Метрологическое обеспечение электронных аналоговых измерительных трансформаторов и совместимых с ними счетчиков электроэнергии
Тенденция к обновлению ключевых классических средств измерения (СИ) электроэнергетических величин, таких как измерительные трансформаторы (масштабные преобразователи тока и напряжения) и счетчики электроэнергии, обусловлена внедрением современных технологий, отвечающих потребностям электроэнергетики. Это влечет за собой необходимость модернизации эталонный базы и методик поверки для обслуживания нового поколения СИ.
Предлагаемые ниже технические решения метрологического оборудования наряду с другими альтернативными разработками дают возможность промышленности выпускать рабочие СИ и обеспечивать его обслуживание сервисными службами в процессе всего жизненного цикла.
Производство и эксплуатация электронных измерительных трансформаторов или маломощных трансформаторов регламентируется ГОСТ Р МЭК 60044-7 и ГОСТ Р МЭК 60044-8, а электронных счетчиков электроэнергии или ЭлТА счетчиков, совместимых с ними, — ГОСТ Р 56750–2015.
Электронные измерительные трансформаторы могут, в свою очередь, иметь как аналоговые, так и цифровые выходные сигналы или интерфейсы, регламентируемые стандартами МЭК 61869-6, МЭК 61869-10, МЭК 61869-11, МЭК 61869-12 (для аналоговых электронных трансформаторов).
Несмотря на повышенный интерес к цифровым измерительным трансформаторам, стоит заметить, что аналоговые маломощные трансформаторы (рис. 1) имеют ряд существенных преимуществ и, соответственно, перспективы применения на рынке электроэнергетики. Одним из факторов, ограничивающих широкое применение маломощных трансформаторов и ЭлТА счетчиков (рис. 2), является отсутствие удобного в эксплуатации и приемлемого по стоимости метрологического оборудования для поверки/калибровки данных СИ.
Поэтому потребовалось разработать эталонные средства для работы в диапазоне значений электронных трансформаторов и ЭлТА счетчиков и методы их применения для выполнения процедур поверки/калибровки.
При этом была поставлена задача оставить по возможности компоненты поверочных установок, применяемые при поверке классических трансформаторов и счетчиков, которые в большом количестве имеются в составе метрологических лабораторий. Это, например, эталонные трансформаторы, источники тока и напряжения и эталонные счетчики электроэнергии.
Таким образом был разработан комплект оборудования для поверки/калибровки СИ измерительного канала, состоящего из электронных маломощных трансформаторов и совместимых с ними счетчиков электроэнергии, с максимальным применением компонентов классических поверочных установок.
Рассмотрим подробнее блок-схемы и методы поверки/калибровки маломощных трансформаторов и ЭлТА счетчиков и предлагаемые для этого технические решения.
Поверочная установка для электронных ИТТ
Предназначена для поверки и калибровки в лаборатории электронных измерительных трансформаторов тока до 5 кА (в том числе комбинированных), выпускаемых по ГОСТ Р МЭК 60044-8 (рис. 3).
Поверочная установка для электронных ИТН
Предназначена для поверки и калибровки в лаборатории электронных измерительных трансформаторов напряжения классов напряжения от 6 до 330 кВ (в том числе комбинированных), выпускаемых по ГОСТ Р МЭК 60044-7 (рис. 4).
Приведенные выше схемы поверки электронных ИТТ, ИТН в отличие от схем поверки классических трансформаторов содержат лишь два новых устройства: эталонный электронный ТТ ЭМТ-100 и эталонный делитель напряжения ЭДН-500. Метод поверки заключается в сравнении или компарировании двух сигналов от эталонного и поверяемого трансформаторов с определением модульной и угловой погрешностей последнего.
Функция электронного трансформатора заключается в преобразовании тока от классического эталонного ТТ с Iн = 1 А, 5 А в выходное напряжение в диапазоне от 1 мВ до 10 В. Соответственно функция электронного делителя напряжения заключается в преобразовании высокого напряжения от классического ТН в низкое, соответствующее диапазону электронных трансформаторов.
Данные схемы поверки имеют как достоинства, так и недостатки. Они приемлемы для лабораторных условий поверки, но их затруднительно применять на местах эксплуатации в переносном исполнении ввиду большого количества блоков.
Для эффективного проведения поверки/калибровки трансформаторов на местах эксплуатации разработан эталонный компаратор «МарсКомп К-1000» (рис. 5).
Этот многофункциональный прибор имеет следующий ряд преимуществ:
 |
в одном приборе реализованы 2 функции — поверка как трансформаторов напряжения (в том числе традиционных), так и трансформаторов тока; |
|
в качестве эталонных трансформаторов можно применять традиционные трансформаторы с выходами тока 1 А, 5 А и напряжения 100 В, 100/√3 В. |
Многофункциональность прибора достигнута путем размещения в одном устройстве следующих блоков: электронного трансформатора тока, электронных делителей напряжения в виде программируемых измерительных усилителей и аналого-цифрового компаратора (рис. 6).
Назначение прибора:
1. Калибровка и поверка (определение модульных и угловых погрешностей):
|
маломощных датчиков напряжения (электронных трансформаторов ЭТН) с выходным сигналом в виде напряжения переменного тока в диапазоне от 20 мВ до 8 В, выпускаемых по ГОСТ 60044-7; |
|
маломощных датчиков тока (электронных трансформаторов ЭТТ) с выходным сигналом в виде напряжения переменного тока в диапазоне от 20 мВ до 8 В, выпускаемых по ГОСТ 60044-8; |
|
традиционных измерительных трансформаторов напряжения (ИТН); |
|
делителей напряжения, измерительных масштабных преобразователей напряжения. |
2. Исследование фазо- и амплитудночастотных характеристик измерительных трансформаторов напряжения при подаче гармонических сигналов напряжения от 0,3 до 50 порядка (от 15 до 2500 Гц) в диапазоне вторичного напряжения ТН от 0,08 до 840 В, а также сигналов сложной формы.
Схема поверки электронных трансформаторов тока и напряжения приведена на рис. 7.
Как мы видим, в состав поверочной установки входят источники и эталонные трансформаторы тока и напряжения.
Процедура поверки с формированием протокола может проходить в автоматическом режиме под управлением программного обеспечения «E-TransformerTest» при условии автоматизации источников тока и напряжения.
Работы по автоматизации существующих источников проводятся в рамках создания поверочной установки в целом. В частности, уже разработан и изготовлен прототип автоматизированного источника тока ИТ5000А (рис. 8) для работы в составе поверочной установки.
ИТ5000А – источник тока в составе поверочной установки для поверки/калибровки классических и электронных измерительных трансформаторов тока (масштабных преобразователей тока), выпускаемых по ГОСТ 60044-8 и ГОСТ 60044-1. Имеется модификация со встроенным датчиком тока для измерения выходного тока в диапазоне от 50 до 6000 А с частотой питающей сети 50 Гц, 60 Гц. Установка значения выходного тока осуществляется автоматически под управлением ПО «E-TransformerTest» (рис. 9).
Процедура поверки электронных трансформаторов даже проще, чем классических, так как нет необходимости в магазине нагрузки и его переключениях. Это существенно сокращает время поверки и упрощает ее автоматизацию.
Решая задачу поверки электронных трансформаторов, не следует забывать про метрологическое обеспечение ЭлТА счетчиков, совместимых с ними. При разговоре с одним из представителей компании-производителя электронных трансформаторов, он посетовал на малое количество выпускаемых ЭлТА счетчиков (не более 1 %) от классических в настоящее время. Это ограничивает применение электронных трансформаторов для целей учета электроэнергии. Поэтому была разработана поверочная установка для автоматизированной процедуры поверки/калибровки ЭлТА счетчиков «УППУ-МЭ 3.1КМ-Э» (рис. 10).
В отличие от установки для поверки традиционных электросчетчиков, диапазон входных/выходных сигналов смещен в область 1 мВ ÷ 10 В как для источника сигнала, так и для эталонного счетчика. Параметры измеряемого тока передаются в виде напряжения в вышеназванном диапазоне, имитируя выходные сигналы от электронного трансформатора тока.
Метод поверки с применением эталонного счетчика является классическим и состоит в следующем (рис. 11):
| 1. | Сигналы от источника одновременно подаются на эталонный и поверяемый счетчики. |
| 2. | Измеренные или вычисленные значения электроэнергетических величин (энергии, мощности, показателей качества электроэнергии и т. д.) от поверяемого и эталонного счетчиков обрабатываются с помощью ПО «Энергоформа УППУ-Э» с формированием протокола поверки. При этом значения энергии, мощности передаются от эталонного и поверяемого счетчиков в виде частоты в реальном масштабе времени на калькулятор погрешности ПТНЧ-М, где и производится расчет погрешности поверяемого счетчика. |
Назначение установки: калибровка, поверка электронных счетчиков электроэнергии, выпускаемых по ГОСТ Р 56750-2015 (ЭлТА), классов точности 0,2S и менее точных.
Потребители: предприятия, выпускающие электронные счетчики, органы Росстандарта, метрологические лаборатории.
Одно из интересных преимуществ исполнения эталонного счетчика в этой установке – это включение в состав основных гармоник частоты 400 Гц помимо традиционных частот 50 Гц, 60 Гц. Это позволяет поверять/калибровать бортовые электроизмерительные приборы. Установка может выпускаться как в лабораторном, так и в переносном (мобильном) исполнении (рис. 12).
Вывод
Учитывая, что межповерочный интервал для электронных трансформаторов и ЭлТА счетчиков составляет, как правило, не менее 8 лет, эксплуатирующие организации не сильно озадачены проблемами периодической поверки в настоящее время. Но вышеназванные рабочие СИ стали активно устанавливаться с 2016 г. на объектах энергосистемы и ПАО «Россети» в частности. Поэтому время на разработку, выпуск эталонных СИ и обучение специалистов по работе с ними ограничено сроком не более 5 лет. Этого времени достаточно для оснащения метрологических служб поверочными установками и методиками поверки для метрологического обслуживания электронных трансформаторов и ЭлТА счетчиков в процессе их жизненного цикла.