Общие понятия. Общие требования к средствам измерений всех видов

4 Общие понятия. Общие требования к средствам измерений всех видов

4.1 Характеристики измеряемых сигналов

В настоящем стандарте рассмотрены СИ, предназначенные:

a) для измерений гармоник;

b) для измерений интергармоник;

c) для измерений спектральных составляющих на частотах выше области частот гармоник до 9 кГц.

Дискретное преобразование Фурье, в том числе быстрое преобразование Фурье, позволяет получить точные результаты только при установившихся сигналах. Сигналы, амплитуды которых изменяются во времени, не могут быть точно характеризованы только совокупностью их гармонических составляющих. Для того, чтобы получить воспроизводимые результаты гармонического анализа по результатам измерений эмиссии токов и напряжений при колебаниях мощности, приводящих к колебаниям силы основного тока, и, возможно, колебаниям силы гармонических токов, необходимо совместно применять методы сглаживания и длительные периоды измерений. Поэтому метод измерений, установленный в настоящем стандарте, основан на применении определенных процедур сглаживания (см. 5.5.1). Кроме того, в стандартах, устанавливающих нормы эмиссии гармонических составляющих тока, содержащих ссылки на настоящий стандарт, могут быть установлены достаточно длительные периоды наблюдения при испытаниях (см. ГОСТ Р 51317.3.2, ГОСТ Р 51317.3.12), обеспечивающие получение последовательных результатов измерений при допустимой погрешности.

4.2 Классы точности средств измерений

Допускается применения СИ двух классов точности: I и II. Это позволяет при соответствии требованиям к применению использовать простые СИ малой стоимости. При испытаниях на соответствие нормам гармонических и интергармонических токов и напряжений применение СИ высокого класса точности I необходимо в случаях, если значения измеряемых токов и напряжений близки к нормам эмиссии (см. примечание 2 к таблице 1).

4.3 Виды измерений

В настоящем стандарте установлены требования к проведению измерений гармоник и интергармоник тока и напряжения. Кроме того, рассмотрены измерения в полосе частот до 9 кГц.

4.4 Общая структура средства измерений

В современных СИ, основанных на использовании дискретного преобразования Фурье, применяется, как правило, алгоритм ускоренного выполнения указанного преобразования, называемый "быстрое преобразование Фурье". В настоящем стандарте рассмотрена структура СИ на основе быстрого преобразования Фурье. Допускается применение других принципов анализа (см. раздел 6).

Общая структура СИ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Общая структура СИ

Примечания

1 Значение активной мощности является входной величиной для процесса сглаживания.

2 Измерение постоянной составляющей и связанной с ней мощности может быть предусмотрено в качестве дополнительной возможности СИ, но не является обязательным в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

СИ могут содержать все блоки и выходы, представленные на рисунке 1, или их часть.

4.4.1 Измерительная часть СИ

Основная измерительная часть СИ должна содержать:

- входные цепи с фильтром, исключающим паразитное наложение спектров;

- аналогово-цифровой преобразователь со схемой выборки и хранения;

- блок синхронизации и формирования временного интервала измерения (при необходимости);

- DFT-вычислитель, выполняющий расчет коэффициентов a_k и b_k (выход 1).

СИ могут быть дополнены специальными устройствами, обеспечивающими измерение токов или напряжений.

Примечания

1 Сведения о дополнительных устройствах приведены в 5.5.

2 При проведении анализа гармоник и интергармоник анализируемый сигнал ƒ(t) подвергают предварительной обработке для исключения частот выше частот рабочего диапазона СИ.

Длительность временного интервала измерения должна быть 10 периодов основной частоты (для систем электроснабжения 50 Гц) или 12 периодов основной частоты (для систем 60 Гц), т.е. T_N=(10 или 12)×T₁≈200 мс при прямоугольном взвешивании. Интервал измерений должен быть синхронизирован с основной частотой системы электроснабжения. Применение измерительного окна Хэннинга допускается только при потере синхронизации. Потеря синхронизации должна отмечаться на дисплее СИ. Данные, полученные при потере синхронизации, должны маркироваться (см. ГОСТ Р 51317.4.30). Эти данные не подлежат применению для целей оценки соответствия, но могут быть применены для других целей.

Временной измерительный интервал должен быть синхронизирован с каждой группой из 10 или 12 периодов основной частоты (для систем электроснабжения 50 или 60 Гц соответственно). Интервал времени между началом первого отсчета дискретизированного сигнала и началом ( ) отсчета дискретизированного сигнала ( - число отсчетов, см. 3.5.1) должен быть равен длительности установленного числа периодов основной частоты при максимальном отклонении не более ±0,03%. СИ с фазовой автоподстройкой частоты или другими механизмами синхронизации должны соответствовать требованиям к установке частоты и допустимой погрешности синхронизации при измерении любого сигнала, частота которого изменяется по меньшей мере в пределах ±5% номинальной частоты системы электроснабжения. Для СИ со встроенным источником питания, измерительная система которых внутренне синхронизирована с источником питания, указанное выше требование к допустимым пределам изменения частоты входного сигнала не применяют. Вместе с тем СИ со встроенным источником питания должны соответствовать приведенным выше требованиям к установке частоты и допустимой погрешности синхронизации.

Выход 1 СИ (см. рисунок 1) предназначен для представления индивидуальных коэффициентов a_k и b_k дискретного преобразования Фурье, а также значений каждой рассчитанной спектральной составляющей тока или напряжения Y_C,k .

СИ должны иметь дополнительный выход, не связанный с дискретным преобразованием Фурье, предназначенный для представления значения активной мощности P, измеряемой при той же длительности интервала измерения, что и при измерении гармоник. При измерении эмиссии гармонических составляющих тока, потребляемого ТС, в соответствии с ГОСТ Р 51317.3.2 это значение мощности не должно учитывать составляющую постоянного тока.

4.4.2 Устройства постпроцессорной обработки

В соответствии со стандартами, устанавливающими нормы эмиссии гармонических составляющих (см. ГОСТ Р 51317.3.2), в состав СИ включают дополнительные устройства, осуществляющие обработку данных, полученных в результате дискретного преобразования Фурье, например, их сглаживание и взвешивание (см. 5.5).