© «НПП Марс-Энерго» Санкт-Петербург 2011 НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «Марс-Энерго» приборы для электроэнергетики Стремление к точности Комплекс рабочих эталонов в области высоких напряжений переменного и постоянного тока

2 Содержание 1.Цели и задачи формирования эталонных комплексов в области высоких напряжений 2.Основные компоненты эталонных комплексов Эталонные первичные преобразователи Источники высокого напряжения Эталонные измерительные приборы 3.Назначение и область применения эталонных комплексов, различные варианты комплектации в зависимости от решаемых задач

3 Цели и задачи 1.Обеспечение потребностей электроэнергетики в т. ч. в высоковольтных метрологических лабораториях. 2.Приборное обеспечение коммерческих метрологических служб, государственных метрологических центров, национальных метрологических институтов. 3.Научно-исследовательская работа. 4.Необходимость точных измерений для построения интеллектуальных электрических сетей.

4 Первичные преобразователи напряжения Дифференциальный измеритель высокого напряжения постоянного тока ИДН-100÷ 3 00 Предназначен для использования в качестве эталона высокого напряжения постоянного тока в национальных метрологических центрах. Основные технические характеристики: рабочий диапазон 100– 3 00 кВ; пределы допускаемой погрешности в данном диапазоне ±0,02 %.

5 Первичные преобразователи напряжения Резистивно-емкостной делитель высокого напряжения переменного и постоянного тока ДНИ-100÷300 Предназначен для исследования метрологических характеристик, поверки и калибровки делителей высокого напряжения и аттестации испытательных установок постоянного тока в метрологических лабораториях. Основные технические характеристики: рабочий диапазон 100–300 кВ; пределы допускаемой погрешности в данном диапазоне ±0,1 %.

6 Первичные преобразователи напряжения Емкостной делитель высокого напряжения переменного тока КИВ-100÷300 Предназначен для: комплектования высоковольтного эталонного комплекса; испытаний высоковольтной изоляции. Основные технические характеристики: рабочий диапазон 100–300 кВ; пределы допускаемой погрешности в данном диапазоне ±0,05 %.

7 Первичные преобразователи напряжения Эталонный дифференциальный высоковольтный измеритель типа ИДН-100 Основным элементом эталонной установки является дифференциальная мера, которая обеспечивает компенсацию большей части измеряемого высокого напряжения постоянного тока (до 1 00 кВ) в реальном масштабе, а малая часть (до 1 кВ) измеряется цифровым вольтметром.

8 Первичные преобразователи напряжения Конструкция ИДН-100 Модуль на напряжение 100 кВ состоит из 100 последовательно соединенных плат по 1 кВ, на которых расположены последовательно соединенные ячейки «идеального стабилитрона», разработанного на базе прецизионных опорных источников напряжения фирмы «Texas Instruments», и в широком диапазоне токов стабилизации (2,5÷8 мА) обеспечивает неизменное напряжение стабилизации (максимальная нестабильность не превышает 50 ppm) с температурным дрейфом не выше 3 ppm/°C. Для выравнивания потенциала электрического поля на верхнем модуле устанавливается металлический экран.

9 Проблема поверки ИТН емкостного типа Поверка ИТН емкостного типа на местах эксплуатации на напряжение от 110 кВ и выше в настоящее время затруднена или невозможна. Причина отсутствие доступных источников высокого напряжения с необходимыми техническими характеристиками. Эта проблема обусловлена тем, что к регулируемому источнику высокого напряжения предъявляются довольно жесткие требования. Источник должен обеспечивать значительный ток в нагрузке (порядка 0,5 А), соответственно выходную мощность не менее 50 кВА и регулировку напряжения на нагрузке 80, 100 и 120 % от номиналь- ного значения. Кроме того, он должен обеспечивать возможность регулирования частоты напряжения в нагрузке в пределах от 49 до 51 Гц с отклонением частоты от любых установленных значений в указанном диапазоне не более ±0,1 Гц. Поверка должна произво- диться на местах эксплуатации, что предъявляет дополнительное требование по мобильности элементов этого источника. Источники высокого напряжения

10 Источники высокого напряжения Возможные решения проблемы Для решения проблем с поверкой ИТН емкостного типа «НПП Марс-Энерго» разрабатывается специальный регулируемый источник высокого напряжения 110–330 кВ. Наиболее пригодным и перспективным представляется построение регулируемого источника высокого напряжения по следующей топологической схеме: Мотор- генератор Повышающий трансформатор Индуктивно- емкостной преобразователь

11 Источники высокого напряжения Мотор-генератор с системой управления предназначен для формирования переменного напряжения от 0 до 220 В с регулируемой частотой в пределах от 49 до 51 Гц. Выбор мотор-генератора обусловлен тем, что он компактен, не критичен в эксплуатации, выдает чистую форму сигнала и четко обеспечивает заданный амплитудно-частотный диапазон работы. Повышающий трансформатор предназначен для простого повышения напряжения с 220 В до 10–12 кВ. Основным элементом регулируемого источника высокого напряжения является индуктивно-емкостной преобразователь. Данный преобразователь содержит линейные реактивные элементы L и C и основан на явлениях резонанса в электрических цепях. Регулируя напряжение на выходе мотор-генератора, можно будет установить необходимое напряжение на измерительном трансформаторе. Для обеспечения стабильной и точной работы регулируемого источника высокого напряжения вся установка обвязана обратными связями по напряжению и частоте.

12 Эталонные измерительные приборы Вольтметр амплитудный постоянного и переменного тока ВА-3.1 Амплитудный вольтметр ВА-3.1 специально разработан для применения в высоковольтных лабораториях, где необходимо обеспечить высокую точность измерений.

13 Эталонные измерительные приборы Вольтметр амплитудный ВА-3.1 предназначен для: измерения амплитудных и пиковых значений переменного напряжения частотой до 500 Гц по трем каналам (в том числе по разностному каналу); измерения пиковых значений переменных, постоянных напряжений и переменных напряжений с доминирующей постоянной составляющей, в т. ч. апериодических; измерения высоких испытательных напряжений, в т. ч. в соответствии с ГОСТ 17512–82 и ГОСТ –97.

14 Эталонные измерительные приборы Область применения Вольтметра амплитудного ВА-3.1: тестирование, калибровка и поверка: - трансформаторов напряжения, - высоковольтных переключателей, - устройств защиты от перенапряжений; поверка и калибровка амплитудных и пиковых вольтметров класса 0,2 и менее точных; испытания изоляции по ГОСТ –97; аттестация измерительных систем по ГОСТ 17512–82; комплектование высокоточных киловольтметров; научные исследования и разработки. Амплитудный вольтметр ВА-3.1 в составе эталонного измеритель- ного комплекса Высоковольтная Лаборатория «Марс-Энерго»

15 Научно-исследовательская работа Область применения эталонных комплексов Применение Вольтметра амлитудного ВА-3.1 в высоковольтных измерительных системах совместно с первичными преобразователями и делителями напряжения

16 Научно-исследовательская работа Одним из важных направлений развития эталонной базы является НИР и участие в межлабораторных сличениях эталонов. В «Марс-Энерго» разрабатывается комплект измерительного оборудования, включающего эталонные средства для воспроизведения основных и производных электрических величин и передачи размеров этих величин, в том числе комплекты измерительных приборов, выступающих в качестве транспортируемых эталонов.

17 Научно-исследовательская работа Для проведения межлабораторных сличений могут применяться: 1.Измерительный комплекс переменного напряжения в составе следующих средств измерений: КИВ-200; цифровой вольтметр «ВА-3.1»; калибратор «Энергоформа-3.0». Комплект с эталонным высоковольтным емкостным делителем напряжения и Вольтметром амплитудным ВА-3.1 можно использовать в сличениях в качестве транспортируемого эталона амплитудного и действующего значений электрического напряжения переменного тока промышленной частоты в диапазоне от 1 до 200 кВ. 2.Измерительный комплекс постоянного тока в составе следующих средств измерений: ИДН-100; цифровой вольтметр «ВА-3.1»; калибратор «Энергоформа-3.0». Эталонную ступень с U ном = 100 кВ дифференциального измерителя высокого напряжения постоянного тока совместно в Вольтметром амплитудным ВА-3.1 можно использовать в качестве транспортируемого эталона электрического напряжения постоянного тока в диапазоне от 1 до 100 кВ.

18 Научно-исследовательская работа

19 Научно-исследовательская работа Применение ВА-3.1 при сличениях эталонов амплитуды напряжения переменного тока ВА-3.1 может использоваться для сличения делителей напряжения эталонов амплитуды напряжения переменного тока путем измерения амплитудного значения напряжения на выходах делителей, вычисления амплитуды на входах этих делителей с учетом номинальных коэффициентов деления и вычисление их разности («разностный канал»).

20 Научно-исследовательская работа БЛОК-СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ ВОЛЬТМЕТРА ВА-3.1 ПРИ СЛИЧЕНИЯХ ЭТАЛОНОВ АМПЛИТУДЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ИВН источник высокого переменного напряжения; ДН1, ДН2 сличаемые делители высокого напряжения переменного тока, например типа ПВЕ ; Вх. 1, Вх. 2 входы 1-го и 2-го каналов амплитудного вольтметра ВА - 3.1; Вх. 3 измерительный вход универсального вольтметра 2 (входит в состав сличаемого зарубежного эталона); ПК1 и ПК2 персональные компьютеры ПВЕ ИВН

21 Научно-исследовательская работа Применение амплитудного вольтметра постоянного и переменного тока ВА-3.1 для измерения напряжения пробоя (перекрытия) при проверке прочности изоляции В связи со сложностью формирования высоковольтного испытательного напряжения иногда совместно используют два источника испытательного напряжения, сумма выходных сигналов которых обеспечивает получение требуемого значения. Например могут быть использованы: два синхронизированных и работающих в противофазе источника напряжения переменного тока; один источник напряжения переменного тока и один источник напряжения постоянного тока. В этом случае становится необходимым контролировать два испытательных напряжения и одно дифференциальное напряжение. Амплитудный вольтметр ВА-3.1 позволяет решить эту задачу наиболее элегантно.

22 Научно-исследовательская работа Схема с двумя источниками напряжения переменного тока Резистивно-емкостной делитель ДНИ Источник высокого переменного напряжения 1 Источник высокого переменного напряжения 2

23 Схема с источниками напряжения переменного и постоянного тока Научно-исследовательская работа Резистивно-емкостной делитель Резистивно-емкостной делитель ДНИ Источник высокого переменного напряжения Источник высокого напряжения постоянного тока

24 Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике Прибор сравнения Энергомонитор-3.3 (кл. т. 0,02) Устройство преобразователя ПВЕ кл. т. 0,05 Конденсатор КИВ к ИТН

25 МИ-3050–2007. Рекомендация. ТН 6–110 кВ. Методика поверки на месте эксплуатации при помощи преобразователя напряжения ПВЕ МИ-3314–2011. Рекомендация. ТН 220–330 кВ. Методика поверки на месте эксплуатации при помощи преобразователя напряжения ПВЕ 110/3 кВ Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике ЛВМ «МЭ-Аудит»

26 МИ 3239–2009. Рекомендация. ТН 6–10 кВ. Методика поверки на месте эксплуатации при помощи УПТВ-3-10 Установки поверочные трехфазные высоковольтные УПТВ-3-10 Поверка ИТН 6–10 кВ (кл. т. 0,2) Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике

27 Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике МИ-3314–2011. Рекомендация. ТН 220–330 кВ. Методика поверки на месте эксплуатации при помощи преобразователя напряжения ПВЕ Установки поверочные высоковольтные однофазные УПВО-1-330

28 Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике ЛВМ «МЭ-Аудит» ИТН 3–330 кВ; ИТТ до 30 кА

29 Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике Автоматическое определение положительной и отрицательной амплитуды; Регистрация мгновенных значений (осциллографирование); Напряжение нулевой, первой и второй гармоник; Интерфейсы RS-232, USB, Ethernet Киловольтметры постоянного и переменного напряжения Напряжение: действующее, постоянное, амплитудное, пиковое, средневыпрямленное; Коэффициенты гармоник, нелинейных искажений; Частота в диапазоне 40–70 Гц; Режим пикового детектора;

30 Актуальность метрологического обеспечения измерений высокого напряжения постоянного тока Передача мощности на постоянном токе более экономична. С помощью линий на постоянном токе можно передавать большие мощности. В связи с развитием полупроводниковой техники, вопросы конвертации переменного и постоянного тока обретают экономическую целесообразность. Объемы передачи энергии на высоком постоянном напряжении будут расти, и эталонная база обязана соответствовать этой тенденции.

31 Применение рабочих эталонных комплексов в электроэнергетике Построение современных интеллектуальных электрических сетей (Smart Grid), в частности технологии WAMS (Wide Area Measurement Systems) и PMUs (Phasor Measurement Units), также накладывает дополнительные требования на точность измерений комплексных векторов напряжения и тока (фазоров)

32 Что осталось за рамками? Первичные преобразователи напряжения на основе оптических датчиков. Источники высокого напряжения постоянного тока. Применение эталонных комплексов в интеллектуальных электрических сетях. Задача создания эталонных средств измерений коммутационных и грозовых импульсов электрического напряжения. …

© «НПП Марс-Энерго» Санкт-Петербург 2011 НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «Марс-Энерго» приборы для электроэнергетики Гиниятуллин Ильдар Ахатович, директор Блощицын Владимир Владимирович Сергеев Сергей Ростиславович Сукоро Юрий Александрович Смольяков Александр Анатольевич Лукашенко Сергей Валентинович Адрес: Санкт-Петербург, В.О., 13-я линия, д. 6–8 Тел.: (812) Стремление к точности