ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर माप के लिए अनिश्चितता मूल्यांकन

1. परिचय

ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर, विद्युत प्रणालियों में अनिवार्य मापन घटक हैं, जिनकी मापन की सटीकता विद्युत प्रणालियों के स्थिर संचालन और प्रभावी प्रबंधन से सीधे जुड़ी होती है। हालांकि, वास्तविक अवस्था में, इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निहित विशेषताओं, पर्यावरणीय कारकों और मापन विधियों की सीमाओं के कारण, वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के मापन परिणामों में अनिश्चितता शामिल होती है। यह अनिश्चितता न केवल विद्युत डेटा की सटीकता पर प्रभाव डालती है, बल्कि विद्युत प्रणालियों के डिस्पैच, नियंत्रण और सुरक्षा रणनीतियों को भ्रामक भी बना देती है। इसलिए, ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के मापन और सत्यापन परिणामों के अनिश्चितता मूल्यांकन विधियों पर गहन शोध करना विद्युत प्रणालियों की मापन सटीकता में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है।

यह अध्ययन वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के मापन अनिश्चितता पर प्रभाव डालने वाले कारकों का प्रणालिक विश्लेषण करने का उद्देश्य रखता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक घटकों का ताप ड्रिफ्ट, आयुक्षय, और शोर विक्षोभ, साथ ही मापन परिवेश में ताप, आर्द्रता, और विद्युत चुंबकीय क्षेत्रों में परिवर्तन शामिल हैं। इसके माध्यम से, वैज्ञानिक और उचित अनिश्चितता मूल्यांकन विधियाँ खोजी जाएंगी। गणितीय मॉडलों के निर्माण और सांख्यिकीय सिद्धांतों और मापन ज्ञान के संयोजन से, यह अध्ययन विभिन्न कार्यात्मक परिस्थितियों के तहत ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के मापन अनिश्चितता का व्यापक मूल्यांकन करेगा, और अधिक सटीक सत्यापन नियमों और वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों की उत्पाद गुणवत्ता में सुधार के लिए सैद्धांतिक आधार और तकनीकी समर्थन प्रदान करेगा।

2. मापन परिणामों की अनिश्चितता का मूल्यांकन प्रयोग
2.1 प्रयोगात्मक वस्तु

ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के अनिश्चितता मूल्यांकन के लिए, 0.001 स्तर की सटीकता वाला एक प्रिसिजन वोल्टेज कलिब्रेशन उपकरण चुना गया है, जो 1-1000 V की मापन श्रेणी को कवर करता है। सत्यापित करने वाले वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर को 10 kV-50 kV की प्राथमिक वोल्टेज और 100 V की द्वितीयक वोल्टेज के लिए डिजाइन किया गया है, जिसकी सटीकता स्तर 0.02 है। ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर की संरचना आकृति 1 में दिखाई गई है।

प्रयोगात्मक परिवेश 20 ± 2 °C के नियत ताप पर सेट किया गया है, जिसमें सापेक्ष आर्द्रता 60% से कम रखी गई है, जिससे मापन परिणामों पर संभावित पर्यावरणीय प्रभावों को दूर किया जा सके।

2.2 ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के सत्यापन और मापन विधि

ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के सत्यापन के दौरान, मापन सटीकता को सुनिश्चित करने के लिए एक वैज्ञानिक अनिश्चितता मूल्यांकन विधि की आवश्यकता होती है। आकृति 1 में दिखाए गए ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर को मानक उपकरण के रूप में लेकर, एक तुलना-आधारित सर्किट कनेक्शन का उपयोग किया जाता है। यह परीक्षित इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर और मानक उपकरण के बीच निर्बाध संरेखण सुनिश्चित करता है, जैसा कि आकृति 2 में दिखाया गया है।

उसके बाद, एक उच्च-सटीक डिजिटल मापन प्रणाली द्वारा परीक्षित इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर की त्रुटि सीधे पढ़ी और गणना की जाती है। मानक उपकरण का मॉडल DHBV-110/0.02 है, जिसकी उत्कृष्ट सटीकता सत्यापन की आधारशिला है। परीक्षित ट्रांसफॉर्मर के लिए, 0.5%, 2%, 10%, 50%, और 110% के रेटेड वोल्टेज बिंदु निर्धारित किए गए हैं, जो इसकी कार्यात्मक श्रेणी को कवर करते हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि, इन बिंदुओं के लिए अधिकतम अनुमत त्रुटि सीमाएँ पूर्ण-और हल्की-भार शर्तों के तहत समान होती हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक घटकों के ताप ड्रिफ्ट और आयुक्षय कारण हो सकते हैं कि विभिन्न शर्तों में स्थिरता में महत्वपूर्ण अंतर हो। इसलिए, प्रत्येक बिंदु की स्थिरता को स्वतंत्र रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए, ताकि सत्यापन परिणामों की अनिश्चितता को नियंत्रित किया जा सके, जो विद्युत ग्रिड के संचालन की उच्च-सटीक मापन तकनीक की गंभीर आवश्यकताओं को पूरा करता है।

3. गणितीय मॉडल

ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के सत्यापन और मापन परिणामों की अनिश्चितता का मूल्यांकन करने वाले प्रयोग में, जब परीक्षण के लिए उपकरण की सटीकता की जांच की जाती है, तो इसकी अनिश्चितता अक्सर एकाधिक आयामों, जैसे सटीकता विचलन और दশा लगन, के माध्यम से मात्रात्मक की जाती है। ये दो संकेतक क्रमशः मापी गई मान और वास्तविक मान के बीच आयाम अंतर और दशा विचलन को प्रतिबिंबित करते हैं। इसलिए, अनिश्चितता के इन स्रोतों को ठीक से वर्णित करने के लिए स्वतंत्र गणितीय मॉडल बनाए जा सकते हैं। सटीकता विचलन Y के लिए, एक रैखिक प्रतिगमन मॉडल का उपयोग किया जा सकता है, जो इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

जहाँ β₀ और β₁ मॉडल पैरामीटर हैं; X ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर का इनपुट सिग्नल है; ε यादृच्छिक त्रुटि टर्म है। दशा लगन φ के लिए, इसे एक त्रिकोणमितीय फंक्शन मॉडल के माध्यम से व्यक्त किया जा सकता है

जहाँ α स्थिर दशा विस्थापन को दर्शाता है; θ(X) इनपुट सिग्नल के साथ बदलने वाला एक दशा फंक्शन है। अधिक विस्तृत विश्लेषण के लिए, गैर-रैखिक टर्म या बहुपद अनुमानों को पेश किया जा सकता है, जिससे मॉडल की सटीकता में सुधार होता है। इन गणितीय मॉडलों का निर्माण मापन परिणामों की अनिश्चितता का व्यापक और प्रणालिक मूल्यांकन के लिए एक मजबूत सैद्धांतिक आधार और मात्रात्मक उपकरण प्रदान करता है।

4. अनिश्चितता घटक मूल्यांकन प्रयोग के परिणाम

ग्रिड इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज ट्रांसफॉर्मरों के सत्यापन में, अनिश्चितता मूल्यांकन के लिए एक से अधिक वोल्टेज स्तरों की सेटिंग की जाती है। 0.5%, 2%, 10%, 50%, और 110% के रेटेड वोल्टेज बिंदु चुने जाते हैं और तुलना विधि का उपयोग करके मापा जाता है। आयाम अंतर और दशा विचलन के औसत मूल्य रिकॉर्ड किए और गणना की जाती है, ताकि उसी वोल्टेज स्तर पर परीक्षित ट्रांसफॉर्मर की प्रदर्शन अनिश्चितता का सटीक मूल्यांकन किया जा सके।

4.1 प्रकार A अनिश्चितता मूल्यांकन

प्रकार A अनिश्चितता दर्शाती है कि एक ही वस्तु के लिए बार-बार मापन के दौरान प्राप्त परिणामों के बीच विकीर्णता की डिग्री। इसकी गणना सूत्र है:

जहाँ n मापनों की संख्या है; xᵢ i-वाँ मापा गया मूल्य है; x̄ मापा गया मूल्यों का अंकगणितीय माध्य है।

फिर, 0.5%, 2%, 10%, 50%, और 110% के रेटेड वोल्टेज बिंदुओं के लिए, प्रकार A अनिश्चितता के मूल्यांकन परिणाम सारणी 1 में दिखाए गए हैं।

सारणी 1 से स्पष्ट है कि, जैसे-जैसे रेटेड वोल्टेज बिंदु बढ़ता है, आयाम अंतर और दशा विचलन दोनों की प्रकार A अनिश्चितता बढ़ने का रुझान दिखाती है। यह इसलिए है क्योंकि निम्न वोल्टेज स्तरों पर, वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर अधिक स्थिर होता है, जिससे मापन परिणामों में कम विकीर्णता होती है। हालांकि, उच्च वोल्टेज स्तरों पर, वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर अधिक कारकों से प्रभावित होता है, जिससे मापन परिणामों में अधिक विकीर्णता होती है।

4.2 प्रकार B अनिश्चितता का मूल्यांकन

JJF 1059.1—2022 मापन अनिश्चितता का मूल्यांकन और व्यक्त करना के तहत, प्रकार B अनिश्चितता ज्ञात संबंधित जानकारी से तर्कपूर्ण अनुमान लगाकर अपने मानक विचलन का अनुमान लगाने से आती है। यह जानकारी निर्माताओं से उपकरण विशेषताओं, उद्योग-स्वीकृत कलिब्रेशन विधियों के डेटा, या ऐतिहासिक मापन डेटा के सांख्यिकीय विश्लेषण से संबंधित हो सकती है। प्रकार B अनिश्चितता का मुख्य हिस्सा अनुभव या व्यावसायिक ज्ञान के आधार पर मापी गई मान की संभावित विकीर्णता श्रेणी को परिभाषित करना है, जिसका आधा-विस्तार श्रेणी की चौड़ाई का आधा होता है।

फिर, अनुमानित संभाव्यता वितरण विशेषताओं और आवश्यक विश्वास स्तर के अनुसार एक उपयुक्त कवरेज गुणांक k का चयन किया जाता है। आमतौर पर, यदि मापी गई मान पूर्वनिर्धारित अंतराल (प्रत्येक मान की समान संभावना) के भीतर समान रूप से वितरित होते हैं, तो एक समान वितरण मॉडल का उपयोग किया जाता है, और k को √3 के लगभग लिया जा सकता है, जिससे मूल्यांकन की सटीकता और गंभीरता सुनिश्चित होती है। प्रकार B अनिश्चितता की गणना सूत्र है

जहाँ a मापी गई विकीर्णता अंतराल का आधा-विस्तार है।

0.5%, 2%, 10%, 50%, और 110% के रेटेड वोल्टेज बिंदुओं के लिए, प्रकार B अनिश्चितता के मूल्यांकन परिणाम सारणी 2 में दिखाए गए हैं।

सारणी 2 से स्पष्ट है कि, विभिन्न रेटेड वोल्टेज बिंदुओं पर, आयाम अंतर या दशा विचलन, दोनों के लिए अनिश्चितता वोल्टेज स्तर के बढ़ने के साथ बढ़ने का रुझान दिखाती है। प्रक