МИ 2307-94

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 реализация 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 Tмпиэ, приемлемая длительность испытаний Tи, допускаемый ток нагрузки счетчика во время ускоренных испытаний Iи, среднесуточный ток нагрузки потребителя в процессе эксплуатации счетчика Iэ при номинальном напряжении электрической сети Uн, среднесуточная продолжительность работы счетчика в процессе испытаний tи и при эксплуатации tэ, коэффициент увеличения скорости вращения диска счетчика (или увеличения скорости приращения отсчета электроэнергия счетным механизмом) при отсутствии тормозных магнитов Kм, 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 Tмпи, подлежащего подтверждению в процессе испытаний, а также назначают приемлемую длительность ускоренных испытаний Tи. 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 Kм 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 рассчетов 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 Tмпи, 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 Iи = 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 Tмпи 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 0,8 δд, где δд - 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. δj > δд.

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 реализация 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 δji в моменты измерений tj:

t0, δ01, δ02, δ03, … δ0n,

t1, δ11, δ12, δ13, … δ1n,

t2, δ21, δ22, δ23, … δ2n,                                                          (5)

……………………..

tm, δm1, δm2, δm3, … δmn,

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

Δt1, Δt2, Δt3, …, Δtm,

Δn1, Δn2, Δn3, …,Δnm                                                          (6)

где Δtj = (tj – t0) - время наработки Δnj счетчиков до отказа;

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

Δnj - число отказавших счетчиков за временной интервал Δtj.

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

- оценить принадлежность величин δji в различные моменты времени tj 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 (δji ≤ δд) в сечениях по времени ti при принятом значении доверительной вероятности "γ";

- определить межповерочный интервал, приняв значение Р (δji = δд) и доверительную вероятность "γ".

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 δдоп:

.                                                            (8)

4.6. В соответствии с данными таблицы 5 с учетом числа испытанных образцов выбираем значение доверительной вероятности "γ".

Таблица 6

4.7. По величине Zj и принятому значению доверительной вероятности "γ" по данным Приложения 3 находится нижняя qjн (δj ≤ δд) граница вероятности выхода основной относительной погрешности счетчика за допускаемую норму. Затем по формуле:

                                                      (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 Рj (δi  ≤ δд) = f(tj), 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 (δj ≤ δд), в продолжении 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 (δj ≤ δд) определяем подтвержденный результатами испытаний межповерочный интервал:

Tмпи = Kу · Т (δj ≤ δд).                                                           (10)

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

,

.                                                   (11)

Принимая значение доверительной вероятности "γ" и вероятности нахождения основной погрешности счетчиков в пределах норм ТУ Р (δj ≥ δдоп) по данным Приложения 3 находим значение коэффициента Kт 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 δji и Δtj 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. МТЕРИАЛЬНО-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 проводится 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 Tи не учитывалось время, необходимое на операции подготовки и контроля основной относительной погрешности измерений δ в моменты времени t1, t2, t3, .....…, tm, где m число измерений основной погрешности счетчиков за время испытаний Tи. При этом m = Tи/Δtjo.

Приложение 3

Доверительные интервалы для вероятности отказов

Продолжение

Продолжение

Продолжение

Приложение 4

Коэффициент "Kт" для толерантных границ при нормальном распределении