1、GB/T 18134.1-2000 前圣. 目本标准等同采用国际电工委员会OEC)的技术报告IEC61321-1:19941极快速冲击高电压试验技术第1部分2气体绝缘变电站中陡波前过电压用测量系统制定的。在技术内容、编写格式上与上述技术报告相同。随着我国气体绝缘变电站CGIS)的发展，迫切需要对GIS中产生的陡波前过电压的测试技术及其对相应测量系统的要求，校验方法等提供统一的依据，以便对测量结果进行合理的评价。IEC 61321-1技术报告推荐的GIS中产生的陡波前过电压的特性、测量方法、对测量系统的要求、测量系统的校验方法及不确定度的估算等均是对世界各国在该技术领域中工作的总结。我国已按该技
2、术报告中的有关要求进行了相关的研究工作。因此等同该IEC技术报告是可行的。在本标准中，本标准一词对应IEC61321-1中的本技术报告。本标准旨在对GIS中陡波前过电压测量技术给出指导，本标准中给出的对陡波前过电压的测量方法是目前国际上普遍采用的，根据我国目前的实际情况，这些方法仅作为推荐使用，以便在实践中积累经验，也可采用其他的方法，但测量系统应满足本标准有关条款的要求。有关本标准的意见应寄到全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会秘书处。附录A、附录B和附录C是提示的附录。本标准囱国家机械工业局提出。本标准全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会归口。本标准负责起草单位2西安高压电
3、器研究所、武汉高压研究所。本标准参加起草单位g西安交通大学、清华大学、华东电力试验研究院、西安高压开关厂、云南电力试验研究所。本标准主要起草人z王建生、李彦明、戚庆成、钟连宏、种亮坤、王建强、王凯。243 GB!T 18134.1-20 IEC前言1) IEC(国际电工委员会)是由各国家电工技术委员会OEC国家委员会)组成的世界性的标准化组织。IEC的目的是促进电气和电子领域内涉及标准化的所有问题的国际合作。为达此目的，除这些活动外，IEC还发布国际标准。这些标准委托各技术委员会准备，对所涉及的问题感兴趣的任何IEC国家委员会均可参与这项准备工作。与IEC协作的国际组织，政府和非政府组织也可参
4、与这项准备.IEC与国际标准化组织(lSO)按照两个组织间的协议所确定的条件密切地进行合作。2) IEC关于技术问题的正式决议或协议，是由代表所有对这些问题特别感兴趣的国家委员会组成的技术委员会提出的，他们尽可能地表达出对所涉及问题的国际上一致的意见。3)这些决议或协议以标准、技术报告或导则的形式出版，以推荐的形式供国际上使用，并在此意义上为各国家委员会所接受。4)为了促进国际上的统，各IEC国家委员会同意在他们的国家和区域性标准中清楚地、最大限度地采用IEC国际标准。IEC标准和相应的国家或区域性标准间的任何差异应在后者中清楚地指出，rEC技术委员会的主要任务是制定国际标准。在特殊情况下，技
5、术委员会可以建议出版下列类型技术报告2第一类型，尽管反复努力，但作为国际标准的出版物仍不能得到所要求的支持时e第二类型，当项目尚处于技术发展中或由于其他原因，将来而不是现在有可能就国际标准达成协议时，第二类型，技术委员会收集到的与正规出版的国际标准不同的资料，例如科学发展动态。第一和第二类型的技术报告在出版后三年内须经审查，以决定是否能转变成国际标准。第三类型的技术报告在所提供的资料被认为不再有效或有用之前不必审查。IEC 61321-1是属于第二类型的技术报告，是由IEC第42技术委员会产高电压试验技术制定的。本技术报告的正文是基于F述文件:委员会草案表决报告42 (SEC) 93 42(S
6、EC)100 42(SEC)100A 表决赞成本技术报告的全部资料都可在上表所指出的表决报告中查找到。本文件按照IEC/ISO指令第一部分的G4.2. 2以出版物的技术报告系列的第二类技术报告出版，作为高压试验技术领域内的暂时应用的预期标准颁布，因为迫切需要对将此领域的许多标准应如何使用才能符合致的要求提供指导。此文件不视为国际标准。建议将真供临时应用，以便可在实践中积累其使用的知识和经验。有关此文件内容的意见应寄送到IEC中央办公室。本第二类型的技术报告将在其出版后三年内进行复审，并决定:是再延长三年，还是转变成国际标准，或者取消。附录A、B和C仅供参考。244: 中华人民共和国国东标准极快
7、速冲击高电压试验技术第1部分z气体绝缘变电站中陡波前过电压用测量系统GB/T 18134. 1-2000 idt IEC 61321-1 ,1994 1 范围Hlgh-voltage testlng techniques with very fast impulses Part 1 : Measurlng systems for very fast front overvoltages generated in gas-insulated substations 本标准适用于测量气体绝缘金属封闭变电站(GIS)中由于操作或破坏性放电产生的庭被前过电压，尤其适用于测量下述三种陡波前过电压(1)锚
8、的装置和整个测量系统=a)内部能被前过电压Fb)麟态外壳电压sc)外部陡波翻过电压。本标准中所考虑的时间参数被限定在10s以内。估算测量不确定度的程序适用于IEC61259中所述的内部陡波前过电压的试验水平。不确定度的估算是基于IEC61259规定的试酸回路产生的预期内部陡被前过电压中的典型波形。本标准za)定义使用的术语gb)叙述陡波前过电压的一般特性s。给出三种陡波前过电压中每一种陡波前过电压的特性sd)绘出对测量系统的要求;e)叙述一些可能的测量系统(更详细的情况可在技术文献(2)中查找到), 0叙述测量系统的校验程序;g)仅给出内部陡波前过电压测量中估算典型陡波前过电压峰值的不确定度的
9、导则(可用类似的方法估算麟态外壳电压或外部陡波前过电压峰值的不确定度)。2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效.所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性，GB/T 16927.1-1997 高电压试验技术第一部分z一般试验要求CeqvIEC 60060-1:1989) GB/T 16927.2-1997 高电压试验技术第二部分=测量系统(eqvIEC 60060-2: 1994) GB 7674-1997 72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备Ceqv60517: 1990) 骨方括号内的数字
10、表示附录C中给出的参考文献目录的序号。回毫厦量技术监督局2000- 07 -14批准2000-12 -01实施245 GB/18134.1-2000 IEC 61259 ,1 994 额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备一隔离开关开合母线充电电流的要求3 定义本标准采用下列定义。3. 1 陡波前(VFF)过电压very fast front (VFF) overvoltages 由于GIS内隔离开关或断路器的切换操作，或由于GIS内部破坏性放电产生的电压。它们是由于GIS中操作或破坏性放电造成电压快速跌落(根据GIS的特性，通常小于10ns)引起的阶跃电压行波的反射和折射分量叠加
11、形成的(见图1)。3. 2 内部陡波前过电压internal very fasl front overvoltages 在GIS内高压导体(导管)和外壳之间出现的陡疲前过电压。3. 3 瞬态外壳电压(TEV)transient enclosure voltages(TEV) 在GIS外，GIS外壳和地之间出现的陡波前过电压3它们是由于阶跃电压行波在外壳的各个中断点处(即与电缆或架空线的连接处)的折射引起的(见附录B)。3.4 外部陡波前过电压exlernal very fa51 fronl overvoltag臼在GIS外，GIS的外接设备上或设备内出现的陡波前过电压;它们是由于阶跃电压行披在
12、外壳的各个中断点处(即电缆或架空线终端)的折射引起的。GIS中陡波前过电压的起源隔离开关、负荷开关、断路器和接地开关的操作.现场试验时或运行中的接地故障nv 陡披前过电压n中 GIS内部的陡波前过电压在GIS内传播的阶跃电压G15外部的陡波前过电压在GIS内部和外部传播的阶跃电压 门中nv 内部陡撞前过电压瞬态外壳电压外部陡放前过电压|内部导体和密封外壳之间及架空线上和通过一段架空缉密封外壳和地之间接到G恒的设骨上的民被前直接接到GIS的设备上的陡披前过电医的陡波前过电压过电压nv G巴勒直接接到G恒的高压二次设备的作用电压相邻高压设备的作用电压设备的作用电压图1GIS内部和外部陡波前过电压的
13、起源和分类:3J4 内部陡法前过电压测量的推荐方法下述的推荐方法用于测量内部陡波前过电压峰值。4. 1 内部陡波前过电压的特性GIS中的内部陡波前过电压是由于隔离开关和断路器操作及破坏性放电过程中必然产生两!干睡变24(1 GB/T 18134. 1-2000 的阶跃电压行波引起的，这些行波在GIS和与之相连接的设备中传播。在每个阻抗突变处，每一入射波部分被反射，部分被折射g通常反射和折射部分都有所畸变，例如，由于突变处的集中电容造成的畸变。所有行波叠加起来就形成了陡波前过电压波形。总的波形往往很复杂，但通常由四个分量组成:a)阶跃电压;b)在GIS母线管道内(如电晕屏蔽罩、弯管等处)，由于波
14、阻抗的多处微弱变化形成的甚高频范围几分量(最高达100MHz) , c)在GIS母线管道未端和电缆或架空线终端处，由于波阻扰的显著变化引起反射而形成的高频范围几分量(最高达30MHz) , d)由于外部的大电容设备，如电容式电压豆感器或输电线载波系统的精合电容器引起谐振而产生的低频范围几分量(0.1 MHz5 MHz)。因此，内部陡波前过电压的波形取决于GIS的内部结构和外部配置。此外，由于陡被前过电压的行波特性，其波形随位置不同可有很大的变化(在某些情况下.1m的距离就会造成显著的变化。内部陡波前过电压的幅值范围为系统电压的1.OZ. 5倍。图2为内部陡波前过电压示例。电压1/, I l/f
15、1 。O. 5 1. 0 1. 5 2.0时阿，s图2由隔离开关合闸引起的内部陡波前过电压波形示例4.2 对测量系统的要求4.2.1 概述测量系统由转换装置(传感器)，记录仪器及连接这两部分的传输系统构成(见图3)0这三部分性能互有影响。因此应把测量系统作为一个整体进行校核和校验。247 GB/T 18134.1-2000 U 测量绒G G 14? 高压导体外壳同轴连接器传输罩统记录仪器图3在GIS母线中使用电场探头的测量系统示例4.2.2 传感器的安置和制作传感器应置于外壳的内部并尽可能地靠近需测处e根据GIS的结构，传感器的位置不可能总是与需测处相一致。在这种情况下，测到的陡波前过电压可能
16、明显地不同于需测处出现的民披前过电压，如果需测处和传感器实际位置之间的波阻抗奋突变，则尤为明显。对于这种情况通过计算机分析的方法近似计算指定位置处出现的陡波前过电压，这种分析法将产生附加误差，误差的大小可通过利用相同的分析方法计算传感器处的电压并将算得的电压与测得的电压相比较来估算。传感糖应设计成对介质的完整性或对被试GIS的被阻抗不会产生不利的影响，既不应引起电晕和明显的电场畸变也不会引起阶跃电压行波的明显反射。4.2.3 测量系统的传递特性测量系统的传递特性可以在频域或者在时域内确定。a)如果用幅频响应评价传递特性，对用于内部陡波前过电压的测量系统，则测到的响应在10kHz -100 MH
17、z间的平直度应在:1:1 dB内。若在工频下测定刻度因数，则测量系统测得的响应在低至工频范围内的平直度应在士1dB之内(如果需要，可用带宽重叠的不同装置进行多次校验来测定)。b)如果用单位阶跃响应评价测量系统的传递特性，则响应参数应在下列限值之内z一一稳定时间:t.20ns; 一-一实验响应时间的绝对值:ITNIs ns; 一-剩余响应时间的绝对值:TR(tj)=IT.-TNI5 ns; 其中zT.是部分响应时间;tl是阶跃响应首次穿过稳态响应值时的时间;一一单位阶跃响应在2.5ns-25s间的平直度应在士10%以内囚所有的时间参数和单位阶跃响应的平直度应计算到下列时间z一用于确定刻度因数的冲
18、击波的峰值时间p一一如果用工频测定刻度因数，计算到T/4的时间.T是工频的周期。注2应当校核由于高、低压臂中介质材料的不同籁率特性而引起的响应的蠕变。4.3 测量系统的可行方案传感楞可以是安装在母线管道外壳内适当位置的电场探头，探头作为分压器的低压臂，高压臂则由探头的暴露表面和带电导体之间的电容掬成(见图3) 尽管几何形状往往很简单，但考虑到实际测量中的所有影响因素，用电场分析来计算刻It因数不足248 5 GB/T 18134.1-2000 以达到足够的准确度，因而校验工作是必要的。注z传届器的尺寸限制频率的上限。4.4测量系统的校验4.4. 1 概述校验测量系统时，应根据被测瞬态信号涉及的
19、频率范围测定刻度因数及其适用范围。4.4.2 测量系统传递特性的测定与惯用的分压器系统相比，测量系统具有某些独特性;没有具体的高压引线，高压臂可认为是近于理想的电容器。传递特性的测定可在一个类似于GIS中测量系统的模拟装置t进行，例如带有终端匹配的横向电磁波(TEM)装置或同轴系统(见附录A)。测定可用下述任一方法z方法A，测定测量系统的幅频响应G(f), 方法Bz测定测量系统的单位阶跃响应g(仆。并应考虑下述因素za)在测定幅频响应或单位阶跃响应时，实际测量过程中用来调整被测信号的任何电子装置都应接人并按通常方式工作。b)传输系统(电缆或光纤)应与实际测量时所用的类型和长度一样。c)试验或测
20、量布置的实际儿何形状会影响试验的结果。因此.应在有关的几何形状与实际进行测量时相阔的情况下测定传递特性。4.4.3 刻度因数的测定测定刻j度因数时应将传感器装在需要进行测量的设备内。由于记录仪器的输入阻抗与低压臂相并联，所以传感器基本上是个高通滤波器，因此可用任一种类型的电压进行刻度因数测定，只要能确认测定的刻度因数可在直到被测量的最高频率范围内适用(见4.2.3)。实际测定中允许用三种可能的方法.方法Az只要满足4.2.3的有关条件，则刻度因数可用工频高压并与一精密分压器进行比对来测定，方法B:只要满足4.2.3的有关条件，冲击情况下的刻度因数可用A快速冲击分压揣进行比对来测定。此时，应注意
21、由快速分压器测得的确实就是作用于传感器上的电压s方法C:当工频校准不能满足但冲击校准能满足4.2.3的条件时，则可在专门的校验装置上(见附录A)分别进行工频和冲击校验以确定从主频刻度因数换算到冲击刻度因数的换算因数，在实际测量条件下测量工频刻度因数并用上面的换算因数进行校正便得到了标定的冲击刻度因数(换算困数的不确定度属于附加影响应包括在总不确定度的估算值中(见4.5.3)04.5 内部陡波前过电压峰值测量总不确定度的估算4.5.1 用幅频响应时不确定度的来源当由幅频响应确定测量系统的传递特性时，内部陡波前过电压峰值测量的不确定度的来源如下za)以交流电压测得的刻度因数的不确定度1引起陡波前过
22、电压峰值的不确定度413 h)由频率分析仪的不确定度乌引起陡波前过电压峰值的不确定度F23c)测得的测量系统频率响应在所需带宽范围内的平直度的不确定度乌引起陡波前过电压峰值的不确定度，3 (在表2给出的数值计算中13被分成气和叭两部分), d)由于传递特性测定装置与实际测量装置之间的变动产生的不确定度民引起陡波前过电压峰值的不确定度叭。4.5.2 用单位阶跃响应时不确定度的来源a)用冲击电压测定的冲击刻度因数的不确定度1引起陡波前过电压峰值的不确定度叭，249 GB/T 18134.1-2000 b)在确定仪器的基准电平时(由于数字记录仪的噪声或示波器的扫描线)影响内部陡被翻过电压三种频率成分
23、的各分量幅值造成不确定度2而引起陡波前过电压峰值的不确定度叭.c)由于单位阶跃响应稳态电平的延伸(确定稳定时间常数时)产生的不确定度乌影响高频分量的波形而引起陡波前过电压峰值的不确定度433d)由于蠕变时间常数(冲击刻度因数测试点(数微秒)和100ns之间传递特性的改变影响内部能波前过电压三种频率各分量幅值造成不确定度岛而引起陡波前过电压峰值的不确定度.，I e)由于传递特性测定装置与实际测量装置之间的变动产生的不确定度龟引起陡被前过电压峰值的不确定度叭。4.5.3 估算陡波前过电压峰值总不确定度的般程序注:此程序是首次提出的方法，它将按GB/T16927.2的附录H(在制定中)修订.徒被前过
24、电压波形随GIS的结构不同而有所不同。不象其他惯用的标准试验电压，至今还没有标准的陡波前过电压波形。陡波前过电压实测峰值的总不确定度取决于各组成分量的加权值(见表1)，一一某些不确定度对所有全部分量都一样适用，因此加权因数为1; 一另一些不确定度对各分量有所不同，因此加权因数小于1且取决于所测频率分量的稿值.若不知道陡波前过电压的实际波形就不可能给出总不确定度。为了说明总不确定度的估算程序，必须确定如图2所示的内部陡波前过电压波形IEC61259给出的GIS隔离开关试验中预期的代表性波形)峰值瞬时各频率分量的百分比。陡波前过电压(见图2)在峰值瞬时包含三个主要频率分量的幅值A(f;)(不考虑阶
25、跃分量)。加权因数即为这些幅值与出现在100ns和500ns之间的陡波前过电压峰值P之比，表1给出了构成JE被前过电压峰值的加权因数W;=A(f，)/P，表1内部使波前过电压的加权因数,= I 2 3 W;=A (J, )/P W一、W, W , 注g应根据实测的陡被前过电压波形确定实际的加权因数目根据这些加权因数和测量系统传递特性的测定方法，表2和表3列出了由各不确定度分量得出峰值总环确定度的过程。表2用幅频响应确定传递特性和交流电压测取刻度因数时，陡波前过电压峰值测量不确定度的来源和相应的不确定度分量以及总不确定度的确定不确定度的来源相应的陡波前过电压峰值的不确定度J , , 用交流电压测
26、定刻度因数刻度园数l F el= El 频率分析仪此不确定度包括与二个频率分量的二个加极因数有关的不确定度 E 2 = (Wt +W2 +W3)f;Z 有关/，和/，分量的第个不确定度分量测量系统频率响应的脉动e3=(W2十W，)s3 有关/，分量的第二个不确定度分量/ =Wl3 从传递特性测定装置到实际测量位置的更换EJ 5=EE 5 峰值总不确定度pr=J辛辛200 GB!T 18134.1-2000 表3用单位阶跃响应确定传递特性和由雷电冲击电压测定刻度因数时，陡波前过电压峰值测量不确定度的来源和相应的不确定度分量以及总不确定度的确定不确定度的来源相应的陡波前过电压峰值的不确定度1 F
27、J 用雷电冲击电压测定2制度因数, ，-L 确定仪器的基准电平=数字记录仪的噪声或示波器的扫描线1 e;2=2 2 单位阶跃响应穗态电平的延伸(稳定时间常数)影响陡波前过电压的高频波形a f3= 1E3 蟠变时间常数s枝验点和100ns点间的传递特性的改变t ._=e._ 4 从传递特性测定装置到实际测量位置之间的更换E S=t5 5 峰值总不确定度F在Z?4.5.4 内部陡披前过电压峰值测量不确定度举例下述的不确定度估算例子是使用认可的方法和当前最适用的测试设备得到的。注2如果使用4.2. 3和GB!T16927.1给出的不确定度的最大限值，贝u总不确定度将高于表4和表5中的估算值.加权因数
28、的选取是用来表征IEC61259要求的试验中可能出现的内部陡波前过电压，且取W，=Q. 02 ,W ,=O. 15 ,W ,=O. 3 虱然按IEC61259规定的试验要求，测量系统的总不确定度理应优于5%，但表4和表5表明，无论使用哪一种测定传递特性方法，不确定度都在10%左右。表4对于用幅频响应确定传递特性的测量系统，陡波前过电压峰值总不确定度的估算, ，-EF J= 11= J= 1 2%用交流校验)2% 2% 1 2 12% (1 dBl (0, 02十Q.15十Q.3)XI2=5. 6% 5.6% 2 12% (1 dBl (0.15十0.3)X 12=5. 4% 5.4% 3 3
29、12%OdB) (0.02) X 12=0.24% 0.24% 4 5 5% 5% 5% 5 9.5% 峰值电压的J也不确定度注1 对于不确定度鸟，表中所设值为5%.是基于工作组的经验。在对于岛和岛的取值12%值是基于幅频响应平直度为限值:l:1 dB的最坏情况.用蒙特卡洛CMonte-carlo)方法可计算出其统计估计值。3 须强调指出，容许偏差是指规定值和实测值间允许的差异a应将这些差异和测量误差区别开来，后者是实测值和真值间的差异。表4和表5中寻|用的不确定度值是测量误差可能的界限值的估算值.有关估算不确定度的更详细的资料将由GB!T16927.2的附录H(在制定中)提供。251 GB/
30、T 18134.1-2000 表5对于用单位阶跃响应确定传递特性的测量系统陡波前过电压峰值总不确定度的估算z . . J 1 3%(用雷电冲击校准)3% 2 2% 2% 2 3 5% 5% 3 4 5% 5% 4 5 s% 3% 5 9.4% 峰值电压的总不确定t度注表中给出的不确定度值是基T工作组的经验e5 嗣态外壳电压(TEV)测量的推荐方法注关于瞬态外壳电压的测量，由于尚无通用的测量技术，所以仅提供指导(测量方法需用专门的装置，并视所进行测量的原由而定)。5. 1 瞬态外壳电压的特性附录B中阐述了产生TEV的原理.TEV本质上是内部陡波前过电压造成的.TEV的峰值取决于外壳离地丽的高度、
31、外壳与接地系统的连接方式及接地系统本身。通常.GIS外壳上的TEV包含叠加在阶跃电压上的三个主要频率范围的分量。由于GIS接地的阻挠很低，阶跃电压通常在最初的几纳秒内衰减。三个分量是za)甚高频范围fl分量(最高达100MHz).由GIS外壳及其内部的波阻抗多处微弱变化所致(如支撑、弯管、接地连接等); b)离频范围f，分量(最高达30MHz)，由于如GIS外壳接地引线等处被阻抗的显著变化引起的反射所致zc)低频范围f，分量(0.1 MHz1 MHzl，由外部大设备的集中电容，如输电线载波系统的精合电容器引起的谐振所致。当有强阻尼时(即有多点低阻抗接地连接时).TEV的持续时间小于几微秒。在这
32、种情况下低频分量就很小。因此，TEV波形主要取决于GIS的接地而其峰值可能为系统电压的O.010. 5倍。图4为TEV示例，表6给出了三个频率分量的加权因数范围(TEV峰值瞬时的各频率分量幅值A，与出现在25ns 100 ns间峰值P之比给出加权因数W，=A(f，)/P)。l W，二A(Il/P5.2 对测量系统的要求5.2.1 概述表6瞬态外壳电压的加权因数l 2 3 O. I Q. 2 。.7 O. 8 O. 05O. 1 测量系统由转换装置(传感器).记录仪器及联接这两部分的传输系统组成巴这三部分互有影响，因此，应把测量系统作为一个整体进行校核和校验。TEV的行波特性意味着被测信号与测量
33、的位置密切相关。测量系统的输入阻抗可能会影响被测TEV的幅值和波形。5.2.2 传感器的安置和制作传感器应置于外壳的外部并尽可能靠近需测处。根据GIS的结构，传感器不可能总是位于需测处。在这种情况下，如果需测处和传感器的实际位置之间的波阻抗有突变，则测得的TEV可能明显地不同252 GB/T 18134.1-2000 于需测处出现的TEV，测量系统应设计成对被测现象的影响减至最小的程度。1If , .t- 1/f , 电压(P.u.)!.:l。i。时间1000s 图4瞬态外壳电压TEV)示例5.2. 3 测量系统的传递特性传递特性的要求与内部陡波前过电压的要求相同(见4.2.3)，只是F限截止
34、频率可较高些(最高达10倍)。5. 3 测量系统的可行方案5. 3- 1 电场探头传感器可以是置于GIS外壳和地之间的电场探头。电场探头测量电场的垂直分量E，(t) ，它与垂直点处的外壳电压有关，其关系式为:E ,(t) = G(z) Y(t) 式中:Y (t)外壳电压而G(z)由下式给出:1 .( 1 , 1 G(z) =一L二xl一-一一十log(2h/R) I h - z + R h十z十R/其中:R GIS外壳的半径;h GIS外壳离地面的高度;z一-电场探头离地面的高度(见图5)。电场探头外壳.:._-z h 图5现场的电场探头(几何尺寸为R，h.z)253 三?孔、GB!T 181
35、34. 1-2000 上述关系式不能给出现场探头足够精确的刻度因数值;因为忽略了许多影响因素，因而要求在现场进行刻度因数的测定。5.3.2 特制的电阻性阻抗分压器(Newi探头(4) 传感器可以是一特制的电阻性阻抗分压器(Newi探头，图的。从电阻至记录仪器沿Z，的传播时间r的2倍时间内探头的刻度国数为:Aj (Zo + Zj + R)/Zo 式中:Z。一一测量电缆的特性阻抗:Zj 测量电缆屏蔽和地之间传输线的特性阻扰(地也可以是双屏蔽电缆的外层屏蔽hR Newi探头的高压臂电阻(假定为纯电阻); r一-测量电缆屏蔽和地之间传输线的自由空间传播时间。对于更长时间(如有需要)，刻度因数为.A ,
36、 (ZO十R)/Zo若R值较大，则Aj近似等于A，例如典型值为:Zo50n，Zj200 n，RlO kO，则A 205 ,A , 201 (L:.A 2 %)。在很多实际情况中，所关注的频率相当高以致于可用足够长的电缆而仅需使用礼。信号摞同轴电缆Zr) =5C口a1 V Z -王示波器a)测量线路接法双屏蔽电缆的外层屏蔽Z a2 同轴电缆特性阻扰Z U Vo Z, 单屏蔽电缆屏蔽对地或接地的;屏敲电缆内屏蔽对外屏蔽所形成的传输线的阻抗b)短时响应的示意图z 单屏蔽电缆屏蔽对地或接地的双屏蔽电缆内屠蔽对外屏蔽形成的传输线的自由空间传播时间;R-高压臀电阻(假定为纯电阻)5.4 测量系统的校验5.
37、4. 1 概述图6特制的电阻性阻抗探头(Newi探头)装置主示披器整个测量系统进行校验时，应根据被测瞬态信号涉及的频率范围测定刻度因数及其适用范围。测定刻度因数时，应将传感器置于靠近GIS外壳上需测点c但是，测定传递特性时，应将备有全部有关组件的测量系统置于特定的鼠验装置中进行。5.4.2 测量系统传递特性的测定254 GB/18134.1-2000 与惯用的分压器相比，测量系统具有某些独特性a)对于电场探头，没有具体的高压引线，其高压臂可认为是近于理想的电容器。由于试验装置的几何形状所产生的杂散影响会引人不确定度。的特制的电阻性阻抗分压器最适宜在治电缆长度的2倍自由空间传播时间内使用。在此时
38、间以后的测量中，对刻度因数的变化应留有容差。同样，如果不用双屏蔽电缆，则ZI会受到几何形状的杂徽影响，对此应特别注意保持ZI为常数。传递特性的测定可在一个类似于GIS中测量系统的模拟装置上进行。测定可选用下述任一方法z方法A:测定测量系统的幅频响应G(f); 方法Bz测定测量系统的单位阶跃响应g(仆。并应考虑下述因素:a)对于电场探头，构成高压臂的介质材料(空气)往往不同于低压臂的介质gb)对于特制的电阻性阻抗探头(Newi探头)，响应在很大程度上取决于电阻器接近理想的集中电阻的程度。实际上，应考虑它的自感和杂散电容。此外，在电阻器内会出现很高的瞬态电压梯度，因此还应考虑到外部破坏性放电的可能
39、性及电阻材料电压系数的影响;c)在测定幅频响应或单位阶跃响应时，实际测量中可能用来调整被测信号的任何电子装置都应接人并按通常方式工作;d)传输系统(电缆或光纤)应和实际测量时使用的类型和伏度相同。5.4.3 刻度因数的测定测定刻度因数时，应将转换装置安装在尽可能靠近需测处。只要能确认测定的刻度因数可在直至被测量的最高频率范围内适用，则刻度因数的测定可用任一类型的电压进行(见4.2.3)。实际测定中可考虑两种可能的方法:方法A:刻度因数可施加交流工频高压并用参考测量系统进行比对来测定，只要传递特性从工频直至关注的频率范围内(见4.2. 3)是平坦的(偏差小于士1dB); 方法B:冲击刻度因数可施
40、加冲击高压并用参考测量系统进行比对来测定，只要单位阶跃响应参数是在规定的限值之内。应注意保证参考测量系统所测的确实就是作用于被校转换装置上的电压。对于方法A，应检查单位阶跃响应在直至毫秒范围内的稳定性以证实响应达到了稳态并保持恒定(在土10%以内)。应考虑由于高、低压臂的不同频率特性引起的蠕变现象，特别是在电场探头的情况下。对于特制的电阻性阻扰探头的刻度困数应使用波前时间小于2倍探头传播时间的阶跃电压来测定。6 外部陡波前过电压测量的推荐方法6.1 外部陡披前过电压的特性附录B说明了外部陡波前过电压产生的原理。外部陡波前过电压本质上是由内部陡波前过电压引起的，因此，它们具有相似的波形。外部陡波
41、前过电压的峰值主要取决于GIS的外接设备，但也取决于GIS及其接地方式通常，在紧靠GIS终端附近(几十米内)设备上的外部陡波前过电压包含四个主要频率范围分量28.)阶跃电压sb)甚高频范围11分量(最高达100MHz)，由GIS母线内部(如支撑、弯管等处)波阻抗多处微弱变化而产生g。高频范围1，分量(最高达30MHz).由GIS母线末端、电缆或架空线终端等波阻抗的显著变化引起反射而产生;dl低频范围13分量0.1 MHz5 MHz).由外部设备的大电容，例如输电线载波系统的精合电容255 , GB/T 18134.1-2000 器引起谐振而产生。回此，外部陡波前过电压波形既取决于GIS内部结构
42、，也取决于GIS外部配置，但主要取决于GIS的外部配置。外部陡波前过电压帽值范围为系统电压的1.02. 5倍。图7为外部陡波前过电压示例。表7给出了三种频率分量加权因数的范围(外部陡波前过电压峰值瞬时的各频率分量帽值A;与出现在500ns 1 000 ns间的峰值P之比给出加权因数W，=A(j，)/P)。表7外部陡放前过电压的加仅因数， 1 2 3 W，A(j;)lp 0.0)(注O. 05O. 1 O. 40. 5 注.给出甚高频率范围J，的值仅仅是为了完整性，因从测量不确定度的观点看这无关紧要回电压(p.u.) 1/, 。1/11可时间100ns/格图7外部陡波前过电压示例6.2 对测量系
43、统的要求注z关于外部陡波前过电压的测量，尚无通用的测量技术，所以仅提供指导(测量方法需用专门的装置并视所进行测量的原由而定。6.2.1 概述飞测量系统由一个转换装置(传感器)、记录仪器相连接这两部分的传输系统构成。这三部分性能互有影响。因此，应将测量系统作为一个整体进行校核和校验。6.2.2 传感器的安置和制作传感器应尽可能地置于靠近需测处。根据结构，传感器的位置不可能总是与需测处相一致。特别是，如果需测处和传感器的实际位置之间的波阻抗有突变，iJ!U实测的外部陡波前过电压可能明显地不同于需测处出现的陡波前过电压。测量系统应设计成对被测现象的影响减至最小的程度。6.2.3 测量系统的传递特性与
44、内部陡波前过电压相关的要求相同(见4.2.3)。6.3 测量系统的可行方案传感器可以是电场探头或电容分压器。6.4 测量系统的校验6.4.1 概述整个测量系统进行校验时，应根据被测瞬态信号涉及的频率范围测定刻度因数及其适用在E围。.应将传感器安装在需测处测定刻度因数。6.4.2 测量系统传递特性的测定传递特性的测定可在个类似的装置上进行.例如带有终端匹配的横向电磁波(TEM)装置或同轴费JEC 61321-1中为TEV.从上下文看应为外部陡波前过电压。256 GB/T 18134.1-2000 系统。测定可用下述任一方法:方法A:测定测量系统的幅频响应G(/), 方法:测定测量系统的单位阶跃响
45、应g(t)。应考虑下述因素=a)构成高压臂的介质材料(例如压缩气体)可能不同于低压臂的介质(如固体绝缘); 的在测定幅频响应或单位阶跃响应时，实际测量中可能用来调整被测信号的任何电子装置都应接人并被通常方式工作，c)传输系统电缆或光纤)应与实际测量时使用的类型和长度相同。6.4.3 刻度因数的测定测定刻度因数时应将转换装置安装在需测处。由于记录仪器的输入阻抗与低压臂相并联啕所以传感器基本上是个高通滤波器，因此可用任一类型的电压进行刻度因数的测定，只要能确认测定的刻度因数可在直到被测量的最高频率范围内适用(凡4. 2. 3)。实际测定中允许用三种可能的方法:方法A:只要满足4.2.3的有关条件，
46、如j刻度因数的测定可用工频高压并与参考测量系统进行比对来测定;方法Bz只要满足4.2. 3的有关条件，冲击刻度因数可由丰快速冲击分压器通过比对来测定，此时，应注意由快速分压器测到的确实就是作用于传感器上的电压;方法C:当用工频校准不能满足但冲击校准满足4.2.3的条件时，则叫在一专门的校验装置(见附录A)上分别进行工频和冲击校验以确定从工频刻度因数换算到冲击刻度因数的换算因数。在实际测量条件下测量工频刻度困数，并用上面的换算因数进行校正便得到标定的冲击刻度因数(换算因数的不确定度属于附加影响应包括在总不确定度的估算中，见4.5.3)。对于方法A，应保证单位阶跃电压在直至毫秒范围的稳定性以表明响
47、应达到了稳态并保持恒定(在士10%之内)。应考虑由于高、低压臂的不同频率特性引起的蠕变现象。257 GB/T 18134.1-2000 附录A(提示的附录)横向电磁波装置阶跃电压通过-串联电阻引人，母钱外壳该电阻同抽查装，其阻值等于同轴母绒的波阻扰/U 内导体主撑绝缘件电场探头母钱母钱外壳闸的电阻.电阻同轴安麓，其阻值等于同袖母绒的披阻抗.R=Z此试验装置最重要之处在于两个端部采用锥形过波.其外亮和导轩均以各自相同的锥度逐渐变细以保持在整个惊度上特性阻抗相同(合理的近似值图A1测定电场探头传递特性的横向电磁波TEM装置示例附录B(提示的附录)鹏态外壳电压(TEV)和外部陡波前过电压的产生C5J
48、在空气终端处TEV和外部陡波前过电压的产生机理可将GISI空气界面看作三条传输线的连接点来分析:同轴的GIS传输线;由套管导杆和架空线形成的传输线;GIS外壳和地的传输线。这三条传输线分别具有波阻抗乙、Z2、Z，0 当内部行波传播到气体和空气套管时2a)瞬态电压的一部分被藕合到架空线和地的传输线上形成外部陡波前过电压sb)另一部分被捕合到GIS外壳和地的传输线上形成TEV。架空钱 同袖母或Z, Z, Z， /地面a)实际布置图图B1以三个传输线为模型的GIS空气终端258 GB/T 18134.1-2000 母线导体架壁线( I z, Z, 母或外壳b)原理示意图注:从GIS内部传输线桐合至2
49、GIS外亮和地平面形成的传输线的部分属态电压是空气终端处TEV产生的主要机理，一二架空线和地平面形成的传输线的部分幌态电压是空气终端处外部陡被前电压产生的主要机理.图Bl(完)附录C(提示的附录)参考文献目录(lJ CIGRE Working Group 33/13-90: Monograph on GIS Very Fast Transients.Cigre Technical Brochure No. 35 , 1989. (2J Cigre Working Group 33-03 , Measurements of Very Fast Transients , Electra , to be publishe
