ГОСТ 20074-83 — Метод измерения частичных разрядов

• Обозначение: ГОСТ 20074-83
• Наименование: Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов
• Статус: Действует
• Дата введения: 06.30.1984
• Код ОКС: 29.020

ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов

ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов

ГОСТ 20074-83 (СТ СЭВ 3689-82)

Группа Е09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ

Метод измерения характеристик частичных разрядов

Electrical equipment and installations. Method measurements of partial discharge characteristics

ОКП 34 1000

Дата введения 1984-07-01

РАЗРАБОТАН Министерством электротехнической промышленности

ИСПОЛНИТЕЛИ

И.М.Бортник, В.П.Белотелов, К.А.Зайцев, С.П.Илюхина

ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности

Член Коллегии Ю.А.Никитин

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 15 апреля 1983 г. N 1961

ВЗАМЕН ГОСТ 20074-74

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения характеристик частичных разрядов при испытании изоляции электрооборудования напряжением переменного тока свыше 1000 В частотой до 1200 Гц и напряжением постоянного тока свыше 1000 В.

Стандарт не устанавливает методы измерения характеристик частичных разрядов в изоляции электрооборудования, находящегося в эксплуатации.

Пояснения терминов, встречающихся в стандарте, приведены в справочном приложении 1.

В рекомендуемом приложении 2 приведен метод измерения характеристик частичных разрядов при испытании изоляции электрооборудования коммутационными импульсами напряжения.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3689-82 и Публикации МЭК 270 (1981).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Цели измерения характеристик частичных разрядов

Характеристики частичных разрядов измеряются для:

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

определения интенсивности частичных разрядов при нормированном напряжении;

определения напряжения возникновения и напряжения погасания частичных разрядов.

1.2. Сущность метода измерения

Нормируется электрический метод измерения характеристик частичных разрядов, принципиально основанный на измерении изменений зарядов элементов измерительной схемы, вызываемых частичными разрядами в испытуемой изоляции (объекте испытаний).

1.3. Характеристики частичных разрядов

1.3.1. Интенсивность частичных разрядов количественно характеризуется:

кажущимся зарядом единичного частичного разряда;

частотой следования частичных разрядов;

средним током частичных разрядов.

1.3.2. Для оценки интенсивности частичных разрядов дополнительно могут использоваться:

квадратичный параметр частичных разрядов;

мощность частичных разрядов;

суммарный заряд за интервал времени .

1.3.3. Количественные характеристики, которые должны нормироваться и использоваться для оценки качества изоляции данного типа электрооборудования, устанавливаются в стандартах на оборудование конкретных типов.

2. ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ПРИБОРЫ

2.1. Требования к испытательным установкам

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

2.1.2. Испытательная установка состоит из следующих основных элементов:

источника высокого напряжения;

испытуемого объекта;

соединительного конденсатора;

системы соединений (шин) высокого напряжения;

измерительного устройства, состоящего из измерительного элемента, соединительного кабеля и измерительного прибора;

защитного устройства (разрядника), подключаемого параллельно измерительному элементу;

защитного сопротивления или фильтра нижних частот.

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

2.1.4. Соединительным конденсатором, предназначенным для создания пути замыкания импульсов токов частичных разрядов, может быть специально включаемый в установку конденсатор. В качестве емкости соединительного конденсатора могут использоваться емкость ввода испытуемого трансформатора, емкость второго испытуемого объекта или паразитная емкость системы соединений высокого напряжения.

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

2.1.6. Выводы и фланцы элементов установки и соединения высокого напряжения должны быть выполнены способом, исключающим возникновение короны в воздухе, мешающей измерениям характеристик частичных разрядов, вплоть до нормированного напряжения на объекте испытаний.

2.1.7. Для ограничения внешних помех, при необходимости, применяются фильтры нижних частот на стороне высокого напряжения.

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

2.1.9. Измерительный элемент можно рассматривать как четырехполюсник, который совместно с соединительным конденсатором (или испытуемым объектом) должен выполнять функцию фильтра верхних частот.

2.2. Измерительные схемы

2.2.1. Для измерения характеристик частичных разрядов применяются следующие принципиальные схемы:

схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления соединительного конденсатора (черт.1);

Схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления соединительного конденсатора

{#shema-s-vklyucheniem-izmeritelnogo-elementa}

1 - защитное устройство; 2 - измерительный прибор ;

• емкость соединительного конденсатора; - емкость объекта испытаний;
• сопротивление измерительного элемента; - входная емкость измерительного устройства; - фильтр нижних частот или защитное сопротивление

Черт.1

схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления объекта испытаний (черт.2);

Схема с включением измерительного элемента в ветвь заземления объекта испытаний

1 - защитное устройство; 2 - измерительный прибор ;

• емкость соединительного конденсатора; - емкость объекта испытаний;
• сопротивление измерительного элемента; - входная емкость измерительного устройства; - фильтр нижних частот или защитное сопротивление

Черт.2

балансная схема (черт.3).

Балансная схема

{#balansnaya-shema}

1 - защитное устройство; , - измерительные элементы;

2 - измерительный прибор ; - емкость соединительного конденсатора;

• емкость объекта испытаний; , - входные емкости измерительного устройства; - фильтр нижних частот или защитное сопротивление; 3 - согласующий трансформатор или усилитель с симметричным входом

Черт.3

Допускается применение совмещенных схем для измерения характеристик частичных разрядов и высокого напряжения.

2.2.2. Схема, приведенная на черт.1, применяется в случае, когда невозможно разземление одного из выводов испытуемого объекта. Целесообразно ее применение и при больших емкостях объектов (большое отношение ).

2.2.3. Схема, приведенная на черт.2, применима при возможности разземления обоих выводов испытуемого объекта и целесообразна при малых емкостях объектов (малое отношение ).

2.2.4. Балансная схема (см. черт.3) применяется для уменьшения влияния помех. В качестве соединительного конденсатора в балансной схеме могут использоваться специальный конденсатор или второй экземпляр объекта испытаний с известным уровнем интенсивности частичных разрядов. В первом случае емкость соединительного конденсатора следует выбирать близкой по значению емкости объекта испытаний.

2.2.5. Значения емкостей и следует выбирать таким образом, чтобы была обеспечена возможность измерения нормированной для данного объекта испытаний интенсивности частичных разрядов.

2.2.6. В качестве измерительного элемента в схемах, приведенных на черт.1 и 2, применяют резистор или настроенный контур.

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

Индуктивность катушки 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.

2.3. Измерительные приборы

2.3.1. Измерительный прибор должен измерять следующие характеристики частичных разрядов (или одну из них):

кажущийся заряд ;

частоту следования ;

средний ток .

Примечание. Способы измерения характеристик , и частичных разрядов указаны в рекомендуемом приложении 3.

2.3.2. Кажущийся заряд должен измеряться прибором (измерителем кажущегося заряда), показания которого пропорциональны значениям зарядов.

Основными элементами измерителя кажущегося заряда являются: усилитель, измерительный преобразователь (типа амплитудного импульсного вольтметра) и отсчетное устройство.

При измерениях частичных разрядов при напряжении постоянного тока обязательна осциллографическая регистрация; при этом рекомендуется применять счетчики импульсов.

Дополнительно для измерений могут применяться амплитудные дискриминаторы и регистрирующие приборы.

Для регистрации кажущегося заряда допускается использование измерителя радиопомех (см. рекомендуемое приложение 4).

2.3.3. 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. Конструкция прибора для измерения частоты следования частичных разрядов должна предусматривать измерение импульсов обеих полярностей.

Основными элементами прибора для измерения частоты следования частичных разрядов являются: усилитель, амплитудный дискриминатор, преобразовательный элемент (типа счетчика количества импульсов или измерителя среднего их числа) и отсчетное устройство.

2.3.4. 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.

Основными элементами прибора для измерения среднего тока частичных разрядов являются: усилитель, измерительный преобразователь (выпрямительное устройство и измеритель средних значений) и отсчетное устройство.

2.3.5. 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.

2.3.6. 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.

2.3.7. Усилители измерительных приборов (см. пп.2.3.2-2.3.4) предназначаются для усиления импульсов напряжения в измерительной схеме, вызванных частичными разрядами, до значений, достаточных для регистрации их измерительными преобразователями. Рекомендуется применение широкополосного усилителя со следующими характеристиками:

нижняя частота полосы пропускания - не более 30 кГц;

верхняя частота полосы пропускания - не более 2 МГц;

максимальный коэффициент усиления - 10 со ступенчатым регулированием в пределах не менее 60 дБ ступенями не более чем через 20 дБ.

Применение узкополосного усилителя допускается 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;

максимальный коэффициент усиления - 10 со ступенчатым регулированием в пределах не менее 60 дБ ступенями не более чем через 20 дБ.

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.

Нижнюю частоту полосы пропускания фильтра следует выбирать в диапазоне 5-30 кГц. Коэффициент затухания определяют условием надежного измерения требуемой минимальной интенсивности частичных разрядов при нормированном напряжении на испытуемом объекте.

2.3.8. 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. Он должен измерять как положительные, так и отрицательные импульсы.

2.3.9. Максимальная скорость счета измерителя частоты следования импульсов должна быть не менее 10 с . Рекомендуется применение счетчиков со ступенчатым регулированием разрешающего времени в пределах 1-10-100 мкс. При использовании узкополосного измерительного прибора разрешающее время счетчика выбирается равным 1/ . Емкость счета счетчика импульсов должна быть не менее 10 импульсов.

Измерять частоту следования импульсов частичных разрядов при испытаниях напряжением постоянного тока следует пересчетными устройствами, определяющими количество импульсов в течение заданного промежутка времени и позволяющими регистрировать импульсы, следующие с частотой не более 1 с .

3. ПОВЕРКА И ГРАДУИРОВКА {#3-poverka-i-graduirovka}

3.1. Поверка

3.1.1. Поверкой измерительного прибора, имеющего отградуированное в единицах измеряемой характеристики отсчетное устройство, должна быть определена основная погрешность измерения не менее чем в пяти равномерно распределенных по шкале точках на каждой ступени регулирования чувствительности. Относительная погрешность измерительного устройства не должна превышать ±30%.

Поверкой измерительного прибора, не имеющего отградуированного в единицах измеряемой характеристики отсчетного устройства, должна определяться зависимость показаний отсчетного устройства от значения измеряемой характеристики на входе не менее чем по пяти точкам на каждой ступени регулирования чувствительности.

Нелинейность полученной зависимости (наибольшее отклонение отношения значения измеряемой характеристики к показанию отсчетного устройства от среднего значения этого отношения на данной ступени регулирования, выраженное в процентах) не должна превышать ±30%.

3.1.2. Первичная и последующие поверки измерительного прибора выполняются с включенными параллельно его входу резистором одного и того же значения в пределах от 0,1 до 1 кОм, если прибор не имеет встроенного измерительного элемента.

3.1.3. Измерительное устройство должно поверяться на ступенях регулирования чувствительности (усиления), при которых выполняются измерения, в соответствии с условиями п.3.1.1.

При изменении электрического сопротивления (активного, индуктивного или полного) измерительного элемента или кабеля (или того и другого одновременно) поверка измерительного устройства должна быть выполнена вновь.

3.1.4. Поверка осуществляется импульсами, которые подаются на вход измерительного прибора (устройства) через конденсатор с малой емкостью от градуировочного генератора (см. п.3.4).

Емкость выбирается такой, чтобы длительность импульса тока через нее была мала по сравнению с 1/ для широкополосного измерительного прибора (или 1/ для узкополосного измерительного прибора).

Заряд поверочных импульсов равен

, (1)

где - амплитуда выходного импульса напряжения градуировочного генератора.

Значение должно быть известно с погрешностью, не превышающей 5%.

При поверке измерителя кажущегося заряда показания отсчетного устройства должны сравниваться с известными значениями заряда .

При поверке измерителя среднего тока дополнительно должна быть известна частота следования поверочных импульсов.

Показания прибора соответствуют среднему току

. (2)

Устройство для измерения среднего тока должно поверяться как при изменении заряда поверочных импульсов при фиксированной частоте их следования, так и при изменении частоты следования при фиксированном значении заряда.

Длительности переднего и заднего фронта импульсов градуировочного генератора при этом должны быть одинаковыми или близкими по значению.

3.1.5. Измерительный прибор должен поверяться при частотах следования поверочных импульсов от 10 до 10 с , а при измерениях на напряжении постоянного тока - от 1 до 10 с .

3.1.6. При поверке измерительного прибора для измерения частоты следования импульсов частичных разрядов показания отсчетного устройства должны сопоставляться с частотой следования поверочных импульсов .

3.1.7. Периодичность поверки измерительных приборов по ГОСТ 8002-71 и ГОСТ 8326-78.

3.2. Градуировка

3.2.1. Градуировка прибора в измерительной схеме должна проводиться в полностью собранной испытательной установке при присоединенном объекте испытаний импульсами, получаемыми от градуировочного устройства (черт.4).

Схема соединений при параллельной градуировке

{#shema-soedineniy-pri-parallelnoy-graduirovke}

1 - градуировочный генератор ; - емкость градуировочного конденсатора; - емкость объекта испытаний;

• емкость соединительного конденсатора; - сопротивление измерительного элемента; - входная емкость измерительного устройства;
• фильтр нижних частот или защитное сопротивление

Черт.4

Рекомендуется применять экранирование всего градуировочного устройства (генератора, градуировочного конденсатора и соединительных проводов).

Градуировочный конденсатор должен быть установлен непосредственно вблизи вывода объекта.

3.2.2. Градуировкой измерителей кажущегося заряда и среднего тока определяются соответствующие градуировочные (масштабные) коэффициенты и , с помощью которых вычисляются при измерениях кажущийся заряд и средний ток частичных разрядов из формул

; (3)

, (4)

где и - соответствующие показания отсчетных устройств.

Значения градуировочных коэффициентов зависят от параметров всех элементов испытательной установки (объекта испытаний, соединительного конденсатора, соединительных кабелей, измерительного элемента и измерительного прибора) и схемы их включения.

3.2.3. Градуировка должна проводиться для каждой испытательной установки и для каждого объекта испытаний. Допускается не проводить градуировку для каждого объекта испытаний при серийных испытаниях идентичных объектов на одной установке, если емкость объектов изменяется не более чем на 10%.

Рекомендуется проводить градуировку до испытания и после него, для одного или нескольких значений измеряемой характеристики.

Градуировка до испытаний имеет предварительный, оценочный характер, выполняется при одном или нескольких положениях регулятора в наиболее вероятном, ожидаемом при испытаниях диапазоне чувствительности (усиления).

Градуировку после испытаний рекомендуется выполнять при тех же положениях регулятора чувствительности (усиления), при которых осуществлялись измерения. В этом случае устанавливают такие же показания отсчетного устройства, какие были при испытаниях.

3.2.4. Допускается проводить градуировку на одной частоте следования градуировочных импульсов, лежащей в диапазоне от 10 до 10 с .

3.3. Виды и схемы градуировок

3.3.1. Нормируются следующие виды градуировок:

параллельная градуировка,

эквивалентная градуировка.

Допускается применение других видов градуировок и схем, если при этом погрешность измерения характеристик частичных разрядов не превышает 10%.

3.3.2. При параллельной градуировке градуировочное устройство включается параллельно объекту испытаний. Схемы включения элементов при этой градуировке приведены на черт.4а, б. Вводимый в схему градуировочный заряд будет равен , а средний ток - .

Схема соединений при эквивалентной градуировке

1 - градуировочный генератор ; - емкость градуировочного конденсатора;

• емкость объекта испытаний; - емкость соединительного конденсатора;
• сопротивление измерительного элемента; - входная емкость измерительного устройства; - фильтр нижних частот или защитное сопротивление

Черт.5

Градуировочные коэффициенты определяются по формулам:

; , (5)

где и - соответствующие показания отсчетных устройств при градуировке.

Схема градуировки черт.4б применима только в том случае, если при подключении обоих выводов градуировочного устройства к измерительному элементу (пунктир) показание измерительного устройства не превышает уровень внешних помех.

3.3.3. Эквивалентная градуировка применяется при использовании схемы черт.2 в том случае, если градуировочный генератор имеет несимметричный выход (один из его выводов не разземляется). При этой градуировке градуировочное устройство включается дважды (и соответственно делаются два измерения): первый раз между выводом высокого напряжения и землей и второй раз между выводом низкого напряжения объекта испытаний (пунктир) и землей в соответствии с черт.5. Напряжение градуировочного генератора оба раза регулируется таким образом, чтобы показания отсчетных устройств были одинаковыми.

Градуировочные коэффициенты определяются из формул:

; (6)

; (7)

где ;

и - амплитуды напряжений градуировочного генератора при включении градуировочной схемы соответственно к выводам высокого и низкого напряжения испытуемого объекта.

Примечания:

1. При условии предварительного определения коэффициента градуировка с подключением градуировочной схемы к выводу низкого напряжения (точка 2) может проводиться при наличии на объекте испытательного напряжения.

2. Эквивалентная градуировка применима при >1,05.

3.3.4. В целях достижения приемлемой погрешности измерений характеристик частичных разрядов (