ГОССТАНДАРТ РОССИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
(ВНИИМС)

РЕКОМЕНДАЦИЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ.

СЧЕТЧИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ИНДУКЦИОННЫЕ.

Программа и методика ускоренных испытаний с целью подтверждения межповерочного интервала.

МИ 2307-94

РАЗРАБОТАНЫ: ВНИИМС и МЗЭП

ИСПОЛНИТЕЛИ: Беляев Б.М. (руководитель темы), Куренков М.А., Балашов О.В. и Калашников А.А.

УТВЕРЖДЕНА: ВНИИМС

ЗАРЕГИСТРИРОВАНА: ВНИИМС

ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

1. ЦЕЛЬ И ПРИНЦИПЫ ИСПЫТАНИЙ

Данная программа и методика испытаний устанавливает принципы, методы и объемы форсированных (ускоренных) испытаний индукционных счетчиков электрической энергии, с целью получения исходных данных для подтверждения или корректировки установленного межповерочного интервала (МПИ). Рекомендация изложена на примере счетчика СО-50. При применении к другим типам счетчиков заменяются данные табл. 1, 2 и 3, Приложений 1 и 2, а также вносятся редакционные изменения в п.п. 3.3.1, 3.3.3 и 6.2 с учетом типа испытываемого счетчика.

В качестве основного принят принцип форсированных испытаний, основанный на применении в качестве фактора, ускоряющего отказы, увеличение среднесуточной частоты вращения счетного механизма в процессе испытаний по сравнению с характерной для рабочих условий среднесуточной частотой вращения. Это достигается как за счет увеличения рабочего тока вплоть до максимально-допускаемой величины для испытываемого счетчика, так и за счет снятия тормозных магнитов и исключения их влияния на снижение частоты оборотов.

При реализации принятого принципа предполагается, что основным фактором, определяющим отказы индукционных счетчиков в процессе эксплуатации, является износ опор и оси счетного механизма в результате накопления дефектов в процессе трения. При этом допускается применение двух подходов:

1.1. Снятие тормозных магнитов на временной интервал прогонки испытываемых счетчиков в форсированном режиме с последующей их установкой на время измерения параметров счетчика, а при необходимости и регулировки их параметров до норм технических условий путем перемещения тормозных магнитов.

1.2. Демонтаж диска, верхней и нижней опор и счетного механизма из испытываемых (основных) счетчиков и их установка в счетчики-спутники без указанных деталей и тормозных магнитов. В этом случае все демонтированные части основных счетчиков проходят форсированные испытания в составе счетчиков-спутников, а тормозные магниты подвергаются испытаниям на старение в составе основного счетчика. Таким образом достигается, что результаты измерений параметров основного счетчика после монтажа в них доска, верхней и нижней опор и счетного механизма, прошедших форсированные испытания, будут характеризовать воздействие как форсированного режима, так и режима старения тормозных магнитов.

2. ОБЪЕКТ ИСПЫТАНИЙ

Испытанию подлежат индукционные счетчики электрической энергии в сетях переменного тока номинальной частоты 50 или 60 Гц. Основные параметры и характеристики счетчиков, подлежащих ускоренным испытаниям, представлены в Приложении 1.

3. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. Исходные данные для выбора приемлемого режима ускоренных испытаний. В качестве исходных данных при выборе режимa ускоренных испытаний используются данные о межповерочном интервале T_мпиэ, приемлемая длительность испытаний T_и, допускаемый ток нагрузки счетчика во время ускоренных испытаний I_и, среднесуточный ток нагрузки потребителя в процессе эксплуатации счетчика I_э при номинальном напряжении электрической сети U_н, среднесуточная продолжительность работы счетчика в процессе испытаний t_и и при эксплуатации t_э, коэффициент увеличения скорости вращения диска счетчика (или увеличения скорости приращения отсчета электроэнергия счетным механизмом) при отсутствии тормозных магнитов K_м, передаточное число счетчика С.

3.2. Расчетные соотношения для определения режима ускоренных испытаний.

3.2.1. На основе данных технических условий (см. Приложение 1) устанавливают числовое значение межповерочного интервала T_мпи, подлежащего подтверждению в процессе испытаний, а также назначают приемлемую длительность ускоренных испытаний T_и. Тогда требуемый коэффициент ускорения  при испытаниях определяют по формуле:

                                                                (1)

3.2.2. В зависимости от параметров счетчика практически достижимый коэффициент ускорения  связан с указанными параметрами следующим соотношением:

                                                               (2)

Коэффициент K_м определяется экспериментально для каждого образца счетчика, входящего в выборку счетчиков, подлежащих испытанию. При этом используется следующее соотношение:

                                                                     (3)

где V₁ и V₂ - скорость вращения диска в об/с нормального электрического счетчика и счетчика при снятых тормозных магнитах соответственно.

Среднесуточное значение рабочего тока счетчика в период эксплуатации определяется с учетом среднесуточного расхода электроэнергии потребителем по формуле:

                                                               (4)

где  - среднесуточный расход электроэнергии потребителем, кВт×ч.

Необходимые данные для проведения расчетов по формулам (2) - (4) применительно к испытываемому счетчику приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные для индукционных счетчиков СО-50

3.3. Определение форсированного режима ускоренных испытаний.

3.3.1. Если принять, что продолжительность ускоренных испытаний не должна превысить 2 - 3 месяцев, то при межповерочном интервале испытываемого счетчика T_мпи, равном 16 годам, получил по формуле (1) значения требуемых значений коэффициента ускорения. Они приведены в таблице 2.

Таблица 2

Требуемые значения коэффициента ускорения  для счетчика СО-50

3.3.2. Используя данные таблицы 1, по формулам (2) ¸ (4) рассчитываем достижимые значения коэффициентов ускорения. Результаты расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3

3.3.3. Сопоставляя данные таблицы 3 с данными таблицы 2 приходим к выводу о том, что приемлемый коэффициент ускорения можно обеспечить при 8-ми часовом режиме испытаний при токе испытаний I_и = 20 А и длительности испытаний менее 2-х месяцев. Конкретные данные по режиму испытаний для счетчика СО-50 представлены в таблице 2.П2 Приложения.

3.4. Требования к испытываемым счетчикам и контролируемые параметры

3.4.1. Испытанию на соответствие счетчиков электрической энергии требованиям ТУ по межповерочному интервалу T_мпи подвергаются счетчики, прошедшие приемо-сдаточные испытания предприятия изготовителя. Для испытаний формируется выборка счетчиков из 10 образцов. При применении второго из указанных в разделе 1 подходов наряду с основной выборкой формируемся также выборка из счетчиков-спутников без тормозных магнитов, в которую на время испытаний устанавливаются диски, верхние и нижние опоры и счетные механизмы из основной выборки счетчиков. Выборка основных счетчиков формируется методом случайных чисел по ГОСТ 18321-73.

3.4.2. Основная относительная погрешность передаваемых на ускоренные испытания счетчиков не должна превышать значений 0,8d_д, где d_д - предел основной относительной погрешности, установленной в ТУ на счетчик.

3.4.3. В соответствии с техническими условиями на испытываемый счетчик в качестве контролируемого параметра при ускоренных испытаниях принимается предел допускаемой основной погрешности, измеренной при информативных параметрах входных сигналов, приведенных в таблице 2.П2 приложения 2.

В качестве критериев отказа при ускоренных испытаниях принимается выход основной относительной погрешности за указанные в Приложении 2 нормы, а также несоответствие порога чувствительности и самохода нормам технических условий.

3.4.4. Измерение (контроль) допускаемой относительной погрешности измерений в процессе ускоренных испытаний проводится в нормальных условиях и по методам, установленным в действующих стандартах, с учетом дополнительных требований, оговоренных техническими условиями и данной программой.

3.5. Порядок подготовки и проведения испытаний.

Последовательность подготовки и проведения испытаний при использовании подхода 2 раздела 1 представлена в таблице 4. В процессе испытаний за отказ испытываемого счетчика принимается выход его основной допускаемой относительной погрешности за норму, установленную в технических условиях, т.е. d_j > d_д.

Таблица 4

Операции подготовки и проведения ускоренных испытаний при реализации подхода 2, раздела 1

В процессе проведения испытаний допускается корректировка программы и методики испытаний при невозможности получения приемлемых данных при реализации операторов 7 и 9. В процессе корректировки выбираются один из следующих вариантов оценки изменений допускаемой основной погрешности испытываемых счетчиков:

периодический (через каждые 5 дней испытаний) демонтаж опор, счетных механизмов и дисков основных счетчиков из счетчиков-спутников и монтаж их в основные счетчики. Измерение основной допускаемой погрешности каждого счетчика с записью результатов измерений в журнал. Демонтаж опор, счетных механизмов и дисков с основных счетчиков, их установка в счетчики-спутники и продолжение испытаний;

использование для текущего контроля в процессе испытаний постоянства основной допускаемой погрешности счетчиков по времени выбега его движущихся механизмов после обесточивания электрических цепей. Возможность применения этого метода контроля должна быть подтверждена до начала ускоренных испытаний.

В случае реализации подхода 1, изложенного в разделе 1, при ускоренных испытаниях вместо операторов 2, 4 и 6 таблица 4 выполняются работы по операторам, приведенные в таблице 5 под теми же номерами, а работы по оператору 5 исключаются.

Таблица 5

4. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Результаты ускоренных испытаний представляются либо в виде упорядоченных рядов значений погрешности измерений d_ji в моменты измерений t_j:

либо в виде ряда временных интервалов Dt_j и соответствующих этим интервалам чисел отказов испытываемых счетчиков-спутников Dn_j в эти интервалы времени:

где Dt_j = (t_j - t₀) - время наработки Dn_j счетчиков до отказа;

t_j - время, прошедшее с начала первого цикла испытаний t₀ до времени завершения j-го цикла испытаний;

Dn_j - число отказавших счетчиков за временной интервал Dt_j.

4.2. Для получения числовых значений межповерочного интервала на основе представленных в рядах (5) и (6) данных необходимо провести следующие операции:

- оценить принадлежность величин d_ji в различные моменты времени t_j к виду распределения или сделать предположение об их соответствии какому-либо распределению (например, нормальному или логарифмически-нормальному);

- оценить с учетом вида распределения вероятность нахождения параметров в границах допустимых значений Р (d_ji £ d_д) в сечениях по времени t_i при принятом значении доверительной вероятности «g»;

- определить межповерочный интервал, приняв значение Р (d_ji = d_д) и доверительную вероятность «g».

4.3. Принадлежность к виду распределения оценивается любым из известных методов. При трудностях оценки вида распределения принимают одну из известных гипотез о распределении на основе результатов предшествующих испытаний.

4.4. Для данных, представленных по форме рядов (5), с учетом принятого распределения определяем среднее значение погрешности и ее среднеквадратическое отклонение по испытанным образцам в сечениях по времени:

                                                                      

                                                        (7)

4.5. Определяем эмпирические, квантили, соответствующие заданному значению допускаемой величины, основной относительной погрешности d_доп:

                                                             (8)

4.6. В соответствии с данными таблицы 5 с учетом числа испытанных образцов выбираем значение доверительной вероятности «g».

Таблица 6

4.7. По величине Z_j и принятому значению доверительной вероятности «g» по данным Приложения 3 находится нижняя q_jн (d_j £ d_д) граница вероятности выхода основной относительной погрешности счетчика за допускаемую норму. Затем по формуле:

P_jв(d_j ≤ d_д) = I - q_jн(d_j ≤ d_д)                                                  (9)

определяется вероятность нахождения основной относительной погрешности счетчика в заданных границах в каждый j-ый момент времени. В результате этого получаем ряды значений, которые можно представить в форме таблицы 7.

Таблица 7

4.8. Представляем полученные результаты в виде графика Р_j (d_i £ d_д) = f(t_j), по которому при принятой нами по таблице 6 вероятности невыхода погрешности измерений за допускаемую норму (отложено на рис. 1 по оси ординат), определяем временной интервал Т (d_j £ d_д), в продолжение которого допускаемая основная погрешность измерения будет находиться в пределах нормы ТУ. Пример определения приведен на графике рис. 1.

Рис. 1

4.9. По полученному из графика рис. 1 значению временного интервала T (d_j £ d_д) определяем подтвержденный результатами испытаний межповерочный интервал:

T_мпи = K_у × Т (d_j £ d_д).                                                (10)

4.10. В случае получения результатов в форме ряда (6) среднее значение времени, в течение которых выполняется неравенство d_j £ d_д и его среднеквадратическое отклонение определяется по формулам:

                                                

                                              (11)

Принимая значение доверительной вероятности «g» и вероятности нахождения основной погрешности счетчиков в пределах норм ТУ Р (d_j ³ d_доп) по данным Приложения 3 находим значение коэффициента K_т для толерантных границ при нормальном распределении. Подставляя полученные значения в соотношение (12), находим подтверждаемое значение межповерочного интервала:

                                             (13)

4.11. Пункты 4.4 - 4.10 изложены в предположении справедливости гипотезы о нормальном распределении. В случае логарифмически-нормального распределения вместо значений d_ji и Dt_j необходимо использовать логарифмы этих величин.

5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОТЕРИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ТОРМОЗНЫХ МАГНИТОВ НА МЕЖПОВЕРОЧНЫЙ ИНТЕРВАЛ

5.1. В процессе проведения испытаний заводом-изготовителем обобщаются и анализируются литературные данные в возможном влиянии на межповерочный интервал потери магнитных свойств тормозными магнитами.

5.2. Одновременно с работой счетчиков-спутников основные счетчики (без диска, опор и счетных механизмов) подвергаются искусственному старению при температуре до 80 °С в продолжении 40 - 50 суток. Режим старения выбирается с учетом литературных данных о потере магнитных свойств тормозными магнитами.

6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

6.1. В качестве технических средств при проведении испытаний используются средства измерений и вспомогательное оборудование, обеспечивающее реализацию методов испытаний, предусмотренных государственным стандартом ГОСТ 6570-75. В качестве дополнительных устройств используются испытательный стенд для установки счетчиков-спутников, а также вспомогательные устройства, обеспечивающие демонтаж механизмов из основных счетчиков и монтаж их в счетчики-спутники, испытание тормозных магнитов основных счетчиков на старение.

6.2. Испытание счетчиков должно проводиться в режимах и условиях, предусмотренных ГОСТ 6570-75 и Технических условиях ТУ 25-04-3113-93, если не оговорены иные условия и режимы, предусмотренные данной программой.

6.3. В качестве минимально-необходимых документов, представляемых на испытания, должны быть следующие:

- протокол или акт приемо-сдаточных испытаний счетчиков, вошедших в группу основных или счетчиков-спутников;

- паспорт и технические условия на испытываемые счетчики, технические описания и инструкции по эксплуатация испытательного оборудования, и средств измерений, имеющие отметки поверочных органов или органов технического обслуживания о пригодности к применению при испытаниях;

- календарный план проведения ускоренных испытаний;

- инструкции операторам, осуществляющим подготовку технических средств для испытания счетчиков и обслуживание этих средств в процессе проведения испытаний;

- журнал регистрации, контролируемых и измеряемых параметров, а также условия и режимы их проведения;

- инструкция по технике безопасности при работе с приборами и вспомогательным оборудованием в процессе ускоренных испытаний.

6.4. Подготовка к применению и применение технических средств должны осуществляться в строгом соответствии с описаниями и инструкциями по эксплуатации и соблюдении правил техники безопасности.

7. ОТЧЕТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

7.1. В процессе проведения ускоренных испытаний ведется журнал испытаний, в котором записываются все сведения по режимам испытаний, измеряемым и (или) контролируемым параметрам испытываемых счетчиков в процессе всего цикла испытаний.

7.2. По результатам испытаний составляется акт, в которой представляются основные результаты испытаний, методы их обработки, получаемые результаты, а также рекомендации по подтверждению или корректировки межповерочного интервала.

Приложение 1

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СЧЕТЧИКОВ СО-50

Приложение 2

Таблица 1.П2

РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ ОСНОВНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ

Таблица 2.П2

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РЕЖИМЫ ИСПЫТАНИЙ СЧЕТЧИКОВ СО-50

Примечание: при расчете продолжительности испытаний T_и не учитывалось время, необходимое на операции подготовки и контроля основной относительной погрешности измерений d в моменты времени t₁, t₂, t₃, ..., t_m, где m число измерений основной погрешности счетчиков за время испытаний T_и. При этом m = T_и/Dt_jo.

Приложение 3

Доверительные интервалы для вероятности отказов

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Приложение 4

Коэффициент «K_т» для толерантных границ при нормальном распределении

СОДЕРЖАНИЕ