The First teratioal Proficiecy Testig Coferece Siaia, Româia 11 th 13 th October, 2007 LABORATOR DE ETALONARE A DSPOZTVELOR DE MASURARE CURENT MAR Adrei Mariescu, Coreliu Chiciu, Horia oescu, Costati lica, Alexadru oescu stitutul Natioal de Cercetare Dezvoltare si cercari petru Electrotehica CMET Craiova * email: lmp@icmet.ro Abstract this report there are preseted the facilities, the procedures ad the results obtaied at the tests of calibratio of the covertig devices shuts ad Rogowski coils for high curret (0,1kA - 180kA) measurig, this rage ot beig covered by the Romaia Natioal stitute of Metrology. order to obtai the accreditatio from the Natioal Accreditatio Orgaism RENAR, the laboratory has elaborated ad has implemeted his ow Quality Assurace System i cocordace with the requiremets of the iteratioal stadard ENSO/EC 17025 adopted by traslatio without modificatios i Romaia uder the ame SR EN SO/CE 17025 Geeral requiremets for the competece of the laboratories of tests ad calibratio. Key words Cureti mari, etaloare, trasabilitate 1 NTRODUCERE Coform reglemetarilor Uiuii Europee, o circulatie libera a produselor pe piata u este posibila decat daca idepliesc ceritele de certificare a calitatii bazata pe Rapoarte de icercari de tip emise de laboratoare acreditate. Ua ditre cele mai importate probleme pe care laboratoarele trebuie sa le rezolve petru a-si dovedi competeta i vederea obtierii acreditarii este cea referitoare la demostrarea trasabilitatii masurarilor. domeiul masurarii curetilor mari, i prezet, Romaia pri stitutul Natioal de Metrologie poate asigura trasabilitatea masurarilor pri etaloarea dispozitivelor de coversie petru cureti umai paa la 100A. 291
aceste coditii, CMET Craiova, avad resposabilitatea de uic furizor i Romaia si zoa Balcaica de servicii de icercare petru certificarea calitatii echipametelor electrice de joasa, medie si ialta tesiue, a decis sa dezvolte u laborator propriu de etaloare a dispozitivelor de coversie petru cureti mari i domeiul de iteres 0,1 180kA avad la baza pricipalele echipamete (surse de curet, itreruptoare, scurtcircuitoare sicroe, sisteme de distributie si de reglaj a curetului si sisteme de masurare) existete i propriul Laborator de Mare Putere, completate cu dispozitive de coversie si sisteme de masurare utilizate ca etaloae de referita cu trasabilitate la stitutul Natioal de Metrologie Physikalisch Techische Budesastalt PTB Germaia, membru al Bureau teratioal des Poids et Mesures BMP. Procedurile proprii utilizate petru icercarile de etaloare corespud ceritelor [1] CE 62475 First Editio 200xx Tehica icercarilor la cureti mari. Defiitii si cerite petru cureti de icercare si sisteme de masurare. 2 SCHEME, ECHPAMENTE, PROCEDUR, REZULTATE 2.1 Determiarea factorului de scala Determiarea factorului de scala se executa itr-o schema ca i Figura 1 pri comparatia directa a rezultatelor masuratorilor iregistrate simulta de pe etaloul de referita ER si a dispozitivului de coversie de etaloat DE. 1 Sc G ~ 2 TT a b Figura 1 Schema circuitului petru determiarea factorului de scala si liiaritatii X T ER DE a b TR i care: G geerator 12 kv; 120kA; 50Hz 1 ; 2 itreruptoare operative si de protectie 12kV; 120kA S C scurtcircuitor sicro 12kV; 120kA; ±5 electrice X reactoare fara miez de fier petru reglajul curetului 0,005 3,6 ohmi T- trasformatori de putere de soc 4buc x P sc = 40MVA; 10/0,125; 0,500kV TT trasformator de masura tesiue 15/0,1kV ER dispozitiv de coversie curet etalo de referita DE dispozitiv de coversie supus programului de etaloare TR trasiet recorder coformitate cu [1] i circuitul ER si DE di Fig.1 se aplica u curet simetric siusoidal, de frecveta idustriala si se iregistreaza simulta marimea de itrare ER furizata de etaloul de referita si tesiuea U DE corespuzatoare marimii de iesire a dispozitivului de etaloat utilizad Trasiet Recorder (TR). 292
Valoarea marimii de itrare obtiuta petru fiecare masurare cu etaloul de referita se imparte la cea corespuzatoare ei obtiuta cu dispozitivul de etaloat di care rezulta o valoare F i a factorului de scala. Procedura se repeta de ori petru a obtie o valoare medie F m (Ec.1) a factorului de scala a dispozitivului de etaloat: F m Fi = 1 (1) Abaterea stadard (Ec.2) corespuzatoare rezultatelor obtiute este data de formula: s = 1 ( F F ) i 1 m 2 (2) cu care se calculeaza icertitudiea stadard (Ec.3) de tip A a valorii medii F m : u A s = *100 (3) F m Figura 2 sut prezetate oscilogramele curetului ER si a tesiuii U DE i cazul icercarii de determiare a factorului de scala a uui sut de curet alterativ 2000A/2000mV utilizad ca etalo de referita u sut de curet alterativ cu trasabilitate la PTB Germaia. Durata curetului de 140ms permite citirea a 10 valori idepedete care sut prezetate i Tabel 1 impreua cu rezultatele obtiute. U ER DE.085 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 sec U DE 085 0.100 0.110 0.120 0.130 0.140 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 sec Figura 2 Oscilogramele ER si U DE iregistrate la icercarile de determiare a factorului de scala la valoarea curetului omial ef = 2kA 293
Tabel 1 Valori obtiute si calculate petru determiarea factorului de scala rezultate di oscilogramele Fig. 1 Numarul Masuratorii ERief [ka] U DEief [V] F i = ERief /U DEief [ka/v] 1 1,9971 1,99 1,0035 2 2,0023 2,0029 0,9997 3 1,9984 1,98 1,0092 4 2,0011 1,974 1,0137 5 1,9963 2,022 0,9872 6 1,9992 2,014 0,9926 7 2,0036 2,009 0,9973 8 2,0018 1,976 1,0130 9 1,9979 1,987 1,0054 10 2,0029 1,995 1,0039 Valoarea medie: F m [ka/v] 1,00260 Abaterea stadard: s [ka/v] 0,00855 certitudiea de tip A: u A [%] 0,26986 Procedura se repeta petru cureti reprezetad 20; 40; 60 si 80% (j=1..4) di valoarea curetului omial al sutului petru a estima compoeta icertitudiii de tip B asociata costatei factorului de scala u li (Ec.4) petru tot domeiul de etaloat: 4 1 Fmj u li = * max 1 (4) 3 j = 1 F m5 ude: F mj este rezultatul obtiut la fiecare ivel de curet j=1..4 F m5 = 1,0026 este factorul de scala la curet omial Similar F m5 au fost calculate si valorile F mj, j=1..4, respectiv: F m1 = 0,9988 F m2 = 0,9992 F m3 = 1,0072 F m4 = 1,0014 rezultad: u li = 0,002651%. 2.2 Determiarea liiaritatii Coform [1] i circuitul ER si DE di Fig. 1 se aplica cureti asimetrici de frecveta idustriala cu valorile eficace de 20; 40; 60; 80 si respectiv 100% (1..5) di valoarea curetului omial al dispozitivului de etaloat si u factor k=2,5..2,8 petru valoarea de varf. Durata curetului este de 100-120ms. Evaluarea rezultatelor se face luad i cosiderare valoarea primului varf al fiecarui curet cu scopul de a furiza o extesie a valabilitatii factorului de scala, de la valoarea curetului omial al dispozitivului de etaloat, paa la valoarea maxima a curetului petru care a fost executata etaloarea. Maximul abaterii (Ec.5) este luat drept o estimare de tip B a icertitudiii stadard u li referitoare la costata factorului de scala: 294
ude: 1 = * max 5 Ri u li 1 3 (5) 1 Rm R = i DEi ERi R m = 1 * 5 5 1 DEi ERi Fig. 3 sut prezetate oscilogramele curetilor ER si DE petru valoarea de varf a curetului varf = 5kA i cazul icercarii de determiare a factorului de scala a uui sut de curet alterativ 2000A utilizad ca etalo de referita u sut cu trasabilitate la PTB Germaia. Tabel 2 sut prezetate valorile obtiute si calculate petru itreg domeiul. sec DE 125 0.140 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 sec ER.125 0.140 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 sec Fig. 3 Oscilogramele curetilor ER si DE iregistrate la icercarile de determiare a liiaritatii la u curet omial ef = 2kA si o valoare de varf varf = 5kA Tabel 2 Valori obtiute si calculate petru determiarea liiaritatii uui sut de curet alterativ utilizad ca etalo de referita u sut coaxial cu trasabilitate la PTB Germaia Abs(R /R 1) Numarul icercarii ERivarf DEivarf R i = [ka] [ka] DEivarf / ERivarf i m 1 0,9857 0,9992 0,9864 0,0146 2 1,9840 2,0053 0,9893 0,0117 3 3,0330 2,9960 1,0123 0,0112 4 4,0430 4,0061 1,0092 0,0080 5 5,0340 4,9930 1,0082 0,0070 Valoarea medie: R m 1,001128 certitudiea de tip B: u li [%] 0,008442 Aalizad rezultatele costatam ca valoarea cea mai mare a icertitudiii u li este cea determiata pri icercarile de liiaritate, respectiv u li = 0,008442 care este acoperitoare petru a fi luata drept ua ditre cotributiile de tip B de care s-a tiut cot i calculul icertitudiii totale U et (Ec.6): 295
2 2 2 U k * u = 2 * u + u + u = 2,131% (6) et = et ref A li ude: k=2 este factorul de acoperire petru o probabilitate de aproximativ 95% si petru o distributie ormala; u ref este icertitudiea stadard combiata a factorului de scala petru sistemul de masura de referita la mometul etaloarii lui (Ec.7) si este compusa di icertitudiea u TR = 0,25% petru Trasiet Recorder si di icertitudiea u ref =1% petru sutul de referita declarate i certificatele lor de etaloare, rezultad: 2 2 u u + u = 1,0308% (7) ref = TR ref 2.3 Determiarea raspusului la semal treapta de curet acest scop se utilizeaza u geerator treapta de curet cu o schema corespuzatoare figurii 4. i(t) 10.00 kv E R U C esire T DE O-Osciloscop S1 + - Uitate de comada si moitorizare OFF Comutator Uc POL ON START TRG Trigger Figura 4 Schema geeratorului treapta de curet ude: U = sursa de tesiue reglabila 0-10kV ±2% C Codesator 1μF/10kV ±10% R = rezisteta 50Ω ±10% E eclator DE dispozitiv de coversie curet O osciloscop;4 caale, 600MHz Caracteristicile geeratorului treapta de curet: timp maxim de icarcare 5s polaritate selectabila +,- timp de crestere al curetului 20s±20% valoarea de varf a curetului la iesire 200A±10% 296
Figura 5 este prezetata o iregistrare a raspusului la semal treapta. Fig.ura 5 Raspusul la semal treapta al uui sut coaxial Procedura se repeta de =10 ori si de fiecare data se calculeaza timpul experimetal de raspus T Ni, 1... Valoarea medie valoarea timpului experimetal de raspus. T N TNi = 1 a acestor timpi este luata drept cotiuare se calculeaza icertitudiea extisa i procete U TN (Ec.8) care este asociata determiarii timpului de raspus T N. Aceasta icertitudie este de tip A si este data de formula: U TN s = t * utn = t * *100 (8) T N ude: u TN este icertitudiea stadard relativa t=2.26 este factorul studet sau factorul de acoperire i cazul uei distributii ormale de probabilitate (gaussiaa) si corespude uui ivel de icredere de 95% s este abaterea stadard si este data de formula (Ec.9) : s = 1 ( T T ) Ni 1 N 2 (9) Tabel 3 sut prezetate rezultatele masuratorii timpului de raspus si rezultatele obtiute aplicad formulele prezetate aterior. 297
Tabel3 Valorile timpului de raspus T r la semal treapta petru 10 masurari si icertitudiea asociata U TN Numarul Masuratorii T Ni [s] 1 37.03 2 36.92 3 37.48 4 37.17 5 37.37 6 37.28 7 37.49 8 37.17 9 37.12 10 37.41 Valoarea medie: T N [s] 37.24 Abaterea stadard: s [s] 0.19 certitudiea de tip A: U TN [%] 0.37% 2.4 Determiarea rezistetei dispozitivului de coversie Determiarea rezistetei dispozitivului de coversie se executa la o temperatura a mediului ambiat 22 ± 2 C cu u microohmetru digital avad caracteristicile: curet de icercare 10-500Acc domeiu de masura 1-200mΩ Exemplu valoarea rezistetei masurate a uui sut de curet alterativ i coditiile de mediu specificate mai sus este de 3,87μΩ fiid media a 10 citiri la u curet de 500Acc. S-a calculat icertitudiea de tip A, U R, care este asociata masurarii rezistetei sutului aplicadu-se aceeasi metoda ca la puctul 2.3. Rezultatele calculelor corespuzatoare au codus la valoarea: U R = 0.1% 3 CONCLUZ - CMET Craiova dispue i prezet de orgaizarea si ifrastructura ecesara demostrarii trasabilitatii masurarilor de cureti mari. - Utilizarea procedurilor de etaloare a dispozitivelor de coversie si a sistemelor de masurare cureti mari pri comparatie directa cu etaloae de referita cu trasabilitate sut i cocordata cu ceritele stadardului SR EN SO/CE17025 petru obtierea acreditarii - Obtierea acreditarii de catre u laborator reprezita garatia ca rezultatele cosemate i Rapoartele de icercare emise de acesta sut credibile. REFERENCES [1] EC 62475 First editio 200 XX HGH CURRENT TEST TECHNQUES Defiitios ad requiremets for test currets ad measurig systems [2] EC 60060-2 High voltage test techiques Measurig Systems [3] R.C. Hughes, G. Rizzi, J. Rugis, K. Scho, G. Zigales, members of CGRE TASK FORCE 33.03.07: Traceability of measuremet i high voltage tests 298
[4] Claudio Cherbaucich, Gialuigi Furioli, Giuseppe Rizzi CES, Cetro Elettrotecico Sperimetale taliao Mila, taly: Calibratio of high voltage i heavy curret measurig systems [5] Short Circuit Testig Liaiso STL Documets about: Establish traceability for high curret measuremet withi the resposability of STL JSTC Japa short circuit testig committee: Guide for the STL shut project i Asia ad a exemple of calibratio i JSTC member laboratory JSTC SATSCTC/05.03 Results for the power frequecy test at 50Hz [6] SR EN SO/CE 17025 Cerite geerale petru competeta laboratoarelor de icercari si etaloari 299