Спосіб корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії

Корисна модель відноситься до електровимірювальної техніки і може бути використана у вимірювальних комплексах, які здійснюють комерційний або технічний облік електроенергії у виробника, постачальника і споживача. Відомі способи корекції похибок окремих компонентів, а саме: трансформаторів струм у і трансформаторів напруги, які входять до складу вимірювального комплексу електроенергії [1-3]. Їх недоліками є неможливість корекції похибки трансформаторної схеми увімкнення лічильника електроенергії та забезпечення високої точності вимірювального комплексу в цілому, неврахування залежності похибки вимірювального комплексу від коефіцієнта потужності електромережі. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб корекції результату вимірювання електроенергії вимірювальним комплексом, який складається з вимірювальних трансформаторів струму і напруги та лічильника електроенергії, коли до кількості електроенергії, врахованої лічильником, додають її відсоток, який визначається за номограмою [4]. Практична реалізація цього способу передбачає стале споживання електроенергії і крім лічильника активної електроенергії потребує приладів для вимірювання активної та реактивної потужностей лінії та контролю їх стабільності. Для визначення згаданого відсотку необхідно мати набір номограм, які відповідають різним можливим на практиці коефіцієнтам потужності навантаження, а користування ними включає обов'язкову процедуру лінійної інтерполяції для точки, яка відповідає конкретним завантаженню трансформатора струму первинним струмом і навантаженню вторинного кола трансформатора напруги. Отже, визначення відсотку електроенергії, який додається до електроенергії врахованої лічильником, є приблизним, а сама ця процедура не автоматизована. Розв'язання задачі внесення поправки до показань лічильника електроенергії в загальному випадку вимірювань, коли реальне струмове завантаження електромережі впродовж розрахункового періоду обліку електроенергії часто змінюється і може набувати будьякого значення з робочого діапазону, що становить 0,01-1,2 номінального значення струму, а кількість таких змін впродовж розрахункового періоду, тривалістю наприклад, місяць, може бути досить значною, цим способом практично неможливе або ж буде доволі приблизне. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії за яким, завдяки вимірюванню та контролю діючих значень струму та напруги, тривалості та кількості інтервалів часу зі сталим стр умовим завантаженням лінії, обчисленню та внесенню в автоматичному режимі поправки, відповідної виміряним значенням струму та напруги, до результату вимірювання потужності на усі х будь-якої тривалості інтервалах часу розрахункового періоду, що характеризуються сталим значенням струму, досягається значне зменшення результуючої по хибки вимірювального комплексу електроенергії не лише в режимах сталого її споживання, а й при нестабільних впродовж розрахункового періоду значеннях робочого струму і коефіцієнта потужності навантаження, зменшується похибка вимірювального комплексу, підвищується рівень автоматизації вимірювань електроенергії і зменшуються її метрологічні втрати. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії вимірюють похибки трансформаторів струму та напруги, активну і реактивну потужності та активну енергію, визначають відповідну виміряним значенням похибки та потужностей поправку, яку вносять до виміряних значень активної енергії, і згідно корисної моделі, додатково програмують у пристрої корекції залежності похибок трансформатора струму від величини первинного струму, вимірюють діючі значення струму лінії, вимірюють тривалість і кількість інтервалів часу розрахункового періоду обліку електроенергії, впродовж котрих діюче значення струму лінії вважають сталим, визначають поправку на кожному такому інтервалі часу з урахуванням відповідних цьому інтервалу виміряних значень струму та напруги, вносять поправку на кожному вказаному інтервалі в процесі вимірювання електроенергії автоматично, вимірюють електроенергію, спожиту на кожному інтервалі часу зі сталим значенням струму, обчислюють енергію, спожиту за розрахунковий період як суму енергій, спожитих на усіх інтервалах часу зі сталим значенням струму, які в сумі складають розрахунковий період обліку. Крім цього, ще одна відмінність полягає в тому, що додатково програмують у пристрої корекції залежності похибок трансформатора напруги від первинної напруги, вимірюють діюче значення напруги лінії і при визначенні поправки враховують залежність похибок трансформатора напруги від величини виміряної первинної напруги. Наступна відмінність полягає в тому, що додатково вимірюють рівень втрат напруги у вторинному колі трансформатора напруги, програмують значення втрат напруги в пристрої корекції і враховують його при визначенні поправки. Відмінність також може полягати в тому, що додатково вимірюють додаткові похибки лічильника електроенергії, зумовлені зміною діючих величин в реальних умовах експлуатації, програмують їх значення в пристрої корекції і враховують при визначенні поправки. Порівняльний аналіз відомих те хнічних рішень показує, що запропонований спосіб корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії є найбільш точним, оскільки забезпечує в цілому значно технічно досконале коригування результуючої похибки вимірювального комплексу впродовж розрахункового періоду, здійснюючи його на кожному інтервалі із всієї можливої множини інтервалів часу розрахункового періоду, які характеризуються сталим рівнем струму і незмінним коефіцієнтом потужності навантаження, з внесенням поправки, яка відповідає конкретним інтервалу і режиму споживання електроенергії і враховує більшу кількість впливаючих на її значення факторів. На основі наведеного вище можна зробити висновок, що сук упність суттєви х ознак, які викладені у формулі винаходу є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату - підвищення точності вимірювальних комплексів електроенергії, що складаються з вимірювальних трансформаторів струм у та напруги і лічильників електроенергії, підвищення рівня автоматизації вимірювань, зменшення метрологічних втрат електроенергії. Способі корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії здійснюють за допомогою пристрою, що пояснюється кресленням, на якому зображено блок-схему пристрою і ЕОМ, за допомогою якої в пристрої програмуються значення похибок трансформатора струму та напруги, втрати напруги у вторинному колі трансформатора напруги та додаткові похибки лічильника електроенергії. На кресленні ua(t), u b(t), u c(t) - миттєві значення вторинних фазних напруг трифазного трансформатора напруги або вторинних напруг трьох однофазних трансформаторів напруги, ia(t), іb(і), ic(t) - миттєві значення вторинних струмів трансформаторів струму фаз а , b і с лінії. Пристрій складається з блоків 1 і 2, призначених відповідно для вимірювання діючих значень струму I1j і напруги U1j лінії, які каналами передачі цифрової інформації з'єднані з блоками 3 і 4, призначеними для вимірювання активної PBj та реактивної QBj потужностей, а також зі спеціальним блоком 6, призначеним для обчислення поправки dj(I1j,jj) і її внесення до результату вимірювання електричної потужності Pj. Другий ви хід блока 1, який також здійснює визначення та контроль рівня вимірюваного струму I1j і часових інтервалів tj протягом яких цей рівень залишається сталим, з'єднаний з входом блока 7. Вихід блоку 3 з'єднаний з точкою, яка поєднує входи блоків 5 і 6. Другий вхід блока 5, який призначений для визначення кута зсуву jj між первинними струмом I1j і напругою U1j, з'єднаний з виходом блоку 4, а його вихід ввімкнений на один із входів блоку 6. Ви хід блоку 6 ввімкнений на вхід блока 7, який призначений для обчислення електроенергії, спожитої протягом усього розрахункового періоду. Спосіб реалізують таким чином. При подачі на вхідні затискачі пристрою напруг ua(t), ub(t), uc(t) та струмів ia(t), іb(і), ic(t) контрольованої електромережі на виходах блоків 1 і 2 з'являються виміряні, з урахуванням коефіцієнтів трансформації вимірювальних трансформаторів, діючі значення U1j, I1j напруги та струму лінії в цифровому представленні, які поступають на входи блоків 3, 4 і 6. З виходу блоку 3 цифровий еквівалент виміряної активної потужності Pj лінії подається на входи блоків 5 і 6. Виміряне блоком 4 значення реактивної потужності QBj лінії в цифровому вигляді поступає на другий вхід блока 5, який здійснює вимірювання кута jj і передає результат вимірювання до спеціального блока 6. В останньому, на основі виміряних пристроєм величин I1j, U1j, РBj і jj, з урахуванням запрограмованих в пристрої за допомогою ЕОМ залежностей похибок трансформаторів струму та напруги від величини їх вхідних сигналів, здійснюється обчислення похибки вимірювання активної потужності dj(I1j ,jj) і її корекція шляхом обчислення Pj. В блоці 7 здійснюється обчислення електроенергії Ea, спожитої протягом усіх n інтервалів часу з тривалістю tj розрахункового періоду. Реалізація запропонованого способу потребує поступового здійснення наступних операцій: - програмування в пристрої корекції - інтелектуальному багатофункціональному лічильнику електроенергії залежностей струмової та кутової похибок трансформатора струму від величини його первинного струму, залежностей похибки напруги та кутової похибки трансформатора напруги від величини його первинної напруги, отриманих під час їх метрологічної повірки на місці експлуатації; - програмування виміряної реальної величини втрат напруги у вторинному колі трансформатора напруги; - програмування реальних, експериментальне визначених, залежностей додаткових похибок лічильника від впливових величин у ви гляді таблиць, графіків або аналітичне; - вимірювання і контроль діючих значень струму I 1j та напруги U1j лінії, вимірювання тривалості періодів часу tj зі сталим струмовим завантаженням електромережі, активної PBj та реактивної QBj потужностей і кута зсуву jj між струмом I1j та напругою U1j; - обчислення похибки вимірювання електричної потужності, зумовленої одним з вказаних вище чинників, наприклад трансформаторною схемою увімкнення лічильника, на окремих інтервалах часу tj зі сталим струмовим завантаженням за наступним виразом: d j (I1j , j j ) = f TCj (I1j / I1HOM ) + f THj + + 0,291× 10 -3 [ q TCj (I1j / I1HOM ) - q TCj ] tg j j де tTCj(I1j/I1HOM), qTCj(I1j/I1HOM) - відповідно відносна струмова і абсолютна кутова (в хвилинах) похибки трансформатора струму на j-ому часовому інтервалі з конкретним сталим значенням первинного струму, віднесеного до його номінального значення, I1j/I1HOM; fTCj, qTCj - відносна похибка напруги і абсолютна кутова похибка (в хвилинах) трансформатора напруги; j - порядковий номер часового проміжку зі сталим струмовим завантаженням електромережі. - внесення поправки до результату вимірювання електричної потужності PBj, на j-ому часовому інтервалі за наступним виразом: Pj=PBj/1+dj(I1j ,jj), де Pj, PBj - відповідно дійсне і виміряне значення активної потужності на j-ому часовому інтервалі. - обчислення кількості спожитої протягом розрахункового періоду електроенергії за виразом: t2 E a = ò P(t )dt = t1 n åP j t j j =1 де t1, t2 - моменти початку і кінця облікового періоду; tj - тривалість j-ого інтервалу часу зі сталим режимом споживання електроенергії; n - кількість інтервалів часу зі сталим стр умовим завантаженням протягом облікового періоду t2-t 1. Наприклад, реалізація способу корекції похибки вимірювального комплексу, який складається з трансформатора струму, трансформатора напруги і лічильника електроенергії, усі класів точності 0,5, за умов номінальної напруги, зміни струму в діапазоні (0,05-і,2)I1HOM та коефіцієнта потужності cosj контрольованого приєднання, який дорівнює 0,5, зменшує результуючу похибку вимірювального комплексу в 4 і більше разів. Таким чином, у порівнянні з прототипом, використання способу корекції похибки вимірювального комплексу електроенергії за допомогою пристрою для його здійснення, за якими вимірюються діючі значення струму та напруги лінії, тривалість і кількість часових інтервалів розрахункового періоду обліку, впродовж котрих режим споживання електроенергії вважається стабільним, поправка визначається і вноситься до показань лічильника електроенергії автоматично в темпі процесу вимірювання з урахуванням динаміки рівня споживання електроенергії дозволяє досягнути нового технічного результату - розширити функціональні можливості лічильника, підвищити точність вимірювального комплексу, рівень автоматизації вимірювання електроенергії, зменшити її метрологічні втрати. Джерела інформації: 1. Соколова Р.Н. Емкостный трансформатор напряжения с коррекцией. Электрические станции. 1979, №12, С. 17-20. 2. Стогний Б.С., Годлевский B.C., Кириленко А.В., Демин А.Е. Структурные методы восстановления входного сигнала электромагнитных измерительных преобразователей тока. Техн. электродинамика. 1985, №1, С.96-102. 3. Косолапов A.M. Метод улучшения метрологических характеристик средств измерений с гальванической развязкой. Измерительная техника. 1990, №4, С.43-45. 4. Лях В. В., Квицинський А. О. Оцінка втрат електроенергії при влаштуванні обліку з використанням вимірювальних трансформаторів. Новини енергетики. 2002, №7, С.46-48.