Требования к проверочному оборудованию. Точность: необходимая и достаточная.

Точность – основной параметр проверочного оборудования, к которому всегда предъявляются высокие требования. В статье данный параметр рассматривается с точки зрения необходимости и достаточности уровня точности для проверки всех типов устройств РЗиА.

Ключевые слова: РЕТОМ, РЗиА, точность, ток, напряжение, фаза.

В условиях интенсивного развития релейной защиты неизбежно повышаются и требования, предъявляемые к оборудованию для ее диагностики. Главными из них является возможность регулирования в широких пределах и измерения величин тока и напряжения, времени срабатывания и возврата устройств, мощности, сопротивления, частоты, фазы. Кроме этого, специалистами энергетических служб предъявляются высокие требования к точности. Именно точность является для многих потребителей главным критерием при выборе проверочных устройств, поскольку считается, что чем выше точность испытательного оборудования, тем достовернее результаты проверок.

Какая же точность воспроизводимых величин тока, напряжения и фазы необходима для проверки электромеханических, полупроводниковых, а также современных микропроцессорных устройств?

Помимо точности важным является и соответствие параметров измерения проверяемого и проверочного оборудования.

В аварийной ситуации происходит искажение сигналов тока и напряжения, которые имеют несинусоидальную форму, поэтому точность измерения этих параметров составляет 4-10 %.

Для различных типов защит существуют разные способы тестирования, и от них напрямую зависят требования к точности диагностического оборудования. Например, при проверке реле тока, заключающейся в фиксации срабатывания реле при значениях тока, отличающихся на 10 % от уставки Iу (т.е. при 0,9*Iy реле не должно срабатывать, а при 1,1*Iy происходит срабатывание), точность диагностического прибора достаточна на уровне 1-2 %. Однако, для определения точного значения заданной уставки требуется точность – 0,5%.

Рассмотрим проверку наиболее сложного типа защит – междуфазного реле сопротивления и вычислим допускаемые погрешности воспроизведения по току, напряжению и углу. Относительная погрешность реле сопротивления находится в пределах 5-7 %. В соответствии с метрологическими нормами его проверки проверочное оборудование должно обладать суммарной погрешностью не более 1%. Учитывая работу реле в широком диапазоне уставок и сложную форму его характеристики, речь должна идти об относительной погрешности.

Для срабатывания реле необходимо подавать определенные значения линейного тока и линейного напряжения, развернутые на определенный угол относительно друг друга. Как известно, модуль вектора сопротивления определяется по формуле Z=U/I, а угол вектора равен углу между током и напряжением. Суммарная погрешность измерения сопротивления вычисляется, как корень квадратный из суммы квадратов погрешностей всех параметров, участвующих в измерении:

    (1)

где: du – погрешность по линейному напряжению, di – погрешность по линейному току.

Для создания линейного тока используются две развернутые между собой на 180 градусов фазы тока с одинаковым значением. Отсюда погрешность линейного тока:

    (2)

где: di1 – погрешность первой фазы тока, di2 – погрешность второй фазы тока, dφi – влияние угла на величину линейного тока.

Аналогично, для создания линейного напряжения используются две фазы с одинаковым значением и с определенным углом между ними, и тогда погрешность линейного напряжения определяется по формуле:

    (3)

где: du1 – погрешность первой фазы напряжения, du2 – погрешность второй фазы напряжения, dφu – влияние угла на величину линейного напряжения.

Возьмем для илюстрации значения погрешностей тока, напряжения и угла фазового сдвига, указанные в листе технических данных прибора РЕТОМ-61, и подставим в формулы (1), (2), (3). Получаем, что суммарная погрешность прибора для проверки междуфазного реле сопротивления соответствует указанной выше точности 1%, причем с большим запасом. Следовательно, точность прибора РЕТОМ-61 достаточна и для проверки любых других типов реле (реле тока, напряжения, мощности и т.д.).

С другой стороны, для проверки различных защит проверочное оборудование должно иметь широкий диапазон изменения тока и напряжения – практически от нуля и до максимального значения при минимальном шаге регулирования. Реализовать относительную погрешность в широком диапазоне изменения параметра достаточно сложно, поэтому обычно применяется сумма из относительной и абсолютной погрешностей, и для обеспечения высокой точности абсолютная составляющая максимально уменьшается. Например, в приборе РЕТОМ-61 гарантированная погрешность по напряжению составляет 0,004*x+0,00004*Xk, где 0,004*x соответствует 0,4% относительной погрешности, а 0,00004*Xk – 0,004% абсолютной, вычисляемой от максимальной величины диапазона. На рисунке 1, кривая красного цвета соответствует гарантированной погрешности воспроизведения напряжения, а зеленого – реальной погрешности одной фазы.

Эта кривая получена путем анализа приборов при первичной и периодической поверке и соответствует погрешности 0,001*x+0,00001*Xk.

Рисунок 1. Гарантированная и реальная погрешности каналов напряжения прибора РЕТОМ-61.

Из рисунка видно, что реальная абсолютная погрешность по напряжению прибора РЕТОМ-61 выше 0,2%, что более чем достаточно для проверки всех типов защит.

Для токовых каналов ситуация аналогичная. На рисунке 2 представлена характеристика одного канала тока, которая расположена гораздо ниже кривой гарантированной точности. В зоне рабочих значений тока реальная относительная погрешность составляет 0,1-0,2%. В начале диапазона, абсолютная погрешность не превышает минимальный шаг регулирования тока – 1 мА, что является достаточным для большинства проверок. В случаях, когда требуется высокая точность измерений при малых токах, рекомендуется подключать понижающий трансформатор тока, например, преобразователь тока РЕТ-10, входящий в состав комплекса РЕТОМ-61.

Рисунок 2. Гарантированная и реальная погрешности каналов тока прибора РЕТОМ-61.

Погрешность по углу определяется при измерении линейного напряжения. Например, при формировании линейного напряжения 100 В требуются две фазы напряжения величиной 57,73 В с углом между ними, равным 120 градусов. На рисунке 3 показана зависимость линейного напряжения от угла между фазами.

Рисунок 3. Зависимость линейного напряжения от угла между фазами.

Из рисунка видно, что величина линейного напряжения прямо пропорционально зависит от погрешности фазы. Прибор РЕТОМ-61 выдает линейное напряжение на уровне 0,1-0,2 %, следовательно, отклонение угла между фазами не должно превышать 0,2 градуса, или абсолютная погрешность для каждой фазы должна составлять не более 0,1 градуса. Более углубленный анализ с применением метода трех вольтметров показал, что абсолютная погрешность задания фазы не превышает 0,003 градуса. Но поскольку в настоящее время не существует фазометров со столь высокой точностью, проверить это не представляется возможным. Широко распространённый фазометр типа Ф2-34 имеет точность 0,1 градуса, и в схеме его использования приходится применять различные элементы преобразования тока в напряжение, которые вносят в измерения собственные погрешности. Таким образом, в широком диапазоне сигнала при высокой реальной точности измерения, мы можем гарантировать только ±1 градус.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что для получения достоверных результатов проверок устройств РЗА достаточна относительная точность воспроизводимых параметров на уровне 0,5%. Таким образом, испытательный комплекс РЕТОМ-61, который мы рассматривали в качестве примера, имея типовую точность 0,1% в широком диапазоне нагрузок и условий работы, полностью отвечает всем высоким требованиям по тестированию современных микропроцессорных устройств РЗА, а, следовательно, и по проверке электромеханических и полупроводниковых защит.

Следует отметить, что гарантированная точность на уровне 0,5% современных проверочных устройств также соответствует возможностям центров стандартизации и метрологии, осуществляющим поверку этих приборов и располагающим стандартным оборудованием для этих целей. Повышение же гарантированной точности до 0,1 % (с типовой точностью до 0,015%) влечет за собой не только увеличение на порядок стоимости проверочного оборудования ввиду применения дорогостоящих компонентов в аппаратной части прибора, но и сделает его эксплуатацию более дорогой, так как стоимость периодической поверки с применением оборудования более высокого класса точности увеличится в разы.

Помимо требований к точности проверочного оборудования существует ряд вопросов, требующих рассмотрения, таких как, необходимые диапазоны выходных параметров, уровень мощности, минимальный шаг регулирования частоты, необходимое количество дискретных входов и выходов. Эти, а также другие вопросы будут рассмотрены в следующей публикации НПП «Динамика».