冲击测量系统校准规范　冲击电压　第1部分：冲击电压分压器

JJF2028—20231冲击测量系统校准规范冲击电压第1部分:冲击电压分压器1范围本规范适用于额定电压1kV及以上,测量雷电冲击电压、操作冲击电压的冲击电压分压器的校准。本规范不适用测量波前截断的雷电冲击截波电压的冲击电压分压器的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:GB/T16927.1—2011高电压试验技术第1部分:一般定义及试验要求GB/T16927.2—2013高电压试验技术第2部分:测量系统凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于该规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语GB/T16927.1及GB/T16927.2中界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1分压比voltageratio冲击电压分压器输入电压与输出电压之比。3.2标准雷电冲击电压standardlightning-impulsevoltage波前时间为1.2μs,半峰值时间为50μs的光滑的雷电冲击电压。注1:通常波前时间0.84μs~1.56μs,半峰值时间40μs~60μs都可认为是标准雷电冲击注2:过冲和峰值附近的振荡是容许的,允许相对过冲幅值不超过10%。[来源:GB/T16927.1—2011,7.2.1,有修改]3.3标准雷电冲击截波电压standardchoppedlightning-impulsevoltage截断时间为2μs~5μs被外部间隙截断的标准雷电冲击电压。[来源:GB/T16927.1—2011,7.2.3,有修改]3.4标准操作冲击电压standardswitching-impulsevoltage到峰值时间为250μs,半峰值时间为2500μs的冲击电压。注:通常峰值时间200μs~300μs,半峰值时间1000μs~4000μs都可认为是标准操作冲击[来源:改写GB/T16927.1—2011,8.2.1,有修改]4概述冲击分压器是用于测量冲击电压的测量装置,它能将被测冲击高电压按一定比例转2换为可以用测量仪器测量的冲击低电压。其原理见图1,一般由阻尼电阻(如有)、均压环、高压臂、低压臂、测量电缆、匹配器(如有)等组成。由于阻尼电阻值与高压引线的形状和尺寸有关，冲击分压器宜使用与出厂试验相同的高压引线类型。按其测量原理可分为电阻型冲击分压器、电容型冲击分压器和阻容型冲击分压器。匹配器5计量特性5.1分压比冲击分压器分压比示值误差一般不超过±3%,5.2时间参数冲击分压器时间参数示值误差一般不超过±10%。不同被测冲击电压波形需校准的时间参数见表1。电压类型时间参数半峰值时间T截断时间Tc到峰值时间T半峰值时间T₂5.3线性度冲击分压器分压比的线性度一般不超过分压比最大允许误差的1/2。6校准条件6.1环境条件对环境条件的要求为：JJF2028—20233—冲击分压器校准的环境温度为5℃~40℃,相对湿度不大于80%;—海拔高度不大于1000m,如果校准地点海拔高度大于1000m,应参照GB/T16927.1—2011中4.3.4的要求计算空气密度修正因数,选取较低的校准电压;—在与冲击分压器器身高度相当的周边范围内,除测量引线外应无其他物体;—周围无影响设备正常工作的电磁干扰和机械振动。6.2标准测量装置及其他设备6.2.1标准测量系统标准测量系统包括:1)冲击分压器[带测量电缆和匹配器(如有)];2)测量仪器[带衰减器(如有)];3)软件。标准测量系统应满足以下要求:扩展不确定度≤5%(k=2);数的扩展不确定度≤3%(k=扩展不确定度≤5%(k=2);数的扩展不确定度≤3%(k=2);绝对值的1/2;2)对于较高级标准测量系统:电压峰值的扩展不确定度≤0.5%(k=2),时间参3)标准测量系统所引入的扩展不确定度(k=2)应小于被测分压器最大允许误差4)额定电压应不低于被校冲击分压器测量电压范围的20%;5)标准测量系统应满足的阶跃响应要求见表2。表2对于标准分压器的阶跃响应要求电压类型雷电冲击操作冲击实验响应时间≤15ns—稳定时间≤200ns10μs部分响应时间≤30ns—6.2.2标准冲击发生器标准冲击发生器应满足表3的要求,且具有足够的带负载能力,冲击分压器的接入对发生器准确度的影响可忽略。表3标准冲击发生器的要求波形参数数值范围扩展不确定度/%(k=2)短期稳定性/%(10次以上数据)雷电全波/截波峰值仪器使用范围内≤0.7≤0.2波前时间(0.8~0.9)μs≤2≤0.5半峰值时间(55~65)μs≤2≤0.2JJF2028—20234表3(续)波形参数数值范围扩展不确定度/%(k=2)短期稳定性/%(10次以上数据)操作波峰值仪器使用范围内≤0.7≤0.2波前时间(15~3000)μs≤2≤0.2半峰值时间(2600~4200)μs≤2≤0.26.2.3冲击电压发生器冲击电压发生器应能产生3.2、3.3和3.4中规定的标准冲击电压波形。用于冲击分压器扩展电压范围内线性度校准的冲击电压发生器应满足以下要求:—线性度试验电压范围内,输出波形时间参数变化不超过±5%;—发生器首级充电电压测量误差不超过±1%,具备电压补偿功能。6.2.4电场测量仪用于冲击分压器扩展电压范围内线性度校准的电场测量仪应满足以下要求:—电场测量仪对被测冲击电压波形具有足够的响应;—电场测量仪自身的线性度已知。7校准项目和校准方法7.1校准项目冲击分压器校准项目见表4。开展校准工作的实验室,根据客户要求选择校准其中的项目。表4校准项目序号校准项目名称计量特性条款校准方法条款1外观及标识检查—7.2.12分压比5.17.2.23时间参数5.27.2.34线性度5.37.2.47.2校准方法7.2.1外观及标识检查冲击分压器组件齐全,外观完好,组装牢靠,应有专用的接地端,且有明显的接地标识。冲击分压器铭牌上应明确标明:产品名称、型号、制造厂名、出厂编号、额定电压、标称分压比。7.2.2分压比7.2.2.1标准冲击分压器比较法标准冲击分压器与被校冲击分压器的布置方式见图2,丁字形和叉形布置方式中冲击分压器之间的夹角约为90°。比较法校准接线方式见图3,标准冲击分压器和被校冲击分压器的输出电压都进入标准测量系统的测量仪器。冲击分压器的接地应使用宽度不5小于0.3m的铜、铝金属带或金属箔，试验回路应单点接地。GG(a)丁字形(b)叉形(c)直线被校冲击分压器被校冲击分压器的实测分压比按式(1)计算：Kx——被校冲击分压器的实测分压比；Ky——被校冲击分压器标称分压比；U₀——标准冲击测量系统的测量电压，kV;Ux——被校冲击分压器的测量电压，kV。被校冲击分压器的分压比示值误差按式(2)计算：δ——分压比示值误差；a)全电压范围内校准按图3接线，在被校冲击分压器标定电压测量范围内最小值、最大值以及中间较均6被校冲击分压器匀选取的3个电压点与标准冲击分压器进行比较(见图4),每个电压点重复测量10次，实测分压比为所有电压点校准分压比的平均值。被校冲击分压器注：送校单位可根据实际使用情况确定标定电压范围和校准电压极性，0b)有限电压范围内的校准按图3接线，当被校分压器标定测量范围超过标准冲击分压器测量范围的情况下，校准电压应不低于被校冲击分压器标定测量范围的20%,并依据7.2.4单独进行线性度试验。分压比和时间参数校准电压点不少于2个，最高校准电压为标准冲击分压器测量范围的最大值(见图5)。7.2.2.2标准冲击发生器法按图6接线，根据被校冲击分压器实际测量的电压类型和极性，在标准冲击发生器中选择对应的波形参数和极性，校准电压应不小于被校冲击分压器标定电压范围的最小值，重复测量10次。被校冲击分压器的实测分压比按式(4)计算：式中：Kx——被校冲击分压器的实测分压比；7Ky——被校冲击分压器标称分压比；Uso——标准冲击发生器输出电压，V;Ux——被校冲击分压器的测量电压，V。7.2.3时间参数时间参数校准方法、接线方式与分压比校准相同，见7.2.2。在记录电压峰值的同时记录标准分压器和被校分压器测量的时间参数。被校冲击分压器时间参数的示值误差见式(4),相对示值误差见式(5)。△T——时间参数示值误差，μs;T。——标准冲击分压器的参考值，μs。γ——时间参数相对示值误差。7.2.4线性度线性度试验原则：a)全电压范围内校准无需进行单独的线性度试验；b)有限电压范围内校准，至少选取4个电压点进行线性度试验，包括分压比校准的最高电压以及被校冲击分压器标定电压范围的最大值(见图7),每个电压点重复测量次数不少于5次。线性度计算方法见式(6),线性度试验不独立评定测量不确定度，在扩展电压范围内分压比线性度引入的测量不确定度作为合成标准不确定度的一个分量。JJF2028—20238ηi-ηmηm×100%ηi-ηmηm×100%(6)式中:R—被校冲击分压器扩展电压范围内的线性度。7.2.4.1与已知线性度的冲击分压器比较在不同电压下比较被校冲击分压器与已知线性度的冲击分压器测量电压比值的变化,根据式(6)计算被校冲击分压器扩展电压范围内的线性度。7.2.4.2与冲击电压发生器的充电电压比较在不同电压下比较被校冲击分压器测量电压与发生器充电电压比值的变化,根据式(6)计算被校冲击分压器扩展电压范围内的线性度。试验的相关要求:—发生器充电时间对输出电压的影响不超过±1%;—剔除发生器球隙自放电时的测量数据。注:该方法测量得到的冲击分压器扩展电压范围内的线性度同时包含了冲击电压发生器和被校冲击分压器的线性度,如果线性度试验结果超过允许值,可使用其他方法验证。7.2.4.3与电场测量仪输出电压比较校准步骤:a)将电场测量仪置于距离冲击分压器均压环一定距离的空间电场中;b)使用标准冲击分压器在分压比最高校准电压点标定电场测量仪的输出电压,判断扩展电压范围内电场测量仪输出电压是否在数据采集单元的最佳测量范围,确定电场测量仪的最终固定位置;c)在不同电压点,测量被校冲击分压器与电场测量仪输出电压比值的变化,根据式(6)计算被校冲击分压器扩展电压范围内的线性度。如电场测量仪自身的线性度不能忽略,校准结果需进行修正。注:数据采集单元的垂直分辨率为N,最佳测量范围为6/N至满量程。8校准结果分压比和时间参数的相对扩展不确定度和示值误差小数位保留1位,分压比的小数位位数与分压比扩展不确定度的位数保持一致。校准结果应在校准证书(报告)上反应,校准证书(报告)应至少包括以下信息:a)标题,如“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;JJF2028—20239h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。校准原始记录格式见附录B,校准证书(报告)内页格式见附录C。9复校时间间隔间隔。JJF2028—202310附录A冲击电压波形定义及参数计算附录A给出了本规范涉及的雷电冲击电压、雷电冲击截波电压、操作冲击电压波形定义及参数计算。A.1雷电冲击电压的相关术语定义及参数计算A.1.1雷电冲击电压波前时间小于20μs的冲击电压。A.1.2标准雷电冲击电压波前时间为1.2μs,半峰值时间为50μs的光滑的雷电冲击电压。A.1.3试验电压峰值U试验电压曲线的最大值。A.1.4波前时间T1视在参数,定义为试验电压曲线峰值的30%和90%(图A.1中点A和点B)之间时间间隔T的1/0.6倍。A.1.5视在原点O1试验电压曲线中相对于A点超前0.3T1的瞬间,如图A.1所示。对于具有线性时间刻度的波形,它为通过波前部分的A、B两点所画直线与时间轴的交点。A.1.6平均上升率由记录曲线极限值的30%和90%之间的全部数据点计算得到最佳拟合直线的斜率,通常用kV/μs表示。注:对于30%和90%处有噪声或振荡,数据点将被界定在起点为最后通过30%值的点,终点为第一个通过90%值的点。A.1.7半峰值时间T2视在参数,定义为从视在原点O1到试验电压曲线下降到试验电压值一半时刻之间的时间间隔(如图A.1)。A.1.8过冲冲击电压的峰值处因回路引起的阻尼振荡而导致的幅值的增加。A.2雷电冲击截波电压的相关术语定义及参数计算A.2.1雷电冲击截波电压由破坏性放电导致的电压突然跌落至零的雷电冲击电压。本规范涉及的雷电冲击截波电压的跌落可以发生在波尾，见图A.2。A.2.2标准雷电冲击截波电压A.2.3截断瞬时在电压跌落曲线上70%点和10%点(C点和D点)连接的直线与电压跌落曲线的交点的时刻(见图A.2)。A.2.4截断时间视在参数，定义为视在原点与截断瞬时的时间间隔(如图A.2)。A.2.5截断时电压跌落特性截断时电压跌落的视在特性是根据截断瞬时电压的70%和10%处的两个点即点C和点D来定义(如图A.2)。电压跌落的持续时间是C和D两点时间间隔的1.67倍。电压跌落的陡度是截断瞬时电压值与电压跌落的持续时间之比。说明：A.3操作冲击电压的相关术语定义和参数计算A.3.1操作冲击电压波前时间T₁(按雷电冲击的计算)大于或等于20μs的冲击电压。A.3.2标准操作冲击电压到峰值时间T,为250μs,半峰值时间T₂为2500μs的冲击电压，表示为A.3.3波前时间(峰值时间)从实际原点到操作冲击电压的最大值时刻的时间间隔。A.3.4实际原点O记录曲线开始单调上升(或下降)的瞬间。A.3.5半峰值时间实际原点和电压第一次衰减到半峰值瞬间的时间间隔(如图A.3)。A.3.690%峰值以上的时间冲击电压超过最大值的90%的时间间隔(如图A.3)。00T₂——半峰值时间。表A.1冲击电压波形参数及容差时间参数波前时间T₁截断时间Tc到峰值时间T半峰值时间T₂ 标准雷电冲击截波电压 JJF2028—202314(15~30)(15~30)℃。由于半峰值时间和波前时间的不确定度评定过程是相同的,因此本示例冲击分压器分压比与时间参数校准结果测量不确定度评定示例B.1引言被校冲击分压器技术参数:额定电压3.6MV,标定电压范围为(500~2500)kV。校准冲击电压测量系统技术参数:额定电压为1000kV,电压峰值扩展不确定度(k=2),半峰值时间平均误差为0.4μs,扩展不确定度0.8μs(k(k=2),半峰值时间平均误差为0.4μs,扩展不确定度0.8μs(k=2)。工作温度范围仅给出波前时间的不确定度评定过程。B.2分压比校准结果的不确定度评定B.2.1测量模型以对比法校准被校冲击分压器分压比,测量模型可用式(B.1)表示:(B.1)KX=K(B.1)式中:KX—被校冲击分压器的实测分压比;KN—被校冲击分压器标称分压比;U0—标准测量系统的测量电压,kV;UX—被校冲击分压比的测量电压,kV。B.2.2不确定度来源冲击分压器分压比校准的不确定度来源包括:a)标准测量系统引入的相对标准不确定度u1rel(U0);b)电压示值重复性引入的相对标准不确定度u1rel(UX);c)被校冲击分压器线性度引入的相对标准不确定度u2rel(UX);d)被校系统扩展电压范围内分压比线性度引入的相对标准不确定度u3rel(UX);e)被校冲击分压器环境温度影响引入的相对标准不确定度u4rel(UX);各输入量测量不确定度之间不相关,不确定度传播可用式(B.2)表示。式中crel(KX)=(B.2)ucrel(KX)—分压比相对合成标准不确定度。B.2.3标准不确定度的评定B.2.3.1标准测量系统引入的相对标准不确定度u1rel(U0)进行评定:标准测量系统的测量范围的最高电压为1000kV,U=0.5%(k=2),进行评定:B.2.3.2电压重复性引入的相1X)JJF2028—202315标准冲击分压器和被校冲击分压器在正负极性下500kV、1000kV四个电压点进行比较校准,其比较数据如表B.1所示。各个电压水平下的结果汇总如表B.2所示。根据表B.1和表B.2的校准结果,由标准偏差最大值10.6计算电压比值重复性引入的相对标准不确定度,按A类方法进行评定:u1rel(UX)=8.7×10-4表B.1500kV电压下的校准结果校准电压/kVU0/kVUX/kVKX分压比平均值KX1实验标准偏差s(KX1)500505.81507.693835.73839.66.9506.85509.153832.6507.27508.873837.9506.14508.543831.9508.21509.573839.7506.75508.123839.7508.12507.603853.9508.21508.733846.1506.85508.963834.0506.47507.183844.6表B.2各电压水平下校准结果校准电压数i电压水平/kVKXi实测分压比平均值KX实验标准偏差s(KX)15003839.63841.96.92-5003834.110.6310003849.27.54-10003844.78.3B.2.3.3冲击分压器线性度引入的相对标准不确定度u2rel(UX)根据表B.2的校准结果,500kV、1000kV、-500kV、-1000kV下冲击分压器分压比与其平均值的最大差值为7.8,为均匀分布,按B类方法进行评定:u2rel(UX)=×3.9=1.2×10-3B.2.3.4被校冲击分压器扩展电压范围内线性度引入的相对标准不确定度u3rel(UX)线性度试验采用与近似线性的冲击电压发生器比较的方法进行测量,冲击电压发生器充分充电,确保输出电压波形没有明显变化,每个电压点重复测量表B.3。JJF2028—202316表B.3扩展范围的线性度试验序号输出电压/kV发生器充电电压/kV比值(输出电压/充电电压)ηi比值平均值ηmηi-ηmηmR/%1100560.6016.5816.670.005250.6752150590.4016.650.0010531996119.8016.660.0004542503149.2016.780.00675扩展范围的线性度引入的不确定分量:u3rel(UX)=×R=3.9×10-3B.2.3.5被校冲击分压器环境温度影响引入的相对标准不确定度u4rel(UX)制造商提供的被校冲击分压器的温度系数为0.02%/℃,冲击分压器使用温度范围变化引入的不确定度分量为:(5~35)℃,比较环境温度25℃,工作温度偏差最大值为ΔT=20℃变化引入的不确定度分量为:u4rel(UX)=×(0.02%×20)=2.3×10-3B.2.4不确定度分量一览表不确定度分量见表B.4。表B.4冲击分压器分压比校准的不确定度分量表不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型相对标准不确定度/10-3u1rel(Uo)标准器B均匀2.5u2rel(UX)分压比重复性A正态0.9u3rel(UX)被校冲击分压器的线性度B均匀1.2u4rel(UX)扩展电压范围的线性度B均匀3.9u5rel(UX)被校冲击分压器环境温度影响B均匀2.3B.2.5合成标准不确定度的计算根据表B.4的不确定度分量表,其相对合成标准不确定度为:B.2.6扩展不确定度的确定ucrel==5.4×10-3B.2.6扩展不确定度的确定Urel=kucrel=1.1×10-2Urel=kucrel=1.1×10-2被校冲击分压器分压比的校准结果表示为:KX=3842(1±0.011),25℃,包含JJF2028—202317k时间示值误差校准结果的不确定度评定B.3.1测量模型采用比较法校准冲击分压器上升时间示值误差,误差校准测量模型可用式(B.3)表示:式中:ΔT1—波前时间测量误差,%;式中:ΔT1—波前时间测量误差,%;T1X—被校冲击分压器波前时间测量值,μs;T1N—标准冲击分压器波前时间测量值,μs。B.3.2标准不确定度来源a)标准冲击分压器引入的标准不确定度u(T1N);b)被校冲击分压器测量重复性引入的标准不确定度u(T1X)。由于各分量之间不相关,故合成标准不确定度按式(B.4)表示:式中:u(ΔT1)=(B.4)u(ΔT1)—波前时间测量误差的不确定度。B.3.3不确定度的评定B.3.3.1标准测量系统引入的不确定度分量u(T1N)评定:标准测量系统的扩展不确定度为0.02μs,正态分布,包含因子k=2,评定:B.3.3.2测量重复性引入的0.01μs根据表B.5的校准结果数据,测量重复性引入的相对标准不确定度,按A类方法进行评定:u1(T1X)==≈2.53×10-3μs表B.5波前时间10次重复性校准数据校准电压点测量次数i标准值T1N/μs被校示值T1Xi/μs示值误差ΔT1i/μs示值误差平均值ΔT1/μs实验标准偏差s(ΔT1)/μs1000kV11.2511.260.0090.0170.00821.2511.270.01931.2531.280.02841.2531.280.02851.2541.270.016JJF2028—202318表B.5(续)校准电压点测量次数i标准值T1N/μs被校示值T1Xi/μs示值误差ΔT1i/μs示值误差平均值ΔT1/μs实验标准偏差s(ΔT1)/μs1000kV61.2541.260.0060.0170.00871.2541.260.00681.2541.280.02691.2541.270.016101.2541.270.016B.3.4不确定度分量一览表不确定度分量见表B.6。表B.6波前时间测量误差校准的不确定度分量表不确定度分量不确定度分量来源评定方法概率分布标准不确定度/μsu(T1N)标准器B正态0.01u(T1X)上升时间测量重复性A正态0.0026B.3.5合成标准不确定度合成标准不确定度根据式(B.4)计算:B.3.6扩展不确定度uc(ΔT1)==0.011μsB.3.6扩展不确定度U=kuc(ΔT1)=0.022μs,k=2k=2。波前时间为1.U=kuc(ΔT1)=0.022μs,k=2k=2。波前时间为1.25μs时其相对不确定度为1.8%(k=2)。JJF2028—202319附录C校准原始记录格式冲击电压分压器校准原始记录证书编号:共4页,第1页证书编号:记录编号:客户名称:客户地址:型号规格:出厂编号:制造厂名:校准依据:环境条件:温度:℃相对湿度:%校准地点:校准日期:年月日建议复校时间:年月日校准员:核验员:主要标准器序号标准器名称型号规格编号不确定度或准确度等级或最大允许误差证书编号溯源单位有效期至1.分压器组件信息:(1)分压器型号:编号:额定电压:kV标称分压比:(2)电缆型号:编号:标称波阻抗:Ω长度:m(3)匹配器型号:编号:匹配电阻:Ω