Исключение погрешностей измерения
Получить достоверные результаты измерений можно следующими способами: уменьшением до приемлемого значения тока влияния, компенсацией этого тока в измерительной схеме, применением помехоустойчивого измерительного устройства или исключением погрешности из результатов измерения.
Уменьшение тока влияния может быть получено путем выбора соответствующей схемы измерений (см. табл. 2.3). Дальнейшее снижение этого тока дает отключение соседних с контролируемым объектом элементов распределительного устройства. К снижению погрешности за счет уменьшения коэффициента влияния приводит повышение напряжения измерительной установки. Однако все эти мероприятия, улучшая условия измерений, достаточное исключение погрешностей не обеспечивают.
Устранить ток влияния можно экранированием. Для этого контролируемый объект надо окружить заземленным проводящим экраном, например, из проволочной сетки. Для эксплуатационных измерений этот метод неприемлем.
Компенсация токов влияния в схеме измерений производится от специального источника, синхронного с напряжением влияющей сети. Компенсацию можно обеспечить, например, подав на вход СИ ток, равный по модулю току влияния и обратный ему по фазе (см. рис. 2.16).
Защита от помех обеспечивается применением специального помехоустойчивого СИ. Такой способ измерений наиболее удобен в эксплуатации и обеспечивает необходимую точность.
Применяется частотное разделение контролируемого тока и тока помех (влияния). Частота напряжения измерительной установки выбирается отличающейся от промышленной, а СИ защищается от тока влияния соответствующим фильтром. В практике энергосистем применяются установки с частотой 25 и 100 Гц.
Указатель равновесия мостового устройства является селективным прибором; частотная характеристика его фильтра (рис. 2.30) предусматривает необходимое подавление помех с частотой, отличающейся от частоты измерительного напряжения ω и. Ввиду неидеальности фильтра ток влияния с частотой ωΒ вызовет показания, эквивалентные протеканию тока рабочей частоты моста (Кɷ - коэффициент подавления фильтра; принято, что на рабочей частоте моста Кɷ = 1). Это приведет к погрешности измерения. Наибольшая возможная погрешность от тока влияний дельта tg δ или АСХ / Сх равна kв. С учеты характеристики фильтра
Определяющим является случай измерения tg δ. Следовательно, помехозащищенность СИ будет обеспечена, если
Примем допустимое значение погрешности измерения (дельта tg δ)доп =
• 1-10-3, а наибольшее возможное значение кв = 0,7 (см. табл. 2.3). При доп необходимое подавление фильтром ΚωΒ = 700.
Высокой помехоустойчивостью обладает векторметр. Она обеспечивается синхронным выпрямлением с последующим выделением постоянной составляющей выпрямленного тока.
Рис. 2.31. К расчету формул исключения погрешностей от тока влияния
Рис. 2.30. Частотная характеристика фильтра указателя равновесия
При синхронном выпрямлении равно нулю среднее значение токов, несинхронных с управляющим напряжением или имеющих частоту, кратную его четным гармоникам. Поэтому, если измерять при частоте 25 Гц, помехи от токов влияния промышленной частоты погрешности не дадут.
Недостатками методов измерения с фильтрацией токов влияния являются необходимость в специальной измерительной установке с мощным источником напряжения при частоте, отличающейся от промышленной, а также трудность установления пересчетных коэффициентов для приведения полученных данных к нормированным при промышленной частоте.
Расчетный метод получил наиболее широкое применение. Исключение погрешностей от токов влияния, протекающих через измерительное устройство, производится путем обработки результатов измерений, проведенных при фазах напряжения испытательной установки, различающихся на 180° (метод двух измерений).
На векторной диаграмме (рис. 2.31) для упрощения показано неизменение на 180° тока через объект, а эквивалентное ему изменение] тока влияния. При первом измерении будут определены значения tg δ1 и Сх1, а при втором - tg δ и Сх.
Из векторной диаграммы следует: 
Совместное решение этих уравнений дает
(2.16) , (2.17)
В формулу (2.16) значения tg δ подставляются с тем знаком, с каким они были получены при измерениях.
Для случая измерений мостовой схемой
Часто в качестве результата измерения tg δ принимается полусумма данных:
При этом вносится погрешность:
Если результаты обоих измерений емкости не различаются более чем на 10%, то погрешность расчета по упрощенной формуле будет допустимой. При больших различиях полученных данных следует пользоваться формулой (2.16).
Полученные расчетные формулы принципиально пригодны для исключения любого тока влияния. Однако на практике невозможно обеспечить измерение без погрешностей и при больших токах влияния расчетное значение tg δ, определенное как разность больших величин, может иметь недопустимое отклонение от действительного.
Расчетное исключение погрешностей целесообразно использовать и случаях, когда оба измеренных значения tg δ положительны.
Рис. 2.32. К расчету погрешности от изменения фазы напряжения питания моста
При получении отрицательного значения можно предварительно снизить погрешность подбором фазы питания измерительного устройства (при этом изменяется угол Θ) и лишь потом производить исключение остаточной погрешности расчетом. При наличии соответствующей испытательной установки целесообразно сразу перейти на измерения методом совмещения фаз (см. далее).
При применении методов исключения погрешностей от токов влияния, основанных на двух измерениях, поворот фазы напряжения при втором измерении на угол, отличающийся от 180, ведет к существенным ошибкам в определении tg δ изоляции. Ошибка в определении емкости не так значима.
Изменение фазы напряжения не строго на 180° может быть следствием нечеткой фиксации выбранной фазы в фазорегуляторе или же из-за большого тока влияния, протекающего через источник напряжения измерительной установки.
При прямой схеме включения СИ через источник напряжения измерительной установки проходит ток влияния, стекающий с вывода высокого напряжения объекта (ток - см. рис. 2.28). Падение напряжения от этого тока на сопротивлении источника образует часть напряжения на объекте, не изменяющуюся на 180° при изменении фазы напряжения питания [10]. Падение напряжения на источнике, а наибольшая определяемая им разность фаз (рис. 2.32).
Следовательно, вместо напряжения к объекту будет приложено напряжение U, а сдвиг фаз при изменении фазы питания будет не 180°, а ф = 180° — 2ф.
Примем для упрощения, что у объекта tg δ = 0. При измерениях в условиях влияния (коэффициент влияния кB1) и при сдвиге фазы напряжения питания на φ с учетом (2.12) получим
При втором измерении 
Поскольку принято, что действительное значение tg δ = 0, то измеренные значения и есть погрешности от изменения фазы напряжения. Эта погрешность при расчете среднего значения результатов измере: пия с учетом того, что кB1 < 1:
При допустимой погрешности дельта tg δ = 2-10_э и кв1 = 0,1 наибольшая допускаемая ошибка в изменении фазы 2φ = 2,5°.
Можно принять, что для измерительной установки с источником питания НОМ-10 и фазорегулятором = 100 кОм (приведено к стороне 10 кв), тогда
При измерении tg δ изоляции вводов и трансформаторов тока обычно стараются не отключать шины. Рассмотренная погрешность определяет предел допустимости такой схемы измерений. Практически отключение шин необходимо при кв1 ίΒ2 > 2-10-4 (принято, что дельта tg δ < ί 2·10-3). По данным табл. 2.3, при прямой схеме измерения наибольшее прогнозируемое значение кв1 = 7-10-2, следовательно, наибольший допускаемый при этом ток влияния 3 мА.
Метод совмещения фаз токов объекта и влияния обеспечивает исключение погрешности от токов влияния, протекающих через измерительное устройство, путем выбора соответствующего угла Θ [9]. Из (2.14) и (2.15) следует, что погрешность измерения отсутствует.
Метод заключается в том, что перед измерениями, изменяя фазу напряжения измерительной установки, обеспечивают необходимую фазу тока через объект. Измерительная установка должна для этого иметь фазовращатель в цепи питания источника напряжения.
Высокая точность измерения необходима в первую очередь при определении tg δ. Поэтому добиваются совмещения фазы тока через изоляцию объекта с фазой тока влияния. Признаком того, что фаза напряжения на объекте выбрана правильно, является совпадений результатов двух измерений (одно - при выбранной фазе, другое (при изменении ее на 180°).
Рассмотрим процесс измерения при применении мостовой схемы, Выбор фазы напряжения питания моста производится методом последовательных приближений следующим образом:
на шкале моста устанавливается значение tg δ = 0 или (для ускорения процесса выбора фазы) ожидаемое значение tg δ изоляции объекта;
на мост подается напряжение и производится его уравновешивание путем регулировки резистора R3 и изменения фазы напряжения фазорегулятором;
напряжение моста изменяется по фазе на 180° и при неизменном положении фазорегулятора мост уравновешивается обычным способом на шкале моста устанавливается полусумма первоначального ι измеренного значений tg δ и производится коррекция фазы напряжения путем уравновешивания моста резистором R3 и фазорегулятором;
фаза напряжения моста изменяется на 180е и производится его уравновешивание обычным способом. Если полученное значение tg δ существенно отличается от предыдущего, то на шкале устанавливается их полусумма и опять производится коррекция фазы напряжения моста. Циклы коррекции повторяются до практического совпадения значений tg δ, измеренных при отличающихся на 180° фазах напряжения моста (tg δ = tg δ ). Обычно достаточно двух, трех приближений.
В качестве результата измерения принимается полусумма значений tg δ и Сх, полученных при последних двух уравновешиваниях моста. В практике наиболее приемлемо совместное применение метода совмещения фаз и расчетного метода исключения остаточной погрешности. При этом коррекция фазы напряжения моста фазорегулятором заканчивается при получении положительных значений tg δ при двух последовательных измерениях (одного при выбранной фазе, второго - при фазе напряжения питания, измененной на 180°). Остаточная погрешность исключается расчетом.
Метод совмещения фаз может применяться при токах влияния, не превышающих ток объекта (кв < 1). Сравнение с данными табл. 2.3 показывает, что ограничений для его использования в практике энергосистем не имеется.
Результаты двух измерений, отличающихся по фазе напряжения питания на 180 градусов, позволяют вычислить коэффициент влияния.
Ток влияния может быть измерен и непосредственно. При этом надо учитывать, что погрешность измерения определяется током первой гармоники и измерительный прибор (миллиамперметр) должен быть селективным. Для измерения может быть использован предварительно градуированный указатель равновесия моста.
