Лаборатория метрологии электромагнетизма

ЛАБОРАТОРИЯ МЕТРОЛОГИИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

РУДНЫЙ

Николай Михайлович

Руководитель лаборатории с 1945 по 1958 г.

ВЕКСЛЕР

Адольф Зельманович

Руководитель лаборатории с 1958 по 1988 г.

ДИДИК

Юрий Иванович

Руководитель лаборатории с 1988 г. по настоящее время

Статья содержит информацию об основных направлениях деятельности лаборатории метрологическом обеспечении измерений большого электрического тока и измерений магнитных характеристик магнитомягких материалов, применяемых в электротехнике. Приведены также обзорные сведения о работе лаборатории, начиная с пятидесятых - шестидесятых годов прошлого века, а также сведения о современном уровне развития лаборатории и работах, выполняемых ее сотрудниками по испытаниям средств измерений, поверке, аттестации испытательного оборудования. В 2011 г. завершены две НИР по созданию и совершенствованию государственных первичных эталонов.

Библиографические ссылки в статье дают представление об основных видах и направлениях работ, выполненных в лаборатории.

Ключевые слова: метрология, большой электрический ток, магнитомягкие материалы, трансформаторы, магнитные потери, испытания, измерительные системы, эталоны, стандартные образцы.

Ю.И. Дидик

заведующий отделом электрических измерений, эксперт-метролог 620000, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 Тел./факс: (343) 350-23-13, 217-81-85 E-mail: lemma@uniim.ru

Лаборатория метрологии электромагнетизма существует в институте практически со времени его основания в 1942 г.; ранее она называлась лабораторией электромагнитных измерений. До 1958 г. лабораторией руководил Н.М. Рудный, с 1958 по 1988 г. - А.З. Век-слер, с 1988 г. руководителем лаборатории является автор настоящей статьи.

За истекшее время менялся кадровый состав лаборатории, проводились организационные мероприятия по выделению специализированных секторов, групп и лабораторий, а также последующему их объединению или слиянию.

Тематика лаборатории с начала ее функционирования формировалась с учетом разделения труда между инс-

титутами системы Госстандарта СССР, в частности ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, филиалом которого в то время являлся институт, и нашим институтом, ориентированным на промышленную метрологию. Задачи института, выполнявшиеся лабораторией, - метрологическое обеспечение измерений большого электрического тока (переменного и постоянного), а также измерений характеристик магнитомягких материалов, применяемых в промышленности (прежде всего - электротехнической стали).

В 50-60-е гг. закладывались основы для развития метрологического обеспечения измерений в названных областях техники. Работы в области магнитных измерений [1, 2, 5] продолжались при тесном сотрудничестве

с предприятиями промышленности и научно-иссследова-тельскими институтами [7, 8]. Первый тип стандартного образца магнитных свойств электротехнической стали был внесен в Государственный реестр стандартных образцов в 1976 г. как ГСО 859-76 (рис. 1). Он представляет собой известную «пробу Эпштейна» и востребован по настоящее время. В последующем число утвержденных типов стандартных образцов магнитных свойств магнитных материалов, аттестованных по удельной мощности магнитных потерь, увеличилось до девяти [9].

При активном участии специалистов института были разработаны стандарты на методы определения магнитных и электрических свойств электротехнической стали [10]. В 1993 г. была утверждена установка высшей точности для воспроизведения единиц мощности магнитных потерь в магнитомягких материалах [11], в 1996 г. утверждена соответствующая государственная поверочная схема [12].

Лаборатория в свое время внесла определенный вклад в развитие методов и средств измерений магнитных характеристик специальных ферромагнитных материалов при перемагничивании в импульсных полях [13, 14]. Выполнялись также работы по измерениям и метрологическому обеспечению в области малых магнитных потоков, включая импульсное перемагничивание [15-17].

В 70-80-х гг. активно развивались работы в области метрологического обеспечения измерений большого постоянного тока [18, 19]. Позднее в связи с резким спадом промышленного производства в 90-е гг. и другими сопутствующими причинами эти работы были практически свернуты. В настоящее время действует только один нормативный документ [20] в этой области измерений. Планируется восстановление данного направления работ.

Большой переменный ток измеряют с помощью масштабных преобразователей - трансформаторов тока - и соответственно этому организуют метрологическое обеспечение. Особенности построения прецизионных преобразователей тока трансформаторного типа отражены в работах Б.В. Захарова [6, 21]. Усилия специалистов института в данном виде измерений увенчались созданием в 1986 г. государственного эталона ГЭТ 152-86 и соответствующей поверочной схемы [22]. После утверждения эталон участвовал в международных сличениях; измерительные возможности, обеспечиваемые эталоном, были включены в базу данных МБМВ при ее создании.

Создание рынка электрической энергии привело к появлению спроса на метрологические работы в части поверки измерительных трансформаторов (в советское время поверка проводилась в подавляющем большинстве

Рис. 1. ГСО 859-76 и ГСО 2002-80 (вверху) в стандартной таре

Рис. 2. Установка «ЦИКЛ-1» в составе эталона единиц мощности магнитных потерь в магнитомягких материалах ГЭТ 198-2011

Сег^Аес! 1^егепсе Магепак № 3, 2012

¿3 г

Рис. 3. Уникальное оборудование собственной разработки в составе модернизированного эталона ГЭТ 152-2011

случаев только при выпуске измерительных трансформаторов из производства). Это обстоятельство благоприятно сказалось не только в отношении востребованности эталона, но и способствовало созданию рабочих эталонов и другого оборудования для целей поверки трансформаторов тока и напряжения, в том числе на месте их эксплуатации [23]. Своевременно был пересмотрен стандарт методики поверки трансформаторов тока [24].

В настоящее время государственный эталон ГЭТ 152 продолжает исправно функционировать, причем после проведенной модернизации его измерительные возможности отвечают уровню лидирующих в этом виде стран - участниц MRA (Германия, Канада, США).

Практическая деятельность лаборатории связана не только с эталонами, но также и с решением метрологических задач, вытекающих из потребностей практики как в электроэнергетике, так и в смежных областях деятельности. Например, это задачи неразрушающего контроля [25], метрологическое обеспечение измерительных систем различного назначения [26, 27], контроль метрологических характеристик средств измерений с развитым программным обеспечением [28]. Актуальными остаются задачи, связанные с контролем качества электрической энергии [28-31], измерением тока в специфических

условиях [32, 33]. Видна перспектива метрологического подхода к оценке небаланса электрической энергии на крупных энергообъектах [34].

Лаборатория с начала 90-х гг. активно проводит работы по испытаниям средств измерений в целях утверждения типа и поверке; кроме того, выполняются работы по калибровке средств измерений, аттестации испытательного оборудования и разработке методик измерений. Ежегодный объем поверок составляет 1500-2000 единиц. Квалификацию поверителя имеют 10 сотрудников лаборатории при общей штатной численности 15 человек.

По результатам испытаний средств измерений в целях утверждения типа в Государственный реестр за последние десять лет внесено 23 типа измерительных трансформаторов, в том числе 8 эталонных, 7 типов поверочных установок и приборов, 8 типов измерительных преобразователей, 5 типов регистрирующих приборов, 48 типов измерительных систем и 8 типов компонентов измерительных систем. Измерительные системы (за очень небольшим исключением) - это автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электрической энергии (АИИС КУЭ). Среди последних АИИС КУЭ таких электростанций, как Сургутская ГРЭС-1, Красноярская ГЭС, Саяно-Шушенская ГЭС, Зейская ГЭС, Бурейская ГЭС, Иркутская ГЭС, Братская ГЭС и др.

Из работ, связанных с выполнением аттестации испытательного оборудования, можно отметить значительные по объему работы по аттестации испытательных станций, предназначенных для испытаний силового трансформаторного оборудования, на трех промышленных площадках предприятий, выпускающих силовые и преобразовательные трансформаторы для нужд энергетики.

Для иллюстрации положительной динамики развития лаборатории достаточно сказать, что в 2011 г. были завершены две научно-исследовательские работы по развитию эталонной базы РФ. Межведомственными комиссиями были приняты с положительным результатом работа по созданию Государственного первичного эталона единиц мощности магнитных потерь ГЭТ 198-2011 (с участием лаб. 261) (рис. 2) и работа по модернизации Государственного первичного эталона единиц коэффициента и угла масштабного преобразования синусоидального тока ГЭТ 152-2011 (рис. 3). Оба представленных эталона подтвердили заявленные метрологические характеристики при сличениях в РТВ (Германия) [35], а по мощности магнитных потерь также в Чешском метрологическом институте (СМ1).

ЛИТЕРАТУРА

1. Буланова А.И. Исследование ваттметрового метода измерения потерь при одновременном намагничивании электротехнической стали постоянным и переменным полями / А.И. Буланова, А.З. Векслер, Н.М. Рудный // Магнитные измерения и исследования : Труды ВНИИМ. - Вып. 29 (89). - М. : Л. : Машгиз, 1956. - С. 127-138.

2. Ягола Г.К. Высокочувствительный ваттметр для измерения потерь в листовых магнитных материалах / Г.К. Ягола, Н.М.Рудный // Магнитные измерения и исследования : Труды ВНИИМ. - Вып. 29 (89). - М. : Л. : Машгиз, 1956. - С. 139-149.

3. Рудный Н.М. Применение метода двойного уравновешивания одинарного моста при сличении комбинированных мер малого сопротивления / Н.М. Рудный // Исследования в области электрических измерений : Труды ВНИИМ. - Вып. 38 (98). - М. : Л. : Машгиз, 1959. - С. 71-75.

4. Румянцев А.С. О погрешностях шунтов для измерения больших токов / А.С. Румянцев, А.А. Чухланцев, Е.П. Дубовик // Исследования в области электрических измерений : Труды ВНИИМ. - Вып. 38 (98). - М. : Л. : Машгиз, 1959. - С. 76-85.

5. Рудный Н.М. Измерение потерь в ферромагнитных материалах при одновременном намагничивании полями различных частот / Н.М. Рудный, А.З. Векслер, А.И. Буланова // Электричество. - 1961. - № 1. - С. 48-51.

6. Захаров Б.В. Расчет намагничивания ферромагнитных колец внешним полем / Б.В. Захаров // Электричество. - 1965. -№ 4. - С. 74-78.

7. Векслер А.З. Магнитные характеристики и вопросы испытания электротехнических сталей / А.З. Векслер // Метрология. -1972. - № 1. - С. 53-63.

8. Совершенствование системы метрологического обеспечения испытаний магнитных материалов в диапазоне частот 0-1 МГц / В.Г. Антонов [и др.] // Метрология. - 1983. - № 9. - С. 33-41.

9. ДидикЮ.И. Метрологическое обеспечение измерений магнитных потерь в магнитомягких материалах при синусоидальном режиме перемагничивания / Ю.И. Дидик, Г.С. Корзунин, В.П. Малюк // Дефектоскопия. - 2003. - № 5. - С. 68-76.

10. ГОСТ 12119.0.98... ГОСТ 12119.8.98. Сталь электротехническая. Методы определения магнитных и электрических свойств.

11. Создание установки высшей точности для воспроизведения единицы магнитных потерь в магнитомягких материалах при непрерывном синусоидальном режиме перемагничивания (заключительный отчет) : отчет по НИР / науч. рук. Л.Я. Пос-товалова. - Шифр темы 03.01.13.01. - Екатеринбург : УНИИМ, 1993.

12. МИ 2378-96. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений магнитных потерь в магнитомягких материалах в диапазоне частот от 50 Гц до 200 кГц.

13. Векслер А.З. Магнитные характеристики при прямоугольной форме кривой напряженности магнитного поля и э.д.с. «Исследования в области магнитных измерений» / А.З. Векслер // Труды метрологических институтов СССР. - Вып. 120 (180). - М.-Л., 1971. - С. 113-121.

14. Любимцев М.Я. Применение аналого-цифрового стробоскопического преобразования для исследования свойств магнитно-мягких материалов / М.Я. Любимцев, А.А. Михайлов / Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники : тез. докл. на XV Всесоюз. совещ. - М., 1976. - С. 453-454.

15. Тетюрев С.М. Установка для измерения параметров статической петли гистерезиса миниатюрных ферромагнитных сердечников / С.М. Тетюрев / Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники : тез. докл. на XV Всесоюз. совещ. - М., 1976. - С. 449-450.

16. Дидик Ю.И. Метрологическое обеспечение средств измерений магнитного потока в нановеберном диапазоне / Ю.И. Дидик // Измерительная техника. - 1981. - № 9. - С. 54-56.

17. Разработка установки высшей точности для аттестации стандартных образцов магнитных свойств магнитомягких материалов в диапазоне 50 нВб - 10 мкВб с погрешностью 2-5 % : отчет о НИР / рук. Ю.И. Дидик. - № ГР 01826059464. -Свердловск : СФ ВНИИМ, 1985.

18. Плетнев В.В. Установка для поверки измерительных трансформаторов постоянного тока / В.В. Плетнев // Исследования в области электрических измерений : Труды метрологических институтов СССР. - 1975. - Вып. 178 (238). - С. 32-39.

19. Семенко Н.Г. Исходная поверочная установка для средств измерений большого постоянного тока / Н.Г. Семенко, Э.Н. Чернова, В.А. Красносельских // Измерительная техника. - 1985. - № 7. - С. 47-48.

20. МИ 1991-89. ГСИ. Преобразователи измерительные электрических величин. Шунты постоянного тока. Методика поверки.

21. Захаров Б.В. Применение образцового двухступенчатого трансформатора тока для целей поверки / Б.В. Захаров // Измерительная техника. - 1980. - № 5. - С. 65-67.

22. ГОСТ 8.550-86. ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений коэффициента и угла масштабного преобразования синусоидального тока.

23. О работах УНИИМ в области метрологического обеспечения измерений большого переменного тока / Б.В. Захаров, Ю.И. Сычев, Ю.И. Дидик, Е.Л. Башко / Метрология - Измерения - Учет и оценка качества электрической энергии : сб. мат. 1-й науч.-техн. конф. - СПб., 2008. - С. 53-57.

24. ГОСТ 8.217-2003. ГСИ. Трансформаторы тока. Методика поверки.

Certified Reference Materials № 3, 2012 ^^

25. ГОСТ Р 8.637-2007. ГСИ. Стандартные образцы для метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля трубопроводов. Общие требования.

26. Ахмеев А.А. Аэрологический радиолокатор как средство измерений / А.А. Ахмеев, Ю.И. Дидик, В.Э. Иванов // Измерительная техника. - 2003. - № 6. - С. 61-63.

27. Дидик Ю.И. Классификация погрешностей при измерениях электрической энергии / Ю.И. Дидик / сб. докл. 3-й науч.-практич. конф. «Метрология электрических измерений в электроэнергетике». - М. : НУЦ «ЭНАС», 2003.

28. МИ 2551-99. ГСИ. Универсальный регистратор-анализатор качества электрической энергии. Методика поверки.

29. МИ 2536-99. ГСИ. Показатели качества электрической энергии на объектах учета. Общие требования к методикам выполнения измерений.

30. Анализ состояния и метрологического обеспечения измерений показателей качества электрической энергии / В.Н. Никифорова, А.А. Алексеев, А.С. Бердин, Ю.И. Дидик // Законодательная и прикладная метрология. - 1997. - № 6. - С. 36.

31. Актуальные вопросы мониторинга качества электрической энергии / В.С. Соколов [и др.] // Технологии электромагнитной совместимости. - 2002. - № 1. - С. 61-68.

32. Влияние искажений синусоидальной формы кривых тока и напряжения на погрешности измерительных трансформаторов / Н.Е. Миронюк [и др.] // Электричество. - 2005. - № 2. - С. 31-36.

33. Дидик Ю.И. Метрологическое обеспечение измерения тока вторичного контура контактных машин / Ю.И. Дидик, Ю.Е. Иоффе, Д.К. Симо // Технология машиностроения. - 2008. - № 7. - С. 30.

34. Проведение исследований по анализу небаланса электрической энергии на Красноярской ГЭС : отчет о НИР / рук. Ю.И. Дидик, отв. исп. В.В. Сендецкий. - Екатеринбург : ФГУП «УНИИМ», 2009. - 50 с.

35. Mohns E. PTB - UNIIM Comparison on Current Transformer Measurement Systems at Currents up to 60 000 A / E. Mohns, Y. Sychev, G. Roeissle // CPEM-2012 Reports. - Pp. 18-19.