Разработка и исследование методов воспроизведения единиц электрической мощности и энергии и создание системы первичных и вторичных эталонов в области измерений электроэнергетических величин

• Автор: Шапиро, Ефим Зиновьевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 65 с. : ил.; 21х14 см

Содержание
Общая характеристика работы
Введение
1. Вопросы теории измерений фиктивной электрической мощности
методом сравнения
1.1 Особенности измерений фиктивной активной мощности
1.2 Исследование неоднозначности функции преобразования и фазовой погрешности средств измерений фиктивной мощности
1.3 Исследование математических моделей типовых КИПМ и обоснование выбора вида функционального преобразователя для создания эталонных СИМ
.1.4 Анализ тепловых режимов термоэлектрических КИПМ и
погрешности сравнения мощностей постоянного и переменного тока
2. Разработка и исследование методов воспроизведения единицы
электрической мощности и передачи ее размера
2.1 Методы моделирования нагрузки
2.2 Методы сравнения фиктивных мощностей постоянного и переменного тока
3. Создание эталонной базы России в области измерений электро-
энергетических величин (состав, результаты разработки и исследований, концепция развития)
3.1 Государственный первичный эталон единицы электрической мощности России ГЭТ
3.2 Рабочий эталон единицы электрической мощности ВЭТ
3.3 Транспортируемый эталон сравнения Трансватт
3.4 Транспортируемый эталон сравнения Трансватт 1.2 и первичный эталон единицы электрической мощности Республики Корея (эталон КШвБ)
3.5 Трехфазные эталонные счетчики электрической энергии
Трансватт 3.1 и Трансватт
3.6 Состояние и концепция развития системы передачи размера единиц мощности и энергии СИ электроэнергетических величин
4. Международные сличения эталонов единицы электрической
мощности и их результаты
4.1 Сличения эталонов России и Финляндии
Т2 Сличения эталонов России, Республики Корея и Австралии
Ключевые международные сличения эталонов единицы
, электрической мощности
Л Заключение
Публикации но теме диссертации

Общая характеристика работы
В диссертационной работе, представленной в форме научного доклада, приводится краткое содержание и результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных лично автором или при его участии и научном руководстве по созданию эталонных средств измерений электроэнергетических величин*, комплекс которых составляет в настоящее время эталонную базу России в этой области измерений. Проблема обеспечения единства измерений электроэнергетических величин при учете электроэнергии и оценке ее качества предусматривает в крупном плане проведение метрологических работ в двух направлениях:
- создание эталонов и средств передачи размеров единиц высоковольтным трансформаторам напряжения (10-1500 кВ) и тока (0.5-10 кА);
- создание эталонов и средств передачи размеров единиц всем разновидностям СИ электроэнергетических величин, работающих во вторичных цепях этих трансформаторов.
Результаты работ, отраженные в настоящем докладе, относятся ко второму из названных направлений.
Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д.И.Менделеева.
Актуальность темы. Повышение точности измерений количественных и качественных показателей энергоносителей всегда было приоритетной задачей метрологии и измерительной техники, поскольку результаты этих измерений служат основанием для финансовых расчетов между производителем и потребителем энергии, а также позволяют оценить экономическую эффективность технологических процессов и оборудования, управлять ими или создавать новые энергосберегающие технологии.
Систематические работы по метрологическому обеспечению средств измерений (СИ) электроэнергетических величин были начаты во ВНИИМ в первой половине 50-х годов. Усилиями ведущих в этой области ученых: К.П.Широкова, М.С.Каяндер, Д.И.Зорина, А.Я.Безикович, В.С.Попова были созданы первые установки на основе электростатических и термоэлектрических компараторов, обеспечившие в то время уровень точности сопоставимый с мировым. Основной элемент термокомпаратора - многоэлементный термоэлектрический преобразователь ТЭМ, сконструированный и изготовленный Э.В.Ловцюсом, остается и сегодня одним из лучших в мире.
Под термином электроэнергетические величины здесь и далее понимается часть электрических величин, а также ряд параметров энергетических сетей и показателей качества электрической энергии таких, как электрическая мощность (активная, реактивная, полная, однофазная, трехфазная трехлинейная, трехфазная четырехлинейная, мощность прямых и обратных потоков, мощность гармонических составляющих, мощность искажений); электрическая энергия с теми же разновидностями; коэффициенты мощности; напряжения и токи в энергетических сетях.

Как показано в [18], главным преимуществом метода сравнения равных значений, реализуемого только в сочетании разновременным преобразованием Рфх и Рфк, является возможность минимизировать составляющие погрешности перехода от Рфх и Рфм, вносимые первичными преобразователями напряжения (ППи) и тока (ГЩ).
Погрешность сравнения уС1 в данном случае определяется минимальным комплектом составляющих: частотными (ущ; уя) и угловыми (уи; уф) погрешностями ППи и ПП,; и погрешностью перехода КИПМ от переменного тока к постоянному (уп), которая в свою очередь содержит частотную (уО, угловую (уф) и фазовую (уф) составляющие и погрешность ассиметрии термопреобразователей (уа)
Ус1=Р[уш; Тя; У(ри; Уфь уп(уй ут; УфЛа)] (17)
В то же время большие объем, масса и стоимость источников фиктивной мощности постоянного тока, невозможность использования трансформаторных первичных преобразователей напряжения и тока, длительность и нарушение непрерывности процесса измерения не позволяют использовать эти методы для создания транспортируемых вторичных эталонов и эталонов сравнения.
По совокупности требований, предъявляемых всем эталонным комплексом, для создания вторичных эталонов, включая эталоны сравнения и эталонные СИ трехфазной электрической энергии и мощности, наиболее перспективными представляются методы одновременного сравнения Рфх и Рфм. Эти методы реализуются путем сравнения только неравных значений Рфх и Рфм противоположных знаков при непрерывном одновременном воздействии на КИПМ четырех сигналов Шх, 1Лх, Шм и 1Лм, пропорциональных напряжениям и токам, формирующим Рфх и Рфм. В работе [18] предложена классификация методов одновременного сравнения, в основу которой положено представление о том, что мощности Рфх и Рфм преобразуются в отдельных каналах и что равенство нулю суммы выходных сигналов этих каналов Ух + Ун = О соответствует равенству Рфх = Рфм.
В рамках такого подхода выделены методы сравнения с пространственным, частотным и временным разделением каналов преобразования. Наиболее известны и исследованы КИПМ с пространственным разделением, которое предлагает наличие двух физически выделенных каналов преобразования. Рфх и Рфм. Автором предложены и исследованы рассмотренные далее методы построения термоэлектрических КИПМ с частотным [3, 34] и временным [36] разделением каналов. При частотном разделении каналов физически присутствует только один канал преобразования, но в нем одновременно преобразуются мощности Рфх и Рфм представленные сигналами разных частот. Временное разделение каналов предусматривает поочередную подачу на. входы КИПМ сигналов сравниваемых мощностей, причем период коммутации выбирается много меньшим постоянной времени интегратора КИПМ. При этом преобразование мгновенных значений Рфх и Рфм разделено во времени, а их средние значения