Geum.ru

Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9

Вид материалаДоклад

Содержание


Цифровой киловольтметркак средство метрологического обеспечениявысоковольтных компонентов ИС
Мухамедшарипов Ф.Р., Бойко С.В.
Мухамедшарипов Ф.Р., Бойко С.В.
Подобный материал:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   34

Цифровой киловольтметр
как средство метрологического обеспечения
высоковольтных компонентов ИС


Потребители электрической энергии, равно как и сами энергосбытовые организации заинтересованы в высоких требованиях к средствам учета электроэнергии. Это необходимо как для более точного учета и контроля качества энергии, так и получения оперативной и достоверной информации о потреблении энергии за произвольный период времени. Кроме того, переход России на рыночные отношения привел к тому, что требования к средствам учета и передачи электроэнергии ужесточились. В соответствии с [1] все расчеты за электроэнергию входят в сферу государственного метрологического контроля и надзора. В настоящее время для учета электроэнергии широкое распространение получили автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии. Согласно [2]: “Основу измерительного канала системы коммерческого учета составляют измерительные трансформаторы тока, измерительные трансформаторы напряжения…”, а, следовательно, они подлежат обязательной поверке. Требования к методам и средствам поверки трансформаторов напряжения, предназначенных для применения в электрических цепях переменного тока частотой 50 или 60 Гц с номинальными напряжениями от 0,38 до 750 кВ включительно, установлены в [3], где регламентируются три метода поверки:

– метод сличения поверяемого трансформатора с образцовым трансформатором при помощи прибора сравнения;

– метод компарирования токов с использованием электромагнитного компаратора тока и двух измерительных конденсаторов;

– метод непосредственного измерения первичного и вторичного напряжений.

Однако независимо от метода поверки обязательными процедурами являются определение погрешности коэффициента трансформации трансформатора и определение формы кривой напряжения.

С практической точки зрения поверку трансформаторов целесообразно проводить непосредственно на местах эксплуатации в связи с трудоемкостью их демонтажа и транспортировки (тем более по требованиям [3] это допускается).

Организация поверки трансформаторов напряжения с помощью первых двух методов связана с трудностями, вызванными использованием либо образцовых трансформаторов, имеющих большие массогабаритные размеры, либо большого количества образцовых и вспомогательных средств. Применение третьего метода регламентировано только для трансформаторов класса точности 3,0, что вызвано низкой точностью существующих серийных киловольтметров типа С 100, С 196. Такие киловольтметры, разработанные в середине прошлого столетия, морально устарели и сняты с производства.

Таким образом, с целью совершенствования средств метрологического обеспечения систем коммерческого учета электроэнергии возникает необходимость в разработке таких средств измерений, которые позволили бы в проводить поверку трансформаторов напряжений в полном объеме в соответствии с [3] непосредственно на местах их эксплуатации.

В настоящее время в ФГУП “НИИЭМП” ведутся работы по созданию киловольтметра, позволяющего измерять высокое напряжение произвольной формы.

Конструктивно киловольтметр представляет собой высоковольтный частотнокомпенсированный емкостно-омический делитель и вольтметр с регистрацией формы и спектра измеряемого сигнала. Высокая точность разрабатываемого киловольтметра (погрешность измерений напряжения не более ± (0,1 – 0,2) %) позволит поверять более широкий класс трансформаторов напряжений, чем указано в [3].

Для наглядного отображения формы и спектра измеряемого сигнала в киловольтметре предусмотрен графический дисплей, а для регистрации, хранения измеряемого сигнала в приборе предусмотрена энергонезависимая память, которая позволит оценивать погрешность коэффициента трансформации и определять форму кривой напряжения после воспроизведения сигнала на ПК.

Таким образом, разрабатываемый киловольтметр позволит решить большинство проблем, связанных с поверкой измерительных трансформаторов. А если учесть небольшие массогабаритные параметры прибора и его удобство при транспортировке, то разрабатываемый киловольтметр может стать незаменимым при поверке измерительных трансформаторов непосредственно на местах эксплуатации.

Литература

1. Закон РФ №4871–1 “Об обеспечении единства измерений” от 23 апреля 1993 г.

2. Положение об организации коммерческого учета электроэнергии и мощности на оптовом рынке.

3. ГОСТ 8.216-88. ГСИ. Трансформаторы напряжения. Методика поверки.

Автор

Лемаев Роман Андреевич – инженер-метролог ФГУП “НИИ ЭМП”

Россия, 440000, Пенза, ул. Каракозова, 44.

Тел. (841-2) 64-80-86 E-mail: lemaevromich@mail.ru

Мухамедшарипов Ф.Р., Бойко С.В.

Отличие понятий “измерение” и “учёт”
количества теплоты


Сначала ответим на интересующих многих вопрос: является теплосчётчик средством измерений или средством учета?

Из [1] следует, что теплосчётчики предназначены “… для измерения количества теплоты”. В связи с этим ни у кого не вызывает удивления, что ни один из выпускаемых промышленностью и применяемых на узлах учета теплосчётчиков не реализует алгоритма учета, приведенный, например, в формуле 3.1 [2]. Второй член этой формулы – Qп – тепловые потери на участке от границы балансовой принадлежности системы теплоснабжения потребителя до его узла учета является договорным и его измерение (которое вряд ли целесообразно) не входит в функции теплосчётчика.

Важное качество измерения – достоверность измерения. В измерительной практике термин “достоверность измерений” иногда подменяют термином “точность измерений”, а достоверность рассматривается как качественная характеристика, отражающая близость к нулю случайной погрешности.

С точки зрения практики удобно использовать определение Брюханова В.А.: “Достоверность результата измерения – качество измерения, свидетельствующее о получении результата измерения с помощью средств измерений, прошедших в установленном порядке поверку или калибровку, и о соблюдении всех требований к процедуре измерений”.

Определение достоверности учета раскрывается в статье 12 п. 1 Федерального закона о бухгалтерском учете: “…Для обеспечения достоверности … данных учета и отчетности организации обязаны проводить инвентаризацию имущества и обязательств, в ходе которой проверяются и документально подтверждаются их наличие, состояние и оценка …”. Для обеспечения достоверности данных учета необходимо проводить контроль количества теплоты и теплоносителя, отпущенным источником теплоты и принятым потребителями.

Далее ограничимся рассмотрением измерения количества теплоносителя в закрытой системе теплопотребления. В соответствии с п. 5.2.4 [2] “водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объема) теплоносителя с относительной погрешностью не более ± 2 %”.

Введем следующие обозначения:

, – истинные значения количества теплоносителя, прошедшего за определенный промежуток времени соответственно в прямом и обратном трубопроводах;

, – соответственно результаты измерений величин , .

Тогда при коммерческом учете должно выполняться следующее условие:

. (1)

Но все дело в том, что невозможно знать истинные значения количества теплоносителя, поэтому приходится оперировать измеренными значениями.

Математическая модель закрытой системы теплопотребления имеет следующий вид:

, (2)

где – значение небаланса потоков, зависящее от множества факторов.

Основными факторами, влияющими на небалансы потоков, являются утечки (перетоки) и погрешность средств измерений количества теплоносителя. Несмотря на то, что небалансы потоков связаны с погрешностью средств измерений, однозначного заключения о погрешности средств измерений она не позволяет сделать.

Рассмотрим два предельных случая.

Пусть . Данное равенство не означает, что погрешность средств измерений равна нулю, так как не исключено, что погрешности средств измерения (установленных на подающем и обратном трубопроводах) одинаковы и при этом превышают 2 %, либо превышающие норму погрешности средств измерений компенсируются утечкой (перетоком).

Пусть . При этом возможен случай, при котором погрешности средств измерения менее 2 % (на каждом из трубопроводов), но за счет утечки (перетока) значение небаланса потоков превышает допустимый порог. На практике результаты таких измерений не принимаются к коммерческим расчетам.

Из рассмотренного можно сделать следующий вывод: анализ результатов измерений с учетом уравнения баланса потоков не позволяет сделать однозначный вывод о погрешностях измерений.

Значение небаланса можно определить по формуле:

. (3)

Если учесть погрешности измерений масс теплоносителя в формуле (3), то получим значение утечки , равное:



, (4)

где , – систематические составляющие относительных погрешностей измерений масс (безразмерные величины);

– коэффициент невозврата (утечки) теплоносителя в системе теплопотребления.

Первая составляющая правой части формулы (4) является фактическим значением утечки теплоносителя, вторая – абсолютной погрешностью измерений утечки. Тогда относительная погрешность измерений утечки равна:

. (5)

Полагая и случайными, статистически независимыми величинами, и переходя к пределу допускаемой относительной погрешности измерений массы утечки при доверительной вероятности 0,95, получим:

, (6)

где – предел допускаемой относительной погрешности измерений массы теплоносителя средств измерений данного типа при доверительной вероятности 0,95 (безразмерная величина).

Формула (6) получена при условии, что средства измерений количества воды, установленные на подающем и обратном трубопроводе системы теплопотребления, имеют одинаковый нормированный предел допускаемой относительной погрешности измерений количества теплоносителя (то есть ).

В таблице 1 приведена зависимость коэффициента от коэффициента невозврата теплоносителя .

Для закрытой системы теплопотребления типичным является случай, когда . В соответствии с п. 5.2.4 [2] примем .

Таблица 1

α
0,01
0,02
0,04
0,1
0,2
0,3
0,4

АG
140
70
35
13,5
6,4
4,1
2,9

Продолжение таблицы 1

α
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0

АG
2,24
1,80
1,49
1,27
1,12
1,00

Тогда предел допускаемой относительной погрешности измерений массы утечки равен:

или .

Измерение с погрешностью 140 % лишено какого-либо физического смысла.

Если величина , определенная как разность и , будет входить сомножителем в одну из составляющих уравнения измерений тепловой энергии, то общая погрешность измерений последней резко возрастает и может превысить допускаемую [2].

Для получения приемлемых значений погрешности измерений как разности и необходимо резко уменьшить предел допускаемой погрешности измерений применяемых средств измерений количества воды (до 0,5 % и даже до 0,25 %), что существенно увеличит стоимость узла учета и в большинстве случаев экономически неприемлемо. Другой способ заключается в применении согласованной с погрешностью пары средств измерений количества воды.

Литература

1. ГОСТ Р 51649-2000. Теплосчётчики для водяных систем теплоснабжения. Общие технические условия

2. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. Изд. МЭИ, 1995.

Авторы

Бойко Сергей Валентинович – зам. директора ФГУ “Оренбургский ЦСМ”, зав. кафедрой метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета, к.т.н., доцент

Россия, 460021, Оренбург, ул. 60-летия, 2-б.

Тел. (853-2) 33-27-70 E-mail: srt@mail.esoo.ru


Мухамедшарипов Ф.Р., инженер 1 категории ГУП УК “Преображенское”

Мухамедшарипов Ф.Р., Бойко С.В.