CC BY
25
: Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль
i.....................................................................................................
УДК 621.318 DOI 10.21685/2307-5538-2020-4-5
А. С. Ильин, И. А. Кострикина, А. П. Воронов, Р. Ф. Плаксунов
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОВЕРКИ КИЛОВОЛЬТМЕТРОВ УПК-30ПТ
A. S. Ilin, I. A. Kostrikina, A. P. Voronov, R. F. Plaksunov
INSTALLATION FOR VERIFICATION OF KILOVOLTMETERS UPK-30PT
Аннотация. Актуальность и цели. Актуальность разрабатываемой установки для поверки киловольтметров определяется постоянно растущими требованиями к модернизации и совершенствованию метрологического обеспечения новых средств измерений (СИ) высоких напряжений. Целью работы является ознакомление с результатами разработки, а также описание ее функционирования. Материалы и методы. Для решения данной задачи использовался метод сличения поверяемого СИ с образцовым СИ того же вида. Результаты. В ходе работы разработана установка для поверки киловольтметров УПК-30ПТ. Проведены испытания в целях утверждения типа средств измерений установки УПК-30ПТ. Выводы. Положительные результаты работы открывают перспективу полной замены устаревших установок УПК-100 или У400 на отечественную, современную, малогабаритную и автоматизированную трехканальную измерительную систему с рабочими напряжениями до 100 кВ.
А b s t r a c t. Background. The relevance of the developed installation for checking kilovoltmeters is determined by the constantly growing requirements for the modernization and improvement of metrological support for new high-voltage measuring instruments (SI). The purpose of the work is to get acquainted with the results of the development, as well as a description of its operation. Materials and methods. To solve this problem, we used the method of comparing the verified SI with the model SI of the same type. Results. In the course of the work, an installation for checking kilovoltmeters of the UPK-30PT was developed. Tests were carried out in order to approve the type of measuring instruments of the UPK-30PT installation. Conclusions. Positive results of the work open the prospect of complete replacement of outdated installations of the UPK-100 or U400 with a domestic, modern, small-sized and automated three-channel measuring system with operating voltages up to 100 kV.
Ключевые слова: высокое напряжение, канал, делитель напряжения, измерение, интерфейс.
Keywords: high voltage, channel, voltage divider, measurement, interface.
Создание и широкое применение в последние годы новых средств измерений высоких (до 30 кВ) напряжений классов 1, 0,5 % вызвало настоятельную необходимость модернизации и совершенствования их метрологического обеспечения.
Результатом поиска путей решения поставленной проблемы было создание компактной установки для поверки киловольтметров УПК-30ПТ (масса менее 40 кг), работающей в ручном и автоматизированном режимах. Диапазон воспроизведений и измерений напряжения постоянного тока - от 1 до 30 кВ. Пределы допускаемой относительной основной погрешности измерений напряжения постоянного тока составляют ± 0,1 %. Данная установка заменяет в вышеуказанном диапазоне напряжений установку УПК-100 (масса 600 кг) и разработанную
© Ильин А. С., Кострикина И. А., Воронов А. П., Плаксунов Р. Ф., 2020
Measuring. Monitoring. Management. Control
позднее У-400 (масса 400 кг). При этом установка рассматривается как трехканальная измерительная система, управляемая персональным компьютером (ПК), один из каналов которой воспроизводит заданное оператором напряжение, а два других преобразовывают и передают измерительную информацию с образцового и поверяемого киловольтметров на ПК. Результаты измерений сравниваются и сохраняются в памяти ПК или в виде протокола измерений на бумажном носителе.
Воспроизводимое первым каналом напряжение получается преобразованием напряжения питания в напряжение постоянного тока с регулируемой амплитудой, которое с помощью умножителя увеличивается до необходимого уровня. Второй канал представляет собой измерительный масштабный преобразователь (омический делитель высокого напряжения) и цифровой вольтметр с выходом в виде разъема интерфейса Я8-232 для связи с ПК. Третий канал представляет собой поверяемый киловольтметр, соединяемый через интерфейс с ПК.
Конструктивно установка выполнена в настольном исполнении и состоит из источника высокого напряжения и измерителя напряжения.
Источник высокого напряжения состоит из двух блоков: управляемого источника высокого напряжения УИВН и регулируемого источника опорного напряжения РИОН-10.
В качестве управляемого источника высокого напряжения использован источник напряжения 8ре11шаи 8М830Р60.
Регулируемый источник опорного напряжения двухканальный РИОН-10 предназначен для питания управляемого источника высокого напряжения стабилизированным постоянным напряжением и формирования управляющего напряжения на входе УИВН. На задней панели источника имеется разъем интерфейса Я5-232 для связи с ПК.
Измеритель напряжения представляет собой образцовый цифровой киловольтметр, состоящий из двух блоков: делителя напряжения высоковольтного ДНВ-30ПТ и вольтметра СКВ-30ПТ.
ПК имеет специальное программное обеспечение, с помощью которого по команде оператора запускается процесс измерения, включающий: выработку команды на включение высокого напряжения; выработку команды на одновременное включение образцового и поверяемого киловольтметров; выработку команд на передачу результатов измерений на ПК и т.д.
В установке используется метод сличения поверяемого СИ с образцовым СИ того же
вида.
Структурная схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема установки: ИВН (Канал 1) - источник высокого напряжения; УИВН - управляемый источник высокого напряжения 8М830Р60 фирмы «8ре11шап»; РИОН-10 - регулируемый источник опорного напряжения; ОЦК (Канал 2) - образцовый цифровой киловольтметр; ДНВ-30ПТ - делитель напряжения высоковольтный; СКВ-30ПТ - блок измерительный киловольтметра постоянного тока; ОК (Канал 3) - объект контроля; ПК - персональный компьютер
Канал 1 установки отвечает за воспроизведение высокого напряжения. Программа управления с ПК устанавливает опорное напряжение с регулируемой амплитудой на выходе блока РИОН-10 и подает команду на включение выходного напряжения и напряжения питания блока УИВН через интерфейс Я8-232. РИОН-10 имеет одностороннюю связь с блоком УИВН типа 8ре11шап 8М830Р60. УИВН усиливает опорное напряжение в 3000 раз. В результате на выходе канала 1 образуется высокое напряжение в диапазоне от 1 до 30 кВ.
Канал 2 установки является образцовым измерительным каналом. Высокое напряжение с выхода канала 1 поступает на вход высоковольтного делителя напряжений ДНВ-30ПТ, который преобразует входное высокое напряжение в напряжение 1-30 В. ДНВ-30ПТ является высоковольтной частью измерителя напряжения и имеет непосредственную связь с вольтметром СКВ-30ПТ. Преобразованное напряжение с выхода ДН поступает на вход вольтметра, где происходит измерение. Выбор быстродействия, процесс запуска измерения и выработка команды опроса результатов измерений блока СКВ-30ПТ контролируются программой управления на ПК с помощью интерфейса Я8-232.
Канал 3 установки - канал объекта контроля. Контролируемый высоковольтный делитель напряжений и его цифровой вольтметр совместно представляют собой объект контроля, являющийся высоковольтным измерителем напряжения. Высокое напряжение с выхода канала 1 поступает на вход контролируемого высоковольтного делителя объекта контроля. Интерфейс Я8-232 позволяет связать поверяемый измеритель с ПК. Программа управления осуществляет одновременный с каналом 2 запуск измерения и дальнейшую выработку команды опроса результатов измерений поверяемого вольтметра.
Важной особенностью установки УПК-30ПТ в автоматизированном режиме с использованием ПК является возможность подключения различных измерителей напряжений, режимы поверки которых установлены в НТД на поверяемые СИ (например, вольтметр В7-40: время до подачи напряжения - 1 мин; время до измерения - 2 мин).
Временная диаграмма работы системы изображена на рис. 2.
Рис. 2. Временная диаграмма работы установки УПК-30ПТ: ивых - выходное высокое напряжение; Т1 - время до подачи напряжения; Тизм - время измерения; Т2 - время выдержки под напряжением
При работе в непрерывном режиме погрешность системы возрастает благодаря нестабильности компонентов. Однако рассматриваемый режим работы позволяет повысить точность измерения, используя менее стабильный источник высокого напряжения путем сокращения временных интервалов воздействия напряжения, а также устанавливать соотношения интервалов времени Т1 и Т2, в которых погрешность не превышает заданного на установку значения.
Время выдержки под напряжением Т2 намного больше времени измерений Тизм, которое включает время непосредственного измерения и время нахождения киловольтметра под напряжением после завершения процесса измерения. Время выдержки до измерения позволяет установиться переходным процессам в образцовом и контролируемом первичных высоковольтных преобразователях. Возможность программной регулировки количества измерений
í.........................................................................................
Measuring. Monitoring. Management. Control
в секунду дает возможность подстраивать систему в целом к работе с объектом контроля, имеющим свой вольтметр. Благодаря чему имеется возможность точного сравнения результатов измерений. Применение ПК позволяет производить одновременный запуск измерений и последовательный опрос блоков измерительных, тем самым устраняет так называемую погрешность оператора. Автоматическая фиксация измерений с дальнейшим сравнением повышает точность системы. А последующее формирование протокола результатов измерений с учетом его сохранения в память ПК или распечатку на бумажный носитель делает установку более мобильной, а также позволяет облегчить работу оператора.
Внешний вид установки приведен на рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид установки УПК-30ПТ: 1 - блок измерительный киловольтметра постоянного тока (СКВ-30ПТ); 2 - регулируемый источник опорного напряжения (РИОН-10); 3 - управляемый источник высокого напряжения 8М830Р60 фирмы «8ре11тап» (УИВН); 4 - делитель напряжения высоковольтный (ДНВ-30ПТ) и кабели, предназначенные для соединения между собой блоков установки, подключения установки к объекту измерений, ПК и контуру заземления
В табл. 1 приведены метрологические характеристики установки.
Таблица 1
Метрологические характеристики
Наименование характеристики Значение
Диапазон воспроизведений и измерений напряжения постоянного тока, кВ от 1 до 30
Пределы допускаемой относительной основной погрешности измерений напряжения постоянного тока, % ± 0,1
Нормальные условия применения: - температура окружающей среды, °С - относительная влажность, % - атмосферное давление, кПа от +15 до +25 от 30 до 80 от 84 до 106
Испытательным центром ФГУП «ВНИИМС» были проведены испытания в целях утверждения типа средств измерений установки поверки киловольтметров УПК-30ПТ. При проведении испытаний вместо объекта контроля использовался государственный вторичный эталон единицы электрического напряжения постоянного тока (ГЭТ) и вольтметр В7-78/1.
Схема для определения основной относительной погрешности измерения установки приведена на рис. 4.
Расчет относительной погрешности измерений напряжения 5 и осуществляется по формуле
5и = 100-(ипов-иобр)/иобр, % (1)
где ипов - значение напряжения испытуемого СИ; иобр - значение напряжения образцового СИ.
I_______________________________________________________.________I
Рис. 4. Схема определения основной относительной погрешности измерения установки:
УПК-30ПТ - поверяемая установка; РИОН-10 - регулируемый источник опорного напряжения; УИВН - управляемый источник высокого напряжения; ДНВ-30ПТ - делитель напряжения высоковольтный; СКВ-30ПТ - блок измерительный киловольтметра постоянного тока; ГЭТ - образцовое средство поверки; В7-78/1 - образцовый вольтметр
Результаты испытаний приведены в табл. 3.
Таблица 3
Относительная погрешность измерения
Номинальное значение измеряемого параметра, U, кВ Показания образцового СИ (ГЭТ), иобр, кВ Показания испытуемого СИ (УПК-30ПТ), ипов, кВ Относительная погрешность измерения напряжений постоянного тока 5U, %
1 0,99806 0,9972 0,086
5 4,9932 4,9923 0,018
10 9,9931 9,9916 0,015
15 14,9818 14,9782 0,024
20 19,9860 19,9799 0,03
25 24,9631 24,9554 0,031
30 29,9639 29,9578 0,02
Результаты измерений, приведенные в табл. 3, соответствуют диапазону воспроизведений и измерений напряжения постоянного тока, а относительная погрешность измерения напряжений постоянного тока не превышает пределов, установленных в табл. 1.
Положительные результаты работы открывают перспективу полной замены устаревших установок УПК-100 или У400 на отечественную, современную, малогабаритную и автоматизированную трехканальную измерительную систему с рабочими напряжениями до 100 кВ.
Библиографический список
1. Степанчук, К. Ф. Техника высоких напряжении / К. Ф. Степанчук. - Минск : Высш. шк., 1982.
2. Шваб, А. Измерения на высоком напряжении / А. Шваб. - Москва : Энергоатомиздат, 1983.
3. Установки для поверки на постоянном токе электростатических киловольтметров УПК-100. Госреестр № 5481-76. Справочник измерительного оборудования. - URL: http://www.kip-guide.ru/info/5481-76
4. Установка типа У400. Описание. - URL: http://www.measurement.ru/gk/electro/03/06/005.htm
5. Instruction manual. SPELLMAN EPM/SMS SERIES. High Voltage Power Supply. - URL: https://www.spellmanhv.com
6. Гук, М. Аппаратные интерфейсы ПК : энциклопедия / М. Гук. - Санкт-Петербург : Питер, 2002.
7. Демидова, Н. В. Метрология, стандартизация и сертификация : конспект лекций / Н. В. Демидова. -Москва : Эксмо, 2007.
Measuring. Monitoring. Management. Control
8. Сигов, А. С. Метрология, стандартизация и технические измерения / А. С. Сигов. - Москва : Высш. шк., 2008.
9. ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. - Москва, 1994.
10. ГОСТ 1ЕС 61010-1-2014 Безопасность электрических контрольно-измерительных приборов и лабораторного оборудования. - Москва, 2014.
References
1. Stepanchuk K. F. Tekhnika vysokikh napryazhenii [High-voltage technology]. Minsk: Vyssh. shk., 1982. [In Russian].
2. Shvab A. Izmereniya na vysokom napryazhenii [High voltage measurements]. Moscow: Energoatomizdat, 1983. [In Russian]
3. Ustanovki dlya poverki na postoyannom toke elektrostaticheskikh kilovol'tmetrov UPK-100. Gosreestr № 5481-76. Spravochnik izmeritel'nogo oborudovaniya [Installations for direct current verification of electrostatic kilovoltmeters UPK-100. The state register № 5481-76. Measuring equipment reference]. Available at: http://www.kip-guide.ru/info/5481-76 [In Russian]
4. Ustanovka tipa U400. Opisanie [Installation type U 400. Description]. Available at: http://www.measurement.ru/gk/electro/03/06/005.htm [In Russian]
5. Instruction manual. SPELLMAN EPM/SMS SERIES. High Voltage Power Supply. Available at: https://www.spellmanhv.com
6. Guk M. Apparatnye interfeysy PK : Entsiklopediya [Hardware interfaces of the PC : Encyclopedia]. Saint-Petersburg: Piter, 2002. [In Russian]
7. Demidova N. V. Metrologiya, standartizatsiya i sertifikatsiya: konspekt lektsiy [Metrology, standardization and certification: the abstract of lectures]. Moscow: Eksmo, 2007. [In Russian]
8. Sigov A. S. Metrologiya, standartizatsiya i tekhnicheskie izmereniya [Metrology, standardization and technical measurements]. Moscow: Vyssh. shk., 2008. [In Russian]
9. GOST 22261-94 Sredstva izmereniy elektricheskikh i magnitnykh velichin [GOST 22261-94 measuring instruments for electric and magnetic quantities]. Moscow, 1994. [In Russian]
10. GOST IEC 61010-1-2014 Bezopasnost' elektricheskikh kontrol'no-izmeritel'nykh priborov i la-boratornogo oborudovaniya [GOST IEC 61010-1-2014 Safety of electrical control and measuring devices and laboratory equipment]. Moscow, 2014. [In Russian]
Ильин Алексей Сергеевич
аспирант,
Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40); инженер-электроник, Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44) E -mail: aalexeiil@mail.ru
Кострикина Инна Анатольевна
главный метролог,
Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44) E -mail: Tbmc2@mail.ru
Воронов Александр Павлович
ведущий инженер,
Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44) E -mail: swe.voron@yandex.ru
Ilin Alexey Sergeevich
postgraduate student,
Penza State University
(40 Krasnaya street, Penza, Russia);
electronics engineer,
Scientific Research Institute
of Electro-Mechanical Devices
(44 Karakozova street, Penza, Russia)
Kostrikina Inna Anatolyevna
chief metrologist, Scientific Research Institute of Electro-Mechanical Devices (44 Karakozova street, Penza, Russia)
Voronov Aleksandr Pavlovich
lead engineer,
Scientific Research Institute of Electro-Mechanical Devices (44 Karakozova street, Penza, Russia)
Плаксунов Ринат Фатихович
начальник НПК-4, Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (Россия, г. Пенза, ул. Каракозова, 44) E -mail: NPK-4@niiemp.ru
Plaksunov Rinat Fatihovich
head of NPC-4, Scientific Research Institute of Electro-Mechanical Devices (44 Karakozova street, Penza, Russia)
Образец цитирования:
Ильин, А. С. Установка для поверки киловольтметров УПК-30ПТ / А. С. Ильин, И. А. Костри-кина, А. П. Воронов, Р. Ф. Плаксунов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2020. -№ 4 (34). - С. 44-50. - БО! 10.21685/2307-5538-2020-4-5.
í.........................................................................................
Measuring. Monitoring. Management. Control
