УСТРОЙСТВО ПОВЕРКИ ОДНОФАЗНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ

Заявляемое устройство относится к области измерительной техники и предназначено для использования при групповой поверке однофазных средств измерений электрической мощности и энергии, которые имеют гальваническую связь между параллельными и последовательными цепями. К таким средствам измерений относятся, например, однофазные счетчики электрической энергии, далее - СЧ, датчик тока которых выполнен на основе шунта.
Групповая поверка однофазных средств измерений электрической мощности и энергии любого вида производится на поверочных установках методом сличения с эталонным прибором. Для поверки СЧ, например, применяют эталонный счетчик. При поверке на входы поверяемых приборов подаются изолированные сигналы напряжения и тока от источника «фиктивной» мощности, далее - источник. При этом в случае поверки СЧ, дополнительно возникают погрешности, вызванные двумя причинами. Первая причина заключается в том, что через последовательные цепи СЧ, которые подключены ближе к источнику, протекает ток потребления тех СЧ, которые подключены дальше от источника. Вторая причина заключается в том, что при протекании тока источника через последовательные цепи СЧ, на них возникает падение напряжения. При этом эталонный счетчик контролирует мощность, определяемую выходным напряжением и выходным током источника. Возможен контроль мощности при подключении эталонного счетчика в другие места цепей напряжения и тока поверочной установки, но, принципиально это ситуации не изменяет. За счет указанных двух причин в результаты определения погрешностей СЧ вносится погрешность. Исключение этой погрешности может быть обеспечено путем компенсации протекающих токов потребления СЧ и компенсацией падений напряжений на их последовательных цепях или путем гальванической изоляции сигнала напряжения, подаваемого на каждый СЧ, от выходного сигнала напряжения источника. В случае непринятия указанных мер на поверочной установке возможна корректная поверка только одного СЧ.
Известен блок гальванической развязки для групповой поверки СЧ [1], являющийся аналогом, с помощью которого осуществляется компенсация токов потребления СЧ и компенсация падения напряжения на последовательных цепях, вызванного током источника.
Недостатком устройства является то, что в случае возникновения ситуации, при которой отсутствует электрический контакт в месте подключения последовательной цепи одного из СЧ к цепи тока источника, трансформатор устройства подвергается недопустимому воздействию. При этом на одну из его обмоток подается выходное напряжение канала тока источника, которое может привести к выходу трансформатора из строя или к изменению его характеристик. Ситуация, при которой отсутствует контакт между последовательной цепью СЧ и цепью тока поверочной установки, в производстве СЧ или при их поверке, случается достаточно часто, в том числе при исправной поверочной установке и исправных СЧ.
Известно устройство [2], являющееся прототипом, обеспечивающее гальваническую изоляцию сигналов напряжения, подаваемых на каждый СЧ, от выходного сигнала напряжения источника. При этом исключаются указанные выше погрешности. Изоляция осуществляется путем применения трансформатора напряжения с одной первичной обмоткой, на которую подается сигнал напряжения источника, и нескольких вторичных обмоток, к которым подключаются поверяемые СЧ. Выходы вторичных обмоток являются выходами устройства. Количество витков вторичных обмоток трансформатора должно быть строго одинаковым. Количество одновременно поверяемых СЧ не может превышать количество вторичных обмоток. Параллельную цепь эталонного счетчика поверочной установки подключают к одной из обмоток, к которой подключена параллельная цепь одного из поверяемых СЧ. Последовательные цепи эталонного и поверяемых СЧ соединяются последовательно и подключаются к выходу канала тока источника. Погрешность устройства равна сумме погрешности эталонного счетчика и погрешностей вторичных напряжений трансформатора. Погрешности вторичных напряжений трансформатора определяются разностью напряжений вторичных обмоток, к которым подключены только поверяемые СЧ и напряжения вторичной обмотки, к которой, кроме поверяемого СЧ, подключен эталонный счетчик. В конечном итоге, эта разность определяется разностью активного сопротивления проводов обмоток и характером, а также разностью, мощностей, потребляемых от вторичных обмоток трансформатора. Причем, погрешности вторичных напряжений тем больше, чем более конструктивно удалена обмотка поверяемого СЧ от обмотки эталонного счетчика. Эта разность возрастает при увеличении количества вторичных обмоток трансформатора устройства за счет увеличения разности длин проводов обмоток.
Недостатком устройства-прототипа является то, что эталонный счетчик всегда подключен к одной из вторичных обмоток трансформатора напряжения. Оперативное переключение эталонного счетчика затруднено. При переменном количестве поверяемых СЧ это приводит к увеличению погрешности устройства или появлению непроизводительных затрат времени на изменение схемы соединений устройства.
Целью заявляемого устройства является повышение точности и производительности поверочных установок.
Заявляемое устройство устраняет недостаток устройства-прототипа. Гальваническая изоляция сигналов напряжения для каждого поверяемого средства измерений электрической мощности и энергии от выходного сигнала напряжения источника осуществляется, как и в устройстве-прототипе, путем применения трансформатора напряжения с одной первичной обмоткой и несколькими вторичными обмотками.
В заявляемом устройстве обеспечивается возможность оперативного подключения параллельной цепи эталонного счетчика к любой из вторичных обмоток трансформатора устройства с помощью коммутатора. Для подключения параллельной цепи эталонного счетчика, коммутатор содержит контрольный выход. Контрольный выход коммутатором подключается к любой из вторичных обмоток трансформатора. Это позволяет уменьшить разность вторичных напряжений между обмоткой, к которой подключен эталонный счетчик, и обмоткой любого из поверяемых средств электрической мощности и энергии, за счет выбора оптимального положения переключателей коммутатора. При оптимальном положении переключателей коммутатора, параллельная цепь эталонного счетчика подключается к обмотке, имеющей приблизительно среднюю длину из обмоток, к которым подключены поверяемые средства измерений, далее - средняя, из задействованных, обмотка. Выбор средней, из задействованных, обмотки производится по ее порядковому номеру, путем установки переключателей коммутатора в соответствующее положение. Кроме того, при возникновении сомнений в результатах определения погрешностей какого-либо из поверяемых средств измерений, есть возможность оперативно переключить параллельную цепь эталонного счетчика на обмотку, к которой подключено интересующее поверяемое средство измерений. Этим влияние заявляемого устройства на результат измерений будет полностью исключено. Дополнительное преимущество заявляемого устройства заключается в ускорении процедуры поверки при сравнении выходных напряжений вторичных обмоток трансформатора. Для этого поверяемое средство измерений подключается к любой из вторичных обмоток, выбранной в качестве опорной, и к контрольному выходу. Изменением положения переключателей коммутатора обеспечивается возможность сравнения выходных напряжений всех обмоток с напряжением обмотки, выбранной в качестве опорной.
Общие признаки заявляемого устройства и устройства-прототипа заключаются в том, что устройство содержит источник «фиктивной» мощности, эталонный счетчик, трансформатор напряжения, содержащий одну первичную обмотку и несколько вторичных обмоток. Выход канала напряжения источника соединен с первичной обмоткой трансформатора. Выход каждой вторичной обмотки трансформатора предназначен для подключения параллельной цепи одного поверяемого средства измерений. Выход канала тока источника соединен с последовательной цепью эталонного счетчика и предназначен для подключения к последовательно соединенным последовательным цепям поверяемого средства измерений.
Отличие от прототипа состоит в том, что заявляемое устройство содержит контрольный выход и коммутатор, обеспечивающий подключение контрольного выхода к любой из вторичных обмоток трансформатора. При этом параллельная цепь эталонного счетчика подключается к контрольному выходу.
Блок-схема, поясняющая работу заявляемого устройства, приведена на фигуре. Рассмотрен вариант поверки трех средств измерений электрической мощности и энергии, в качестве которых могут быть применены, например, однофазные счетчики электрической энергии, датчик тока которых выполнен на основе шунта. Для этого применяется трансформатор напряжения с тремя вторичными обмотками. При необходимости увеличения количества одновременно поверяемых СЧ, количество вторичных обмоток должно быть не менее требуемого количества.
Выход канала напряжения источника 1 подключен к первичной обмотке трансформатора 2. Каждая вторичная обмотка трансформатора 2 подключена к параллельной цепи одного из поверяемых СЧ 3, 4, 5 и к входу коммутатора 6. К контрольному выходу коммутатора 6 подключена параллельная цепь эталонного счетчика 7. К выходу канала тока источника 1 подключена цепь из последовательно соединенных последовательных цепей СЧ 3, 4, 5 и эталонного счетчика 7.
Устройство работает следующим образом.
Выходное напряжение источника 1 подается на первичную обмотку трансформатора 2. Напряжение вторичных обмоток подается на параллельные цепи поверяемых СЧ 3, 4, 5, имеющих приблизительно одинаковый импеданс параллельных цепей, и на вход коммутатора 6. Приблизительное равенство импеданса параллельных цепей поверяемых СЧ всегда выполняется при поверке счетчиков одного типа. Допускается поверяемые счетчики подключать не ко всем вторичным обмоткам трансформатора 2. При этом коммутатором 6 контрольный выход его должен быть подключен к любой из вторичных обмоток, к которой подключен поверяемый СЧ. Выходной ток источника 1 подается на входы последовательных цепей поверяемых СЧ 3, 4, 5 и эталонного счетчика 7. Путем сравнения, любым из известных методов, результатов измерений поверяемыми СЧ и, эталонным счетчиком 7, «фиктивной» мощности, определяется погрешность поверяемых СЧ. При одновременной поверке большого количества СЧ контрольный выход коммутатором 6 может быть подключен к любой вторичной обмотке трансформатора 2. Оптимальным, для получения минимальной погрешности измерения мощности и энергии, является состояние коммутатора 6, при котором контрольный выход его подключается к средней, из задействованных, обмотке.
Применение заявляемого устройства позволило обеспечить возможность одновременной поверки нескольких десятков однофазных средств измерений электрической мощности и энергии. Вносимая трансформатором 2 заявляемого устройства погрешность напряжения составила ±0,05 процента, угловая погрешность составила ±1,5 угловых минут. При применении в устройстве эталонного средства измерений с погрешностью ±0,05 процента обеспечена возможность поверки однофазных средств измерений электрической мощности и энергии класса точности 0,5 и менее точных.
Наибольший полезный эффект может быть получен при применении устройства при поверке нескольких десятков средств измерений электрической мощности и энергии.
Заявляемое устройство может быть реализовано на основе следующих приборов: в качестве источника 1 может быть использован однофазный источник питания установки для поверки счетчиков электрической энергии СУ001, изготавливаемый ОАО «Концерн Энергомера», г.Ставрополь; трансформатор 2 может быть изготовлен на основе двух сложенных вместе магнитопроводов ОЛ 93/177-50, изготавливаемых ООО «НПФ Стокма», г.Великий Новгород; коммутатор 6 может быть изготовлен на основе галетных переключателей ПГК; в качестве эталонного счетчика может быть применен ваттметр-счетчик эталонный многофункциональный СЕ603, изготавливаемый ОАО «Концерн Энергомера», г.Ставрополь.
Используемые источники информации:
1. Патент РФ №2255347 «Блок гальванической развязки для групповой поверки шунтовых счетчиков электроэнергии», МПК G01R 35/02, 15/00, пр. 31.12.2003.
2. Техническая документация ф. МТЕ «Testing of single-phase meters with closed IP links using voltage isolation transformers» http://www.mte.ch/inhalte/products/pdf/l_phase_closed_links_english. pdf.