Организация передвижной метрологической лаборатории по поверке трансформаторов предприятия металлургической отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Липецкий государственный технический университет

Кафедра прикладной математики

Специальность 200503.65 Стандартизация и сертификация

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Организация передвижной метрологической лаборатории по поверке трансформаторов предприятия металлургической отрасли

Липецк - 2013 г



Оглавление

• Введение

1. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии. Особенности поверки

1.1 Структура комплекса технических средств АИИС КУЭ

1.2 Трансформаторы тока. Методика поверки

1.3 Трансформаторы напряжения. Методика поверки

2. Размещение и оборудование передвижной лаборатории по поверке измерительных трансформаторов

2.1 Выбор оборудования для ППЛ

2.2 Комплектация и расположение оборудования в ППЛ

2.3 Адаптированная методика поверки ТТ и ТН

3. Экономическая эффективность от внедрения ППЛ на предприятие металлургической отрасли

3.1 Методика расчета экономической эффективности от внедрения нового поверочного оборудования

3.2 Расчет экономической эффективности от внедрения ППЛ на одно из предприятий металлургической отрасли

4. Обеспечение безопасности жизнедеятельности работников лаборатории

4.1 Испытания электрооборудования с подачей повышенного напряжения от постороннего источника

4.2 Работы с мегаомметром

Заключение

Список источников

Аннотация



• Введение

С 2009 г. в соответствии Федеральным законом Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» установлены обязанности юридических лиц по учету используемых энергетических ресурсов и применению приборов учета. На крупных и средних предприятиях приборы учета объединены в автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ).

Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учёта электроэнергии (АИИС КУЭ, АСКУЭ) -- совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих дистанционный сбор, хранение и обработку данных об энергетических потоках в электросетях. Также АИИС КУЭ выполняет технические функции контроля за режимами работы электрооборудования.

Благодаря внедрению подобных систем предприятие может значительно снизить расходы на электроэнергию, что особенно актуально для энергоемких производств с высокой долей затрат на электроэнергию в себестоимости продукции.

Экономический эффект достигается посредством повышения точности учета электроэнергии и его автоматизации, позволяющих эффективно заниматься энергосбережением на предприятии. К примеру, благодаря АИИС КУЭ можно точно определить наиболее энергоемкие технологические процессы и перенести работу соответствующего оборудования на ночные часы либо снизить потребление электроэнергии, изменяя технологию данных процессов. Кроме того, автоматизированные информационно-измерительные системы позволяют выявить места хищения электроэнергии и, главное, работать на рынке, т. е. покупать электроэнергию не по установленным тарифам, а по рыночной цене.

Интенсивное развитие энергетики в рыночных условиях и связанное с этим повышение точности и достоверности коммерческого учета электрической энергии приводит к необходимости совершенствования метрологической базы в области высоковольтной измерительной техники на переменном токе.

Поскольку высоковольтная измерительная техника является нетранспортабельной, то калибровку высоковольтных средств измерений необходимо проводить на местах их эксплуатации с применением передвижных средств калибровки без демонтажа и при минимальном времени вывода указанных средств из эксплуатации.

В настоящее время периодической поверкой (калибровкой) на местах эксплуатации охвачены только счетчики электроэнергии. Трансформаторы тока и напряжения работают на энергообъектах по 15-30 и более лет без периодической калибровки. Известны источники возникновения погрешностей высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения (ТН) при их эксплуатации. Из-за старения материалов, нарушения условий и электрических режимов работы погрешности трансформаторов могут превышать допускаемые пределы в несколько раз. Однако, стоящая последние 15-20 лет задача обеспечения периодической калибровки трансформаторов тока и напряжения на местах их эксплуатации практически не решается.

Целью данной работы является разработка проекта передвижной метрологической лаборатории по поверке трансформаторов на местах их эксплуатации с целью повышения точности учета электроэнергии. Для этого необходимо изучить существующие методики поверки ТН и ТТ и необходимое поверочное оборудование. Определить критические характеристики приборов и выбрать наиболее предпочтительные на основе метода анализа иерархий с весовыми коэффициентами.



1. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии. Особенности поверки

В условиях повышения стоимости энергоносителей снижение энергозатрат является важным фактором экономии и в конечном итоге снижает себестоимость продукции промышленных предприятий, повышает ее конкурентоспособность. Одним из основных энергоресурсов, без которого не может работать ни одно предприятие, является электроэнергия.

В 80-х годах на промышленных предприятиях начали создаваться автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), построенные на принципах сбора данных с импульсных выходов телеметрических датчиков счётчиков электрической энергии, и интегрирование этих импульсов в устройствах сбора, обработки и передачи данных (УСПД).

Термин "автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии" (АИИС КУЭ) появился сравнительно недавно и пришел на смену понятию АСКУЭ, так как в последнем отсутствует слово "измерение", а следовательно, он находится вне правового поля ключевых нормативных актов. На сегодняшний день наличие АИИС КУЭ в соответствии с договором о присоединении к торговой системе оптового рынка электроэнергии является обязательным требованием для работы на рынке.

Целью создания и функционирования АИИС КУЭ является измерение количества электрической энергии, позволяющее определить величины учётных показателей, используемых в финансовых расчетах, поэтому такие системы подпадают под действие Федерального Закона «Об обеспечении единства измерений» [1], который накладывает серьёзные требования в части метрологического обеспечения.



1.1 Структура комплекса технических средств АИИС КУЭ

Эффективность автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) во многом зависит от используемой структуры. Под структурой АИИС КУЭ понимается комплекс технических средств, используемый для сбора, обработки и передачи информации об учете электроэнергии потребителю и снабжающей организации, а также смежным субъектам рынка, если система разрабатывается для оптового рынка электроэнергии и мощности.

В составе проектной документации на АИИС структура системы разрабатывается документом «Схема структурная комплекса технических средств» (СС). Общие требования к выполнению структурных схем определены нормативно-технической документацией [2,3].

Система может разрабатываться для двух рынков электроэнергии:

– для оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ);

– для розничного рынка электроэнергии и мощности (РРЭМ).

Классически структура АИИС КУЭ представляет собой трехуровневую систему (рис.1).

1-й уровень - информационно-измерительный комплекс (ИИК), обеспечивает измерение физических величин и преобразование их в информационные сигналы. Уровень включает в себя трансформаторы тока и напряжения, вторичные цепи, счетчики электроэнергии.

2-й уровень - информационно-вычислительный комплекс энергообъекта (ИВКЭ), обеспечивает сбор данных с уровня ИИК, частичное хранение и передачу данных на уровень информационно-вычислительного комплекса (ИВК). Уровень включает в себя устройства сбора и передачи данных (УСПД) и каналообразующую аппаратуру. Также может включать в себя устройство синхронизации времени (УСВ).

3-й уровень - ИВК, обеспечивает хранение данных, полученных с уровня ИВКЭ, передачу данных смежным субъектам, получение данных по резервным каналам.

Рисунок 1. Структурная схема комплекса технических средств АИИС КУЭ

Уровень ИВК состоит из АРМа и каналообразующей аппаратуры. АРМ выполняет функции сервера БД и коммуникационного сервера. То есть АИИС КУЭ строиться исходя из принципов унификации оборудования, минимизации затрат и свободно расширяемой структуры. Принцип свободно расширяемой структуры позволяет увеличивать количество точек учета в системе без внесения изменений в оборудование верхнего уровня [4].

На данный момент создание или модернизация автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) является обязательным требованием при выходе на оптовый рынок, поэтому проблема технологического обеспечения работы на ОРЭ волнует всех субъектов рынка [5].

Коммерческий учет является сферой применения средств измерений, на которую, в соответствии со ст. 13 Федерального закона № 4871-1 от 27.04.1993 «Об обеспечении единства измерений», распространяется государственный метрологический контроль и надзор (ГМКН). Это означает, что АИИС КУЭ подвергаются обязательным испытаниям для целей утверждения типа, первичной поверке при изготовлении и периодической поверке в процессе эксплуатации.

В силу особенностей использования и построения АИИС КУЭ, оценить пределы погрешностей измерительных каналов и всей системы в целом в рамках испытаний для целей утверждения типа возможно только путем композиции погрешностей компонентов системы с учетом реальных условий их эксплуатации [6].

В настоящее время одной из первостепенных проблем стало техническое состояние систем коммерческого учета, а именно отсутствие поверки трансформаторов тока и напряжения (ТТ и ТН). В составе измерительных комплексов ряда субъектов присутствуют средства измерений (в основном ТТ, ТН высокого уровня напряжения - 110 кВ и выше), не имеющие действующего свидетельства о поверке. Это нарушение п. 4 ст. 15 [1], гласящего, что в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора юридические лица, использующие средства измерений в целях эксплуатации, обязаны своевременно представлять их на поверку [7].

1.2 Трансформаторы тока. Методика поверки

Трансформатором тока называется такой трансформатор, в котором при нормальных условиях работы выходной сигнал является током, практически пропорциональном первичному току и при правильном включении сдвинутым относительно него по фазе на угол, близкий к нулю.

Трансформаторы тока, с одной стороны, осуществляют преобразование токов в силовых цепях и гальваническую развязку сетей высокого и низкого напряжений с целью безопасного подключения приборов контроля электроэнергии и устройств защиты. С другой стороны, трансформаторы тока являются составляющей частью измерительной системы и вносят свой вклад в суммарную погрешность измерения тока, а значит и в общий учет электроэнергии [8].

Токовой погрешностью трансформатора тока называется погрешность, которую вносит трансформатор при измерении тока, возникающая вследствие того, что действительный коэффициент трансформации не равен номинальному. Токовая погрешность обусловлена потерями в стали ТТ, намагничиванием сердечника при трансформации первичного тока во вторичную цепь и величиной вторичной нагрузки. Отрицательная токовая погрешность наблюдается при малых первичных токах ТТ, когда ток, расходуемый на намагничивание и потери в стали, превышает часть увеличения вторичного тока, вызванную отмоткой витков вторичной обмотки [9].

Угловой погрешностью трансформатора тока называется фазовый сдвиг между векторами первичного и вторичного токов при таком выборе их направлений, чтобы для идеального трансформатора тока этот угол равнялся нулю, т.е. это угол между вектором первичного тока и повернутым на 180° вектором вторичного тока. Угловая погрешность выражается в минутах или сантирадианах и считается положительной, когда вектор вторичного тока, повернутый на 180°, опережает вектор первичного тока [8].

Если погрешности работы измерительных ТТ и ТН носят систематический характер, то для повышения точности учета электроэнергии их следует знать и учитывать в алгоритмах расчета и учета АСКУЭ, корректируя значения измеренных токов и напряжений. Это снизит недоучет отпускаемой электроэнергии и метрологические потери энергосистем.

В соответствии с ГОСТ 8.217-2003 «Трансформаторы тока. Методика поверки»[10] при проведении всех видов поверки выполняются следующие операции:

1. внешний осмотр;

2. проверка сопротивления изоляции;

3. размагничивание;

4. проверка правильности обозначения контактных зажимов;

5. определение погрешностей.

При внешнем осмотре определяют исправность выводов первичной и вторичной обмоток или контактных зажимов, а так же их маркировку. Проверяют, нет ли каких либо внешних дефектов и прочно ли закреплены отдельные части корпуса трансформатора. Паспортные данные должны быть четко указаны на табличке трансформатора. Если все условия выполняются, то переходят к проверке сопротивления.

Сопротивление изоляции производится с помощью мегомметра на 1000 В для вторичных обмоток и мегомметром на 2500 В - для первичных. Значения должны не должно быть меньше допустимых.

Размагничивание трансформаторов проводят на переменном токе при частоте 50 Гц, если номинальная частота трансформатора превышает 50 Гц, то допускается проводить размагничивание при номинальной частоте.

При проведении поверки соблюдают следующие условия:

– температура окружающей среды -- от 15 °С до 35 °С;

– атмосферное давление -- от 85 до 105 кПа;

– относительная влажность воздуха -- от 30 % до 80 %;

– параметры сети электропитания -- по ГОСТ 13109;

– отклонение частоты источника питающего напряжения при поверке трансформаторов тока номинальной частотой свыше 50 Гц или номинальным током более 10 кА -- по технической документации на трансформаторы конкретных типов, но не более ±5 % от номинальной частоты.

Поверяемый трансформатор тока и рабочий эталон включают в соответствии с маркировкой контактных зажимов по схеме поверки представленной на рисунке 2.



Рисунок 2. Схема поверки с использованием рабочего эталона и прибора сравнения (компаратора вторичных токов)

Обозначения:

~ -- сеть (генератор);

Tр -- регулирующее устройство (автотранформатор);

Tп -- понижающий силовой трансформатор;

То -- рабочий эталон;

Tх -- поверяемый трансформатор тока;

Л1, Л2 -- контактные зажимы первичной обмотки;

И1, И2 -- контактные зажимы вторичной обмотки;

Z -- нагрузка;

ПС -- прибор сравнения.

Токовые и угловые погрешности трансформаторов тока определяют дифференциальным (нулевым) методом в соответствии с [10]. Соединение приборов для измерительной схемы осуществляют в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации применяемого прибора сравнения токов. Номинальное значение нагрузки устанавливают до начала измерений. Последовательность выполнения измерений -- от минимального значения тока с последующим его увеличением до максимального.

В соответствии с [10] и выбранной схемой поверки определяется требуемое оборудование для поверки ТТ. Т.к. поверка будет проводится на местах эксплуатации трансформаторов, то к требованиям прописанным в [10] добавятся требования возможности переноски этого оборудования.

1.3 Трансформаторы напряжения. Методика поверки

Одним из важнейших элементов измерительных комплексов средств учета электроэнергии являются трансформаторы напряжения (ТН). Как и любое средство измерений, они имеют погрешности, связанные как с кон-струкцией, так и с влиянием внешних факторов.

Трансформатор напряжения -- трансформатор, питающийся от ис-точника напряжения. Типичное применение - преобразование и гальваническая развязка высокого напряжения в низкое в измерительных цепях. Применение трансформатора напряжения позволяет изолировать логические цепи защиты и цепи измерения от цепи высокого напряжения. ТН обладают погрешностью напряжения и угловой погрешностью [11].

Погрешность напряжения ТН определяется как арифметическая разность между приведенным к первичной цепи действительным вторичным напряжением и действительным первичным напряжением, выраженная в процентах от действительного первичного напряжения [12].

Угловая погрешность ТН - это угол между векторами первичного и вторичного напряжения при таком выборе их направлений, чтобы для идеального ТН этот угол равнялся нулю. Если вектор вторичного напряжения U2 опережает вектор первичного напряжения U1, то угловая погрешность считается положительной [12].

В отличие от [10] ГОСТ 8.216-2011 «Трансформаторы напряжения. Методика поверки» строго регламентирует оснащение поверочных мест. При поверке ТН должна быть применена одна из трех поверочных установок. Условия проведения поверки для всех установок одинаковы:

– температура окружающего воздуха - (5-35)°С;

– относительная влажность воздуха - (30-80)%;

– атмосферное давление - (63-795) мм.рт.ст.

Учитывая то, что поверка будет осуществляться на местах эксплуатации ТН, была выбрана одна из трех установок как самая малогаборитная и устойчивая к изменению параметров окружающей среды. Схема поверки приведена на рисунке 3. Установка обязательно должна содержать:

– прибор сравнения (ПС), представляющий собой компаратор нап ряжений с диапазоном значений сравниваемых напряжений от 0,2*U2ном до 1,2* U2ном, а также включающий в себя функцию измерения вторичного напряжения и коэффициента несинусоидальности кривой вторичного напряжения;

– эталонная высоковольтная мера значений КU(ЭТ) и цU(ЭТ), представляющая собой эталонный ТН или эталонный делитель напряжения с диапозоном первичного напряжения 0,2*U1ном до 1,2* U1ном.

Рисунок 3. Схема поверки с использованием прибора сравнения (компаратора) и эталонного ТН

Обозначения:

G - источник высокого напряжения;

TVэ - эталонный трансформатор;

R1 - нагрузочное устройство эталонного трансформатора;

R2 - нагрузочное устройство поверяемого трансформатора;

PV? - прибор сравнения.

Вывод

В соответствии с заявленными параметрами, установленного на предприятии оборудования, и со схемами поверки трансформаторов тока и напряжения (рисунки 2, 3)для передвижной лаборатории потребуется:

– автотрансформатор с регулируемым напряжением 0-250В и номинальным выходящим током в 20А;

– прибор сравнения (компаратор);

– регулируемый источник тока;

– нагрузочное устройство ТТ (1 и 5А);

– магазин нагрузок ТН;

– трансформатор тока эталонный (3000А);

– трансформатор напряжения эталонный (6, 10, 35 и 110кВ).

Следует отметить, что необходимость и целесообразность проведения периодической поверки измерительных трансформаторов напряжения и тока, используемых для коммерческого учета электроэнергии, представляются совершенно очевидными. Поэтому для решения этой проблемы необходима передвижная поверочная лаборатория.



2. Размещение и оборудование передвижной лаборатории по поверке измерительных трансформаторов

Измерительные трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН) широко применяются в распределительных электрических цепях среднего напряжения с целью учета электроэнергии, а так же защиты. Эксплуатируемые трансформаторы подлежат обязательной периодической поверке в соответствии с ГОСТ 8.216-2011[13] и ГОСТ 8.217-2003[11]. Поверка в лабораторных условиях требует изъятие трансформатора из эксплуатации на срок от 2 до 4 недель, что требует организации демонтажа, перевозки, а так же наличия подменного фонда. В ряде случаев, когда поверке подлежит достаточно габаритный трансформатор, например высоковольтный, поверка его в лабораторных условиях просто невозможна.

Решением данных вопросов служит организация поверки трансформаторов на месте их эксплуатации с помощью передвижных поверочных лабораторий (ППЛ).

Работы по созданию передвижных поверочных лабораторий (ППЛ) в нашей стране ведутся с начала 70-х годов прошлого века. В середине 80-х годов подобная ППЛ была разработана в НПО «ИСАРИ» (Грузия) при участии ВНИИМС. Данная лаборатория (КППЛ-330/100) должна была обеспечивать поверку измерительных трансформаторов напряжения на напряжения 35/v3 - 330/v3 кВ, трансформаторов тока на номинальные первичные токи до 3 кА классом точности 0,5 и ниже. В ней также была предусмотрена возможность поверки трехфазных счетчиков электроэнергии классов точности 0,2 и менее точных.

Аналогичная передвижная поверочная лаборатория (ППВЛ-35) на номинальное напряжение 35 кВ в тот же период была разработана в УкрЦСМ. Предпринимался еще целый ряд попыток создания ППЛ, однако дальнейшего развития эти работы, в силу возникших финансовых затруднений, не получили.

Мировым лидером по производству эталонного оборудования для поверки измерительных трансформаторов является фирма «Tettex» (Швейцария), однако стоимость ее оборудования чрезвычайно высока. Цена передвижной поверочной лаборатории для поверки измерительных трансформаторов до 10 кВ и 2 кА классов точности 0,1 и ниже составляет приблизительно $380 000, а для поверки измерительных трансформаторов до 300 кВ и 10 кА классов точности 0,1 и менее точных - около $1 200 000. Именно относительно высокая стоимость ППЛ является одним из основных факторов, сдерживающих их широкое внедрение в практику.

В настоящее время работы по созданию средств поверки измерительных трансформаторов напряжения и тока параллельно ведутся в нескольких научно-производственных организациях. Так, в ОАО «Свердловэнерго» при участии Уральского НИИ метрологии завершено изготовление опытного образца передвижной поверочной лаборатории для поверки измерительных трансформаторов напряжения на напряжения до 35 кВ с применением эталонных измерительных трансформаторов напряжения. В научно-производственной фирме «ИНТ» (г. Заречный Пензенской обл.) разработана и прошла сертификацию в Госстандарте самоповеряемая установка для поверки измерительных трансформаторов напряжения на напряжения 6 и 10 кВ, обеспечивающая децентрализованное воспроизведение безразмерной единицы - коэффициента трансформации - и ее передачу поверяемым измерительным трансформаторам напряжения [15].

Организовать поверку ТТ и ТН на местах их эксплуатации можно и самим. Для этого, в соответствии с методиками поверки и их схемами, рассмотренными в предыдущей главе, следует определить необходимое оборудование.

2.1 Выбор оборудования для ППЛ

Наверное, каждый из метрологов имеет негативный опыт приобретения средства измерений, когда разрекламированный поставщиком прибор, на приобретение которого была потрачена существенная часть бюджета лаборатории, оказался не в состоянии эффективно решать те задачи, под которые он приобретался. Нередка и обратная ситуация, когда при покупке оборудования предприятия платят немалые деньги за дополнительные опции, которые никогда не будут востребованы. Отдельным предметом разочарования часто становятся трудности, с которыми связана организация регулярного технического обслуживания вновь приобретенного прибора.

Как показывает опыт, большинство этих проблем связано с тем, что на этапе принятия решения о покупке нового средства измерений не была четко сформулирована задача, не была собрана полная информация обо всех возможных способах ее решения и не было подготовлено подробное техническое задание.

Данная проблема связана, в первую очередь, с отсутствием у специалистов на предприятиях необходимой информации для принятия решения. Сегодня, когда подавляющее количество измерительного оборудования в наших заводских лабораториях имеет срок эксплуатации более 25 лет (разрабатывались эти приборы лет 30-40 назад), у метрологов не хватает знаний о прогрессивных методах измерений и реальных возможностях современных приборов. Этой ситуацией пользуются производители и поставщики средств измерений (особенно зарубежные), которые предоставляют информацию о поставляемом оборудовании в основном рекламного характера, зачастую «забывая» упомянуть об ограничениях в возможностях продаваемого ими оборудования. В большом объеме рекламной мишуры сложно бывает увидеть реальные характеристики прибора. Нередко в красивой упаковке поставщик предлагает «как последнее достижение» морально устаревшее оборудование.

Впервые столкнувшись с новым прибором, не имея опыта работы с данным типом оборудования, практически невозможно корректно оценить все возможности средства измерений, особенности его эксплуатации и, тем более, оценить насколько оно будет эффективно. Поэтому многие метрологи стараются получить информацию от коллег, которые уже эксплуатируют подобный прибор или пытаются увидеть образцы приборов на выставках или в демонстрационных залах поставщиков. Это правильный подход, но необходимо учитывать, что не всегда ваши задачи измерения и задачи измерения коллег совпадают, квалификация оператора, работающего на данном приборе, может быть недостаточна, условия эксплуатации могут быть некорректны и, наконец, действительно новая, прогрессивная модель может и не иметь аналогов в России.

Избежать многих ошибок позволит четкое планирование процесса покупки нового средства измерения. Нужно наметить действия и определить результаты, которые необходимо достичь на каждом этапе. В дальнейшем следует четко придерживаться намеченного плана и не пропускать ни одного этапа - тогда не будет риска упустить что-то важное.

Прежде чем начинать поиск средства измерений, следует максимально подробно описать задачи, которые вы собираетесь решать с помощью данного прибора. Это поможет быстро и квалифицированно выбрать необходимое оборудование и требуемую его комплектацию.

После того как задачи определены, можно приступить к поиску вариантов их решения. Возможности любого средства измерений можно оценить по трем основным параметрам: точность, эффективность и экономичность.

Критерии, определяющие точность прибора:

– нормируемые метрологические характеристики прибора;

– конструкция прибора - особенности конструкции, обеспечивающие минимизацию основных и дополнительных погрешностей;

– характеристики и особенности измерительного элемента, входящего в прибор. Именно измерительный элемент оказывает основное влияние на метрологические характеристики;

– программное обеспечение и его возможности, обеспечивающие точностные характеристики прибора (компенсация систематических и дополнительных погрешностей);

– особые требования к эксплуатации прибора. Нередко оборудование требуется эксплуатировать в особых условиях, что способно вылиться в дополнительные финансовые затраты. Может, например, понадобиться установка отдельного фундамента или особо качественное кондиционирование помещения. В подобных случаях может оказаться экономически оправданным выбрать более дорогой прибор с более высокими метрологическими характеристиками, чтобы можно было терпеть дополнительные погрешности, вызванные условиями работы (температура, влажность, вибрации и т.п.);

– масса и габариты оборудования, а также требования к рабочему месту - требуемая площадь, высота потолка. Нередки случаи, когда купленные приборы элементарно не проходят в двери лаборатории. Важно принимать в расчет требования к условиям перевозки и перемещения средства измерений;

– требования к электроснабжению, освещению, вибрации.

Критерии, определяющие эффективность прибора:

– особенности конструкции прибора, обеспечивающие минимизацию времени измерения (увеличенный диапазон измерения, применение более эффективного метода измерения и т.п.);

– русификация программного обеспечения. Его адаптация, обеспечивающая возможность проведения математической обработки результатов измерений и формирования протоколов в соответствии с требованиями ГОСТ или МИ;

– наличие руководства по эксплуатации на русском языке;

– функциональные возможности прибора, позволяющие реализовать основную и возможные дополнительные задачи;

– достаточность комплекта поставки для использования прибора. Наличие возможности в будущем заказать необходимые дополнительные элементы (запасные части и изнашивающиеся принадлежности);

– удобство работы оператора на приборе.

Критерии, определяющие экономичность прибора:

– функциональные возможности прибора, обеспечивающие оптимизацию парка оборудования;

– особенности конструкции прибора, обеспечивающие минимизацию времени измерения. Например, увеличенный диапазон измерения абсолютным методом компаратора позволяет снизить затраты и на измерении КМД, и на содержание необходимого количества образцовых мер;

– стоимость прибора в требуемой комплектации;

– сроки поставки прибора;

– предоставление поставщиком услуги по обучению персонала работе на приборе. Возможность получения в дальнейшем от поставщика консультаций по использованию прибора;

– наличие свидетельства о внесении прибора в Госреестр, наличие методики поверки или ссылки на стандартную методику;

– наличие свидетельства о первичной поверке. Здесь возможно два подхода. Если вы полностью доверяете поставщику, то можно доверить поверку ему - меньше проблем для вас. Но если вы не уверены в поставщике, то лучше провести поверку самостоятельно или у независимого поверителя;

– возможность в дальнейшем организовать метрологическое обеспечение прибора;

– межповерочный интервал (возить прибор в поверку раз в год или раз в два, а то и 3-4 года);

– обеспеченность ремонтной базой. Современное средство измерений при серьёзной неисправности отремонтировать может только опытный ремонтник, специализирующийся именно на этом виде оборудования. В идеале все ремонтные работы должны выполняться авторизованным сервис-центром;

– возможность юстировки прибора не только на заводе-производителе;

– гарантия и срок службы прибора.

Всю полученную информацию следует свести в таблицу, для наглядной оценки альтернативных предложений. У каждого из приборов будут свои достоинства и недостатки, поэтому целесообразно будет применить математические методы. В настоящее время существует множество информационных технологий, позволяющих предельно облегчить жизнь и помочь в решении проблем, связанных с процессами принятия решений в различных предметных областях. В частности, очень распространены сейчас системы поддержки принятия решений на основе Метода Анализа Иерархий, разработанного американским ученым Т. Саати.

Сбор данных для поддержки принятия решения осуществляется главным образом с помощью процедуры парных сравнений. Результаты парных сравнений могут быть противоречивыми. При этом возникает необходимость пересмотра данных для минимизации противоречий. Процедура парных сравнений и процесс пересмотра результатов сравнений для минимизации противоречий часто являются трудоемкими. Однако в итоге лицо, принимающее решение, приобретает уверенность, что использующиеся данные являются вполне осмысленными.

Пусть имеется множество альтернатив , на которых заданы несколько матриц парных сравнений

,

,



,

Для каждой строки матриц парных сравнений находим среднее геометрическое () по формуле

,

Нормируем по формуле (2) и получаем приоритеты альтернатив

,

где

Определяем общие приоритеты по формуле (3)

,

Оптимальными являются те альтернативы, у которых максимальны.

Выбор прибора сравнения

Приборы сравнения предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с величиной, значение которой известно (с мерой). К этому типу приборов относятся различные компараторы. Приборы сравнения могут работать в двух режимах: в равновесном режиме и в неравновесном режиме.

Следует также различать интегрирующий и суммирующий измерительные приборы. В интегрирующем приборе подводимая величина подвергается интегрированию по времени или по другой независимой переменной, а в суммирующем приборе показания функционально связаны с суммой двух или нескольких величин, подводимых к нему по различным каналам.

Область применения - поверка (калибровка) измерительных трансформаторов тока и напряжения в соответствии с требованиями ГОСТ 8.217 и ГОСТ 8.216 соответственно.

Для выбора оборудования применим метод анализа иерархий с весовыми коэффициентами. Реализация метода будет достигнута посредствам выставления приоритетов тремя различными сторонами: технической, экономической и научной.

По результатам расчетов оптимальным для использования является прибор сравнения «Энергомонитор - 3.3 Т1». С его помощью можно проводить поверку измерительных трансформаторов тока и напряжения, поверку счетчиков электроэнергии, проверку характеристик измерительных каналов АИИС КУЭ и их элементов, регистрацию и анализ показателей качества электроэнергии. Для данного прибора разработано специализированное программное обеспечение, методика поверки и методика выполнения измерений. Энергомонитор 3.3 Т1 внесен в Госреестр средств измерений Российской Федерации № 39952-08.

Комплект поставки Энергомонитор 3.3Т1:

– прибор «Энергомонитор 3.3Т1» с внешним блоком питания;

– комплект измерительных кабелей;

– кабель для подключения к ПК;

– ПО «Энергомониторинг»;

– две кожаные сумки и чемодан для переноски прибора;

– устройство УПТТ;

– блоки трансформаторов тока;

– устройство ПИНТ для измерения параметров нагрузки.

Выбор рабочего эталона ТТ

Эталон (англ. measurement standard, etalon, фр. йtalon) -- средство измерений (или комплекс средств измерений), обеспечивающее воспроизведение и (или) хранение единицы, а также передачу её размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утверждённое в качестве эталона в установленном порядке.

Рабочий эталон -- эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Область применения: предназначен для измерения токовой и угловой погрешностей трансформаторов тока при их поверке или калибровке в соответствии с ГОСТ 8.217.

Основные характеристики альтернативных вариантов рабочего эталона ТТ приведены в таблице 2. электроэнергия трансформатор ток напряжение

По результатам расчетов оптимальным рабочим эталоном ТТ является ТТЛЭ-5000. Предназначен для использования в качестве эталонного при поверке трансформаторов тока и в цепях переменного тока при электрических измерениях, применяется как в стационарных условиях, так и для комплектации комплектов средств поверки трансформаторов тока непосредственно на месте эксплуатации.

Трансформаторы тока лабораторные эталонные ТТЛЭ представляют собой шинную конструкцию. Трансформаторы выполнены на магнитопроводе из аморфной стали марки ГМ, на котором намотана вторичная обмотка с отпайками. Магнитопровод вместе с обмотками помещен в металлический корпус. В центральной части корпуса расположено отверстие, предназначенное для размещения временной первичной обмотки.

Выводы вторичных обмоток выведены на контактную колодку и имеют маркировку И1, И2. Изделие зарегистрировано в Госреестре под номером 23831-02.

Комплект поставки:

– трансформатор тока ТТЛЭ-5000;

– руководство по эксплуатации;

– формуляр.

,

.

Выбор нагрузочного устройства для ТТ

Нагрузочное оборудование - это испытательный стенд, который создает эквивалент нагрузки, подключаемой к источнику. Изменение величины нагрузки в широких пределах и ее характера (реактивная и активная нагрузка) позволяет определить наиболее оптимальный режим работы источника, выявить его слабые места и предотвратить выход из строя дорогостоящего оборудования.

Основные характеристики, по которым производилась оценка альтернативных вариантов



w1 =	0,054854	+	0,031558	+	0,013911	=	0,100324,
w2 =	0,038221	+	0,044046	+	0,021003	=	0,10327,
w3 =	0,029042	+	0,043054	+	0,021949	=	0,094044,
w4 =	0,066098	+	0,0398	+	0,021454	=	0,127352,
w5 =	0,068624	+	0,052648	+	0,022904	=	0,144177,
w6 =	0,040208	+	0,029998	+	0,022274	=	0,092481,
w7 =	0,037721	+	0,085415	+	0,043195	=	0,166331,
w8 =	0,065233	+	0,073481	+	0,033308	=	0,172022.



По результатам расчетов приоритет выбора нагрузочного устройства получает магазин нагрузок МР3027.

Магазин нагрузок МР3027 предназначен для использования в качестве нагрузки при поверке трансформаторов тока с номинальным током нагрузки 1А и 5А. Является универсальным устройством, позволяющим заменить два магазина нагрузок Р5018/1 и Р5018/5. Для получения значений вторичной нагрузки, больших 50 ВА, возможно последовательное включение двух магазинов. Зарегистрирован в Госреестре средств измерений за № 34915-07.

В комплект поставки входит:

– магазин МР3027 - 1 шт;

– руководство по эксплуатации - 1 экз;

– формуляр - 1 экз;

– комплект соединительных проводов с суммарным сопротивлением 0,015Ом - 2 шт;

– соединительный провод с сопротивлением 0,015 Ом - 1шт.

Выбор источника тока

Строго говоря, источник тока - это элемент электрической цепи, поддерживающий в этой цепи ток заданного значения, не зависящего от сопротивления прочих элементов цепи. Это - идеальный источник тока.

Идеальный источник тока (токовый генератор) существует лишь в воображении. В реальности источник тока всегда имеет ограничение - лишь в некотором строго определенном диапазоне значений он может максимально приближенно имитировать поведение идеального источника тока.

Реальный источник тока - устройство, которое лишь старается поддерживать в цепи, к которой он подключен, ток заданного уровня, пока это позволяют его возможности (максимальный выходной ток и напряжение).

Именно максимальные ток и напряжение источника определяют диапазон значений тока, в котором прибор способен имитировать идеальный источник тока. А точность такой имитации определяет параметр время реакции на изменение нагрузки. Чем оно меньше, тем реальный источник более приближен к идеальному источнику тока. Основные характеристики приведены в таблице 4.

Таблица 4. Основные характеристики альтернативных вариантов источника тока

Обозначение типа	Диапозон задаваемого тока, А	Мощность потребления, ВА	Номинальная частота, Гц	Масса, кг	Цена, руб
РИТ-5000	2ч5000	4000	50	65	198 240
ИТ-5000	1ч6000	5000	50	62	150 000
ИТ-3600	1ч3600	700	50	29	60 000
Энергоформа 3.3	0,5ч6000	5000	50	35	199 420
СА3600	1ч3600	10000	50	54	122 130
ИТТН-3000	2ч3000	3000	50	45	113 000

,



w1 =	0,048014	+	0,036552	+	0,037969	=	0,122534,
w2 =	0,088792	+	0,085165	+	0,032243	=	0,2062,
w3 =	0,035618	+	0,061414	+	0,021309	=	0,118342,
w4 =	0,053317	+	0,064431	+	0,040623	=	0,158371,
w5 =	0,092157	+	0,077377	+	0,024393	=	0,193927,
w6 =	0,082102	+	0,075061	+	0,043463	=	0,200627.

По результатам расчетов оптимальным является регулируемый источник тока ИТ-5000. ИТ5000 используется в качестве источника тока для обеспечения токов в диапазоне 1-6000А в первичных цепях эталонного и поверяемого трансформаторов тока при проведении поверки по ГОСТ 8.217-2003.

Комплект поставки ИТ5000:

– нагрузочный трансформатор НТ-ИТ5000 (МС4.739.500) 1 шт;

– регулятор напряжения ЛАТР-ИТ5000 (МС4.723.500) 1 шт;

– БЗИ - Блок защиты и индикации;

– комплект кабелей:

§ «К-240» (сечение -- 240 мм2, длина -- 2 м) 2 шт.;

§ «К-120» (сечение -- 120 мм2, длина -- 2 м) 2 шт.;

§ «К-50» (сечение -- 50 мм2, длина -- 6 м) 1 шт.;

§ «К-16» (сечение -- 16 мм2, длина -- 2 м) 2 шт.;

§ «ЛАТР-НТ» (длина -- 4 м) (МС4.853.220) 1 шт.;

– кабель питания ЛАТР-ИТ5000 (длина -- 2 м) (МС4.853.222);

– руководство по эксплуатации (МС3.226.500 РЭ) 1 экз.;

– упаковка 3 шт.

Выбор нагрузочного устройства для ТН

Магазины нагрузки трансформаторов напряжения предназначены для нагрузки трансформаторов напряжения при поверке их в соответствии с требованиями ГОСТ 8.216 -2003 ГСИ. Трансформаторы напряжения. Методика поверки и ГОСТ 1983-2001 Трансформаторы напряжения. Общие технические требования.

Вторичная нагрузка трансформатора напряжения -- это мощность внешней вторичной цепи. Под номинальной вторичной нагрузкой понимают наибольшую нагрузку, при которой погрешность не выходит за допустимые пределы, установленные для трансформаторов данного класса точности.

,

,



w1 =	0,146272	+	0,085894	+	0,060034	=	0,2922,
w2 =	0,059715	+	0,071494	+	0,033219	=	0,164429,
w3 =	0,071014	+	0,185172	+	0,033219	=	0,289405,
w4 =	0,122999	+	0,057441	+	0,073527	=	0,253967.

По результатам расчетов оптимальным является магазин нагрузок МР3025. Магазины нагрузок МР3025 предназначены для использования в качестве нагрузки при поверке трансформаторов напряжения с обмоткой 100V и 57,7(100/v3) V в цепях переменного тока частотой 50±1Hz. Зарегистрированы в Госреестре средств измерений за № 2288-07.

Комплект поставки:

– магазин нагрузок МР3025 - 1шт.;

– руководство по эксплуатации - 1экз.

2.2 Комплектация и расположение оборудования в ППЛ

Базовым шасси для лаборатории послужит ГАЗ-2705 "Газель-Бизнес". Основу конструкции составляет фургон с утеплителем, изнутри покрытый моющимися материалами. Кузов мобильной электротехнической лаборатории состоит из двух отсеков: высоковольтный отсек и отсек оператора. Между ними -- перегородка из специального диэлектрика. В таблице 6 приведен перечень основного поверочного оборудования лаборатории, а в таблице 7 комплект средств защиты, находящийся в автомобиле.

На подстанциях эксплуатируется большое количество трехфазных ТН 6, 10 кВ. По [13] трехфазные трансформаторы требуется поверять при помощи образцовых трансформаторов напряжения. Однако, применяемые трансформаторы напряжения типа НЛЛ-15 и НЛЛ-35 громоздкие (более 60 кг). В настоящее время задача поверок на месте эксплуатации ТН (как заземляемых, так и незаземляемых, включая трехфазные антирезонансные) решена при помощи преобразователей серии ПВЕ. Для периодической поверки ТН на месте эксплуатации при помощи преобразователей напряжения высоковольтных серии ПВЕ выпущена рекомендация МИ 3050-2007.

Таблица 6. Комплектация ППЛ

Наименование	Кол-во, шт
1.Энергомонитор 3.3 Т1	1
2. Устройство УПТТ	1
3. Устройство ПИНТ	1
4. Трансформатор тока ТТЛЭ-5000(рабочий эталон)	1
5. Магазин нагрузок МР3027	2
6. Магазин нагрузок МР3025	4
7. Регулируемый источник тока ИТ 5000:
- нагрузочный трансформатор НТ-ИТ 5000	1
- регулятор напряжения ЛАТР - ИТ 5000	1
- блок защиты и индикации БЗИ	1
8. Трансформатор напряжения ЗНОЛЭ-35	1
9. Мегаомметр М4100/4	1
10. Эталонные преобразователи напряжения высоковольтные емкостные:
- ПВЕ-10	1
- ПВЕ-35	1
- ПВЕ-110	1
11. Пульт управления трехфазный для УПТВ-3-35	1
12. Принтер	1
13. Ноутбук	1



Таблица 7. Комплект средств защиты

Наименование	шт
Штанга оперативная 10 кВ	1
Штанга оперативная 35 кВ	1
Указатель напряжения 10 кВ	1
Указатель напряжения 35 кВ	1
Перчатки диэлектрические	1
Боты диэлектрические	1
Коврик диэлектрический	1

Лаборатория предназначена для:

- поверки однофазных и трехфазных измерительных трансформаторов напряжение классов точности до 0,1 (0,2) с рабочим напряжением первичной обмотки до 110 кВ и вторичной обмотки 100 кВ;

- поверки измерительных трансформаторов тока классов точности до 0,05 с током первичной обмотки до 5000А и вторичной обмотки 1А и 5А.

Оборудование, предназначенное для работы с ТН, стационарно уста-новлено в фургоне автомобиля, а к поверяемому ТН выносятся только измерительные и питающие провода.

Оборудование, предназначенное для работы с ТТ, установлено в фургоне автомобиля только на время транспортировки, а при проведении поверки выносится из фургона к поверяемому ТТ.

Система безопасности обслуживающего персонала:

- система контроля заземления,

- система защиты от появления напряжения на корпусе,

- система блокировки питания лаборатории на дверях высоковольтного отсека,

- аварийное отключение лаборатории,

- световая сигнализация (проблесковый маяк типа М3000МК или аналог),



Рисунок 4. Схема размещения оборудования в кабине ГАЗ-2705 "Газель-Бизнес".

Условия эксплуатации ППЛ:

- диапазон температур окружающего воздуха, минус 20-55°С;

- относительная влажность воздуха, не более 90%;

- диапазон атмосферного давления, 70 - 106,7 кПа.

На рисунке 4 показана схема размещения оборудования в кузове автомобиля и разделение кузова на 3 отсека.

2.3 Адаптированная методика поверки ТТ и ТН

Поверка измерительных трансформаторов осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.217-2003[10], ГОСТ 8.216-2011 [13], МИ 3322 [17] и др. Приборы и вспомогательное оборудование ППЛ подготавливаются в соответствии с эксплуатационной документацией на соответствующее оборудование и приборы.

Выполнять поверку трансформатора после ремонта без наличия документа, который подтверждает проверку электрической прочности изоляции в полном объеме в соответствии с ГОСТ 1516.1-76 «Электрооборудование переменного тока на напряжение от 3 до 500 кВ. Требования к электрической прочности изоляции» и ГОСТ 1516.2-97 «Электрооборудование и электроустановки переменного тока на напряжение 3 кв и выше. Общие методы испытаний электрической прочности изоляции » запрещается.

Поверочные схемы собираются в соответствии с нормативной документацией на соответствующие поверяемые СИ. Рекомендуемые схемы поверки ТТ и ТН и приведены на рисунках 5,6.

Схема электроснабжения специально оборудованного автомобиля приведена на рисунке 7. Спецавтомобиль разделен перегородками на 3 отсека: отсек водителя, отсек оператора и отсек приборный. В отсеке оператора размещается рабочее кресло и стол, а также низковольтные СИ. В приборном отсеке размещаются высоковольтные СИ и оборудование.

При работе с ТН класса напряжений до 10 кВ допускается источник высокого напряжения не извлекать из автомобиля, а для подключения к источнику поверяемого ТН или ПВЕ использовать изолированные кабели типа ПМВК. Для управления и защиты используется Пульт управления установкой поверочной высоковольтной трехфазной ПУ УПТВ-3-35 или иной пульт, обеспечивающий безопасное проведение работ и защиту оборудования.

При работе с ТН класса напряжений свыше 10 кВ источник высокого напряжения следует извлекать из автомобиля. Для подключения источника УИВ-50 (100) к ТН или ПВЕ необходимо использовать кабель типа ПЩ (№ 3), обеспечив при этом все требования правилпо электробезопасности.

При работе с ТН класса напряжений 110 кВ и более пульт управления установкой поверочной высоковольтной однофазной УПВО-1-110 (или УПВО-1-330) и однофазный ЛАТР следует извлекать из автомобиля. Для подключения поверяемого ТН, ПВЕ, а также повышающего ТН (соседней с поверяемым ТН фазы) необходимо использовать кабель типа ПЩ (№3). При работе необходимо обеспечить выполнение всех требований.

Если при поверке трансформатора тока срабатывает защита или сигнализация про неверное присоединение, необходимо проверить правильность собранной схемы.

Если при этом окажется, что схема собрана правильно, а при перебрасывании проводников, которые соединяют контакты вторичной обмотки с прибором сравнения, схема уравновешивается, то это свидетельствует про неправильное маркирование клемм вторичной обмотки поверочного трансформатора. Трансформаторы тока с неправильным маркированием контактных клемм дальнейшей проверке не подлежат, их использования запрещается.

Измерения параметров вторичных цепей трансформаторов напряжения и тока, определение потерь во вторичных цепях трансформаторов напряжения, измерения показателей качества электрической энергии выполняются в соответствии с эксплуатационной документацией прибора Энергомонитор 3.3Т1 и по методикам, утвержденным в установленном порядке.

Особенности транспортирования и хранения составных частей лаборатории, имеющих самостоятельные эксплуатационные документы, приведены в этих документах.

Изучение рынка контрольно-измерительного оборудования показало развитие в области поверочного оборудования для измерительных трансформаторов. На основании разобранных критериев была проведена оценка альтернативных вариантов и были выбраны наиболее подходящие для решения поставленных задач. Так же были представлены требования для выполнения при проведении поверки, которые необходимо соблюдать наряду с требованиями действующих методик измерений. Схемы поверки, представленные в действующих методиках поверки, были адаптированы для создаваемой поверочной лаборатории и ее оборудования.



3. Экономическая эффективность от внедрения ППЛ на предприятие металлургической отрасли

В соответствии с МИ 2546 - 99 «Методы определения экономической эффективности метрологических работ» установлена система показателей и методов определения экономической эффективности метрологических работ.

Рекомендация предназначена для:

– экономического обоснования программ и планов совершенствования метрологического обеспечения производства;

– принятия решения о целесообразности проведения работ по метрологическому обеспечению, включения их в план, а также для анализа вариантов технических решений с целью выбора наилучшего;

– оценки эффективности деятельности метрологических служб.

Для оценки эффективности работ по метрологическому обеспечению применяют следующие показатели:

– коммерческая (финансовая) эффективность - определяет финансовые последствия для непосредственных участников (инвесторов) проектов;

– бюджетная эффективность - отражает финансовые последствия осуществления проекта для федерального, регионального и местного бюджета;

– экономическая эффективность - учитывает затраты и результаты, выходящие за пределы финансовых интересов инвесторов.

3.1 Методика расчета экономической эффективности от внедрения нового поверочного оборудования

Общие затраты при внедрении нового оборудования определяются по показателю приведенных затрат, который рассчитывается по формуле:



,

где - приведенные затраты;

С - текущие затраты;

- нормативный коэффициент экономической эффективности единовременных затрат;

К - единовременные затраты (капитальные вложения).

Текущие (эксплуатационные) затраты повторяются в производственных циклах, они осуществляются синхронно с производственной деятельностью. Текущие затраты рассчитываются как сумма за год. К текущим затратам можно отнести заработную плату сотрудников лаборатории и затраты на бензин для передвижной лаборатории.

Нормативный коэффициент эффективности единовременных затрат рассматривается как нормативная прибыль, которая должна быть получена от внедрения оборудования. Значение принимается от 0,12 до 0,15 для всех отраслей и представляет собой минимальную норму эффективности капитальных вложений, ниже которого они нецелесообразны.

Коммерческая эффективность внедрения новых средств измерения и других метрологических разработок определяется соотношением финансовых затрат и результатов, обеспечивающих требуемую норму доходности.

Чистый дисконтированный доход ЧДД (интегральный эффект Э) - превышение интегральных результатов над интегральными затратами, приведенными к одному моменту времени.

,

где финансовые результаты, достигаемые на t-м периоде;

- текущие затраты, осуществляемые на том же периоде;

Т - временной период расчета;

t - номер шага расчета;

- коэффициент дисконтирования (приведения) разновременных затрат и результатов к одному моменту;

К - сумма дисконтированных капиталовложений.

Внутренняя норма доходности (ВНД) определяет расчетную норму дисконта Е при которой величина приведенного эффекта равна приведенным затратам (инвестициям) и определяется из равенства

,

Этот показатель рекомендуется определять:

- при внедрении крупного метрологического проекта, связанного с многими участниками разработки и реализуемого в течение ряда лет;

...