При автоматическом управлении технологическими процессами в сетевых и генерирующих компаниях, а также на промышленных предприятиях с развитой системой электроснабжения широко применяются системы, осуществляющие сбор, обработку, хранение, передачу и представление в удобной форме измерительной информации. Получение информации от контролируемого объекта и её первичную обработку выполняют измерительные преобразователи.
В статье рассматриваются средства измерения с нормированными метрологическими характеристиками, служащие для преобразования электрических величин в унифицированный сигнал постоянного тока или в цифровой код и используемые для дальнейшей передачи или индикации. По сути, эти средства – промежуточное звено между объектом измерений и собственно измерительным прибором или системой телемеханики.
Классификация
По виду измеряемого и преобразуемого входного сигнала самыми распространенными и широко применяемыми измерительными преобразователями в энергетике и у производителей шкафного оборудования являются преобразователи:
- переменного тока и напряжения;
- постоянного тока и напряжения;
- активной и реактивной мощности переменного тока.
Основными производителями указанных преобразователей являются: ОАО «Электроприбор» (г. Чебоксары), ООО «Алекто» (г. Омск), МНПП «Электроприбор» (г. Витебск), ООО «ЭнергоСоюз» (г. Витебск), ОДО «Энергоприбор» (г. Витебск).
При выборе измерительного преобразователя перед потребителями всегда стоит ряд вопросов, которые мы и рассмотрим в данной ста-
тье.
Аналоговый или цифровой выход?
На сегодняшний день все производимые преобразователи по форме обработки входного сигнала можно разделить на две большие группы:
- Преобразование входного сигнала в аналоговый выходной сигнал.
- Преобразование входного сигнала в цифровой сигнал.
Аналоговые измерительные преобразователи – это тип изделий, который широко применялся прежде и применяется в настоящее время во многих областях промышленности. Большинство энергообъектов вводилось в строй в 1970–80-х гг. Системы телемеханики в то время строились на приеме и обработке аналоговых сигналов. Измерительные преобразователи в таких системах преобразовывают входной сигнал в унифицированный выходной сигнал постоянного тока и обеспечивают дистанционную передачу выходного сигнала или подключение щитового прибора для визуальной индикации результата преобразования. Время установления выходного аналогового сигнала этих преобразователей составляет до 1 с.
Измерительные преобразователи с аналоговым выходным сигналом наиболее дёшевы и очень распространены, однако современным требованиям не соответствуют. Принятая в ОАО «ФСК ЕЭС» и ОАО «Россети» политика предусматривает передачу данных от вторичных приборов и датчиков только в цифровом формате с использованием стандартных интерфейсов.
Измерительные преобразователи с цифровым выходным сигналом стоят дороже, но обладают достаточно серьёзными преимуществами:
высокая точность, быстродействие и скорость передачи данных;
- простота реализации линии передачи (например, для интерфейса RS485 – это витая пара);
- возможность подключения дополнительных модулей индикации для отображения измеряемых (преобразуемых) параметров;
- расширенный ряд напряжений питания (+12 В, +24 В, @220 ВУ, ~230 В);
- повышенный уровень электробезопасности за счет трехуровневой гальванической развязки: по входным измерительным цепям, по выходным цепям и по цепи питания.
Современные измерительные преобразователи нередко оснащаются и цифровыми и аналоговыми выходными цепями. Примерами таких преобразователей являются Е854ЭЛ, Е856ЭЛ и Е849ЭЛ (см. рис. 1).
Возможность объединения преобразователей в единую сеть с другими средствами измерения и передачи информации посредством интерфейсов RS485, а также наличие выходных унифицированных сигналов постоянного тока позволяет использовать преобразователи на объектах энергетики и в автоматизированных системах различного назначения (ССПИ, АСУ ТП).
 |
Рис. 1. Схема подключения цифровых измерительных преобразователей
Преобразователи с цифровым выходом выполняются в стандартном корпусе с передним расположением винтовых подпружиненных клеммных разъемов, которые надёжно фиксируют присоединительные провода и облегчают монтаж. Преобразователи допускают установку как на стандартную DIN-рейку, так и на плоскую поверхность.
В последнее время в энергетике планомерно проводятся работы по реконструкции старых и строительству новых подстанций с использованием современных систем телемеханики. Цифровые измерительные преобразователи легко интегрировать в любую систему телеизмерения в силу целого ряда присущих им преимуществ (см. табл. 1).
Таблица 1. Преимущества цифровых измерительных преобразователей перед аналоговыми
| Характеристики | Цифровой преобразователь | Аналоговый преобразователь |
| Напряжения питания | Расширенный ряд +12 В, +24 В, ~220 ВУ, ~230 В | Измерительная цепь, ~220 В |
| Интерфейс | До двух интерфейсов RS485 | нет |
| Конфигурирование параметров и аналогового выходного сигнала | Да, через интерфейс RS485 | нет |
| Высокая точность передаваемых данных | По интерфейсу RS485 без искажений до 1000 м (витая пара проводов) | По аналоговому выходу класса точности 0,5 (сечение провода выбирается по сопротивлению и длине линии) |
| Быстродействие | 200 мс | нет |
| Время установления выходного аналогового сигнала, не более | 0,5 с | 1 с |
| Скорость передачи данных | Перепрограммируемая (4800–57000 бод) | Характеристика аналогового выхода |
| Расширение возможностей отображения показаний и точности | Передача информации по RS485 на модули индикации без искажений | Отображение информации на аналоговом приборе класса точности 1,5 |
| Дополнительные модули индикации (МИ) | До 15 шт. МИ на 1000 м | Один щитовой прибор |
Поверка или калибровка?
Нормативные документы не слишком чётко разграничивают понятия поверки и калибровки средств измерений. Поверка – это совокупность операций и процедур, направленных на определение и подтверждение соответствия средств измерения и приборов установленным законодательством требованиям. В свою очередь, калибровка представляет собой только установление зависимости между размерами измеряемых величин и показаниями приборов. Не все производители предлагают потребителям изделия с первичной поверкой – некоторые обходятся только калибровкой. При получении от таких изготовителей калиброванного измерительного преобразователя потребитель перед вводом его в эксплуатацию обязан провести поверку изделия в центре стандартизации и метрологии (ЦСМ).
Межповерочный интервал
Межповерочный интервал аналоговых измерительных преобразователей составляет 1 год. Межповерочный интервал цифровых преобразователей увеличен до 4–6 лет. На этот параметр производители шкафного оборудования и проектировщики, как правило, не обращают внимания. Однако он важен для отдела метрологии, который обслуживает приборный парк. Именно этой службе каждое средство измерения приходится поверять с указанной в технических условиях периодичностью.
При увеличенном межповерочном интервале снижаются затраты на обслуживание приборного парка, в т.ч. за счёт уменьшения объема обменного фонда и затрат на его поддержание.
Условия эксплуатации
Практически все измерительные преобразователи рассчитаны на работу при температурах –40…50°С, однако в технической документации предел допускаемого значения основной приведённой погрешности преобразователей приведён для нормальных условий эксплуатации (20 ±2°С) и при относительной влажности 30–80%. При изменении этих условий вводится дополнительная погрешность ±0,4% на каждые 10°С.
Дополнительная погрешность преобразователей, вызванная влиянием внешнего магнитного поля и других факторов, определена требованиями ГОСТ 24855 и не превышает половины предела допускаемой основной погрешности.
В конечном итоге, при выборе типа измерительного преобразователя для решения конкретных задач потребителю необходимо определить соответствующий критерий. В первую очередь, следует исходить из основных технических характеристик для конкретного случая (функциональное назначение, способ передачи преобразованной величины, быстродействие, погрешность измерения, напряжение питания, диапазон рабочих температур, первичная поверка).
В этой статье мы не рассматривали группу многофункциональных преобразователей, в которую входят универсальные изделия для преобразования параметров трёхфазной сети переменного тока в цифровой код с последующей передачей по стандартным интерфейсам. Эта тема будет освещена в другой статье.
Читайте также:
Средства измерения параметров цепей переменного тока: краткий обзор
EPIC – новая эра в измерении электрического потенциала
Измерение тока в плюсовом проводе питания: усилитель разности или токоизмерительный усилитель?
Методы измерения шума в цифровых схемах
Миниатюрный магнитный датчик для измерения активности человеческого мозга
Источник: журнал «Электронные компоненты»