности фронта импульса T_ф, предразрядного времени Т_с и относительной величине выброса .