Меню

Точность измерений электронного счетчика



Требования к счетчику электрической энергии по точности.Приборы учета электроэнергии.

Искусство выбора

Как правильно выбрать электросчетчик в квартиру? Какой лучше из представленных на рынке видов? Оценку следует производить по техническим характеристикам. Бытовые приборы учета изготавливают однофазные и трёхфазные. Однофазные рассчитаны на напряжение 0,22 киловольта. Сети под такой счётчик состоят из одной фазы и ноля. Применяются для квартир, частных домов, садовых строений и гаражей.

Трёхфазные устройства работают на напряжении 0,4 киловольта. Устанавливаются на сетях из фаз «А», «В», «С» и «ноль». Применяют для строений с нагрузкой выше среднего значения: домов, коттеджей и гаражей, напичканных энергоёмкой техникой – нагревателями, холодильниками, насосами, электропечами, кондиционерами.

Трёхфазные счётчики умеют работать на напряжении 0,22 киловольта. Однофазные не справляются с нагрузкой сети 0,4 киловольт. Классы точности электросчетчиков для квартиры законодательно установлены в значении 2,0. Поставщики электросчетчиков предлагают двухтарифный режим электропотребления. Ночные тарифы снижают финансовую нагрузку на потребителя. Если в бытовом здании в ночное время с 23:00 до 07:00 используются приборы со средним потреблением электроэнергии 30% суточного объёма, то оправдан переход на оплату по двухтарифному режиму. Приведем пример. В Челябинской области в первом полугодии 2017 года при режиме «один тариф» (Тс) электроэнергия обходится частному потребителю в 2,92 руб/кВт*ч. Режим «два тарифа» рассчитывается с учётом дневной цены Тд 3,36 руб/кВт*ч. и ночной цены Тн 1,75 руб/кВт*ч.

Суточное потребление (Эс) складывается из дневного (Эд) и ночного количества (Эн). В сумме получается потребление 100 процентов. Эс = Эд+ Эн = 100% Стоимость суточной электроэнергии при однотарифном режиме равна Эс * 100. При двухтарифном режиме затраты составят Эд*Тд + Эн*Тн = Тс*100 Подставим замену Эд=100-Эн. (100-Эн)*Тд + Эн*Тн = 100*Тс Осталось упростить выражение и получить формулу для расчёта ночного процента потребления электроэнергии. Эн=100*(Тд-Тс)/(Тд-Тн)% Подставив в формулу значения тарифов гарантирующего поставщика, получим 27% — процент ночного потребления электроэнергии, оправдывающий затраты на установку двухтарифного счётчика в квартирах и домах Челябинской области. Зная цену электроэнергии по каждому режиму для собственного региона, потребитель способен рассчитать процент ночной нагрузки и определить рациональность установки двухтарифного счётчика. Окупаемость прибора учета электроэнергии также зависит от тарифной политики в регионе. Пусть: Цот – цена счётчика для одного тарифа; Цдт – цена счётчика для двух тарифов; Сок – Срок окупаемости; Эм, Эдм, Этм – месячные суточные, дневные и ночные объёмы электроэнергии. Сок=(Цдт-Цот)/(Эм*Тс- Эдм*Тд – Этм*Тн). При месячном дневном потреблении 170 кВт*ч и ночном 70 кВт*ч срок окупаемости составит: Сок = (1500 — 700)/(240*2,92 – 170*3,36 – 70*1,75) = 77 месяцев. Семьдесят семь месяцев – это половина интервала между государственными поверками. Скорость окупаемости не впечатляет. При увеличении электрической нагрузки в доме срок снизится. Так, при ежемесячном потреблении электричества в количестве 300 кВт*ч., в том числе 150кВт*ч. днём и 150 кВт*ч. ночью, срок окупаемости снизится в десять раз, до 7 месяцев. Бытовой вывод: энергоёмкие устройства (стиральную машинку, бойлер) предпочтительнее включать в период с 11 вечера до 7 часов утра.

Современные электросчетчики

Индукционные устройства надёжны, сравнительно недорого стоят. Однофазные однотарифные приборы реализуют по цене 700 рублей, трёхфазные однотарифные класса точности 1,0 продают по 2,8-3,0 тысячи рублей

«Механические» счетчики не реагируют на скачки напряжения, работают порядка 30 лет. Но у механических измерителей высокая ошибка измерений (класс точности). Индукционные приборы учёта не защищены от воровства электроэнергии. Маленький набор функций показывает потребление ресурса нарастающим итогом. Если потребителю потребуется измерять и активную, и реактивную энергию, и мощность, то придётся ставить не один громоздкий прибор учёта.

Электронный счетчик не лишен недостатков:

• стоит в три раза дороже механического;

• не подлежит ремонту;

• чувствителен к качеству электроэнергии, перепадам напряжения.

Достоинства электронного прибора перевешивают недостатки. Законодательное требование к классу точности измерений потребления электроэнергии физическими лицами – это электросчетчики класса точности 2,0 и выше. Класс точности современных приборов:

Современные устройства учёта разрешают работать с двумя тарифами – дневным и ночным. Измерения ведутся по нескольким направлениям: активная и реактивная электроэнергия, активная и реактивная мощность. Результаты измерения архивируются, интерфейс доступа к текущим и накопленным сведениям — дружественный к человеку. Разработана функция дистанционного съёма показаний, подключения к АСКУЭ.

Изучаем устройство электросчетчика

Потребителю нет надобности знать внутреннее устройство прибора. Для эксплуатации счётчика хватит знакомства с передней панелью и значками на экране.

Передняя панель содержит рабочие характеристики: напряжение, ток, частоту, год изготовления, заводской номер. Классы точности электросчетчиков не выше 2,0: на экране отображаются текущие показания. Передняя панель опломбирована госповерителем. На новом приборе достоверна пломба сроком давности 12 месяцев и меньше.

Крышка колодки с клеммами пломбируется представителем сетевой организации в момент установки нового устройства. Срок давности пломбы для нового прибора учета – два года и менее.

Низкая погрешность

Класс точности обозначает процентную максимально допустимую погрешность при замерах электроэнергии. Какой класс точности должен быть у электросчетчика? Рассмотрим переднюю панель. Число «2.0» на передней панели или в техническом паспорте означает допустимое отклонение два процента в сторону увеличения или уменьшения показаний. Государственный реестр средств измерений содержит типы приборов коммерческого учета, фиксирующих объём потребления электроэнергии.

Класс точности

Устройства учета промаркированы на передней панели. Как определить класс точности электросчетчика? На передней панели прибора в круге изображена цифра «0,5», «1» или «2». Цифры выше 2 не допустимы.

Для квартирных счетчиков правила разрешают класс точности 2,0. Для общедомовых нужд многоквартирных домов установлен класс точности бытового электросчетчика 1,0. Если в ВРУ дома установлен общедомовой прибор класса точности 2,0, то прибор учета меняют либо по истечении срока работы (25-30 лет с момента изготовления), либо при очередной поверке.

Цель установки счетчика – уменьшение стоимости коммунальных платежей и рациональное использование электроэнергии. Поэтому при покупке обращайте внимание на класс точности учета. Правительство держит на контроле проблему замены устаревших счетчиков с высоким процентом погрешности 2,5 по двум очевидным причинам: — для снижения погрешности измерений и увеличения точности расчетов за электроэнергию; — для предотвращения аварийных ситуаций и возгораний узлов учета. Счетчики старого образца не рассчитаны на токи, потребляемые энергоёмкими бытовыми приборами – холодильниками, кондиционерами и прочими.

Источник

Сравнение показаний электронных и индукционных счетчиков

Старый индуктивный счетчик с алюминиевым диском

Представляю на суд читателей очередную статью Конкурса статей. Автор статьи – Евгений Русинов.

Статья Евгения – это исследование на тему того, как отличаются показания старых индукционных счетчиков от новых электронных. Проведено сравнение, и не в пользу электронных. Но не будем забегать вперед, слово автору.

После установки многими знакомыми, и мною в том числе, электронных двухтарифных и однотарифных электросчетчиков взамен индукционных по требованию электроснабжающих организаций, к концу месяца ситуация менялась не в пользу потребителя. В квитанциях по уплате за электроэнергию указывались завышенные киловатт-часы, по сравнению с показаниями старого счетчика при аналогичном использовании бытовых электроприборов. Возникает вопрос, почему замена индукционного счетчика на электронный приводит к таким результатам?

В данной статье рассмотрим случаи, при которых происходит расхождение в показаниях индукционного счетчика марки СОЭ-505 и электронного серии СОЭ-55 50Ш-Т-112, с классами точности 2 для первого и 1 для второго. Оба счетчика одного производителя – МЗЭП, Московский завод электроприборов. Фото старого индукционного счетчика – в начале статьи, новый электронный счетчик выглядит так:

Новый электронный счетчик с ЖК-экраном

Согласно паспортным данным, одному обороту алюминиевого диска соответствует 1,67 Вт потребленной электроэнергии, в то время как один импульс светодиодной лампы электронного счетчика сигнализирует об одном израсходованном ватте за единицу времени.

Рекомендую ознакомиться со статьями на СамЭлектрике по устройству и установке электронных счетчиков.

Экспериментальные данные по проверке погрешности индукционных и электронных электросчетчиков

С учетом длины подключаемого кабеля и переходного сопротивления в местах его присоединения оба счетчика насчитали по 34 Вт. Согласно паспортным данным обогревателя потребляемая из сети мощность составляет 2 кВт в час. Из курса электротехники известно, что мощность активной нагрузки в цепях переменного тока равна произведению силы тока на напряжение. Поскольку ИК-2,0 за 60 минут теоретически потребляет 2 кВт, то поделив 2000 Вт на 60 минут получим, что за одну минуту его потребление электричества составит 33,33 Вт.

В технических характеристиках обоих счетчиков указано, что они учитывают только активную нагрузку. Но в паспортных данных электросчетчика СОЭ-55 50Ш-Т-112 есть пункт, указывающий на то, что он ведет учет полной мощности потребляемых цепями напряжения и тока, 8 В*А и 0,04 В*А соответственно, то есть учитывают и внутреннюю реактивную мощность!

Затем для проверки использовал активно-индуктивную нагрузку в качестве светильника ЛБ-2*40, считая ее только в качестве активной. В итоге получилось следующее: индукционный счетчик за 1,15 мин. “насчитал” 1,67 Вт, а электронный 2 Вт за такое же время, где разница составила 0,33 Вт.

Связано это с тем, что электронный счетчик помимо активной мощности учитывает еще и реактивную мощность, которая создает дополнительную нагрузку на электрические сети, однако индуктивными счетчиками не учитывается.

Теория. Активная и реактивная мощность

Реактивная мощность потребляется электродвигателями, катушками индуктивности, трансформаторами, которые используются в бытовых электрических приборах, не расходуется на преобразование в механическую или тепловую энергию в их обмотках, а тратится на вихревые токи и перемагничивание в сердечниках.

Если взять однофазный электродвигатель, то в его паспортных данных будут указаны: активная мощность, потребляемый ток, напряжение сети, коэффициент мощности или косинус фи (cosφ), коэффициент полезного действия и др., но ничего про реактивную мощность. Чтобы рассчитать потребление реактивной мощности, необходимо знать коэффициент мощности. Например, нам известна мощность однофазного электродвигателя величиной 980 Вт, номинальное напряжение 220 В и коэффициент мощности cosφ=0,85. Используя формулы из курса электротехники определим номинальный ток:

Вычисляем реактивную мощность:

Реактивный ток будет равен:

Тогда полная будет равна:

Кроме того, электронный электросчетчик не имеет в своем устройстве движущихся деталей, поэтому считать показания начинает при очень маленьком потребляемом токе нагрузки (при 0.25 мА), а также имеет меньшую погрешность измерений по сравнению с индукционным.

Исходя из этого, рекомендуется отключать от электросети все электропотребители, находящиеся в режиме “ожидания”, т.к. это дополнительная переплата за электроэнергию.

Индукционный счетчик «не реагирует» на индуктивную нагрузку малой мощности, а также когда эта нагрузка работает в режиме холостого хода, то есть низкая сторона силового трансформатора не нагружена.

Читайте также:  Единица измерения поездка код

Кроме того, диск этого прибора учета начинает медленно вращаться в обратную сторону при подключении одного из концов катушки индуктивности. Такое возможно при использовании светильника марки ЛБ-2*40 с дросселем, когда через выключатель прерывается не фазный провод, а нулевой.

Место установки влияет на погрешность счетчика!

Еще одним фактором, влияющим на измерение потребляемой мощности является место установки прибора учета. Электронные электросчетчики (однофазные или трехфазные, однотарифные или двухтарифные) выносят сейчас на фасады домов или непосредственно на опоры линий электропередач, то есть на границы балансовой принадлежности, по требованию электроснабжающей организации. Нам объясняют, что это нужно для удобства списывания показаний контролерами и исключения воровства электричества.

Однако, замалчивается тот факт, что при низких или высоких температурах обладают положительной погрешностью, иначе говоря, наматывают лишние киловатты. Индукционные счетчики предназначены для установки внутри помещений, но допускаются их устанавливать вне помещений с дополнительным подогревом.

Исследования, проведенные к.т.н. Гурцевичем, ведущим научным сотрудником РУП «БелТЭИ» г. Минск, о погрешностях электронных электросчетчиков различных марок с классами точности 1 и 2 приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Пределы допускаемой дополнительной погрешности для счетчиков классов 1 и 2

Сокращения в таблице:

  1. НВ/ТВ соответственно непосредственное и трансформаторное включение счетчика;
  2. СТК – средний температурный коэффициент, % / 1 °С;
  3. при изменении U вне указанных пределов погрешность может увеличиться в 3 раза.
  4. КМ- коэффициент мощности.

Ток нагрузки Iн в диапазоне от 0,1 Iб (Iб – базовый ток, т.е. значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику с непосредственным включением) до Iмакс (Iмакс – наибольшее значение тока, при котором счетчик удовлетворяет установленным требованиям точности) или от 0,05 Iном (Iном – значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику, работающему от трансформатора) до Iмакс – установленном диапазоне измерений – при коэффициенте мощности, равном 1 (в том числе в случае многофазных счетчиков – при симметричных нагрузках), при испытании счетчика в нормальных условиях (с учетом допускаемых отклонений от номинальных значений), установленных в стандартах, определяющих частные требования.

Таблица 2. Нормальные условия (НУ) проверки счетчика на точность

При проверке электронного электросчетчика на точность в нормальных условиях (таблица 2), допускаются погрешности, возникающие в счетчике под влиянием величин в первом столбце.

При изменении воздействующих величин (таблица 1), когда ток протекает через электросчетчик в обозначенных пределах с указанным коэффициентом мощности, то в счетчике возникают дополнительные погрешности, которые, суммируясь, добавляются к основным, тем самым искажая показания прибора учета как в положительную, так и отрицательную сторону.

Источник

Метрология электросчетчиков: требования к счетчикам электроэнергии

Точность средства измерения (СИ) отражает возможную близость его погрешности к нулю при определенных условиях измерения. Уровень точности задается обобщенной характеристикой типа СИ — классом точности, определяющим пределы допускаемых основной (погрешности СИ в нормальных условиях) и дополнительных погрешностей (составляющих погрешности СИ, возникающих дополнительно к основной, вследствие отклонения каких-либо из влияющих величин от нормальных их значений), а также другие характеристики, влияющие на точность [1].

На практике часто забывают, что номинальный класс точности конкретного СИ, указываемый обычно в виде целого или дробного десятичного числа в его паспорте и на шильдике прибора, привязан не к любым, а именно к нормальным условиям (НУ) измерений, характеризуемым совокупностью значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Реально же СИ используют в рабочих (когда значения влияющих величин находятся в рабочих областях, в пределах которых нормируют дополнительные погрешности) или даже предельных (экстремальных значениях измеряемых и влияющих величин, которые СИ может выдержать без разрушений и ухудшений метрологических характеристик) условиях измерений.

При эксплуатации в условиях, отличающихся от НУ, погрешность конкретного СИ необходимо оценивать не по номинальной величине его класса точности, а по сумме основной и возможных дополнительных погрешностей. Представляет интерес провести общий анализ суммарных предельных и реальных основных и дополнительных погрешностей СИ, используемых в коммерческом учете электрической энергии, — современных электронных счетчиков электроэнергии (далее — счетчики).

Базой для проведения такого анализа выберем, с одной стороны, новые национальные стандарты Российской Федерации, введенные в действие с 1 июля 2005 г. и распространяющиеся как на электромеханические, так и на статические (электронные) счетчики, устанавливаемые внутри или снаружи помещений, а, с другой стороны, данные испытаний электронных многотарифных счетчиков различных изготовителей из России, Беларуси и Украины, проведенных в 2004-2006 гг. в аккредитованном Госстандартом испытательном центре Белорусской энергосистемы.

Было испытано в общей сложности 56 типов счетчиков различных классов точности в количестве 276 образцов от 14 изготовителей. Эти испытания проводились по утвержденной отраслевой программе и ГОСТам, на смену которым пришли вышеупомянутые новые стандарты. Отдельные результаты испытаний 2004 г. рассмотрены в , но в аспекте, отличном от подхода настоящей работы. Прежде чем перейти к анализу погрешностей счетчиков, уточним некоторые метрологические понятия и требования стандартов к основным и дополнительным погрешностям счетчиков.

Метрологические требования к счетчикам

Класс точности счетчика определяется как число, равное пределу основной допускаемой погрешности, выраженной в форме относительной погрешности δоп в процентах, для определенных значений тока нагрузки Iн в диапазоне от 0,1Iб до Iмакс или от 0,05Iном до Iмакс — установленном диапазоне измерений — при коэффициенте мощности, равном 1 (в том числе в случае многофазных счетчиков — при симметричных нагрузках), при испытании счетчика в нормальных условиях (с учетом допускаемых отклонений от номинальных значений), установленных в стандартах, определяющих частные требования. В этом определении Iб — базовый ток (значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику с непосредственным включением), Iном — номинальный ток (значение тока, являющееся исходным для установления требований к счетчику, работающему от трансформатора) и Iмакс — максимальный ток (наибольшее значение тока, при котором счетчик удовлетворяет установленным требованиям точности).

Частные требования к электронным счетчикам активной энергии классов точности 1 и 2 установлены в [3], а классов точности 0,2S и 0,5S — в [4].

Литера S означает, что класс точности счетчика нормируется, начиная с нижней границы не в 5 % Iном (как для счетчиков без литеры, например, классов 0,2 и 0,5), а с 1 % Iном (ниже этой границы погрешность не нормируется, хотя счетчик и производит измерения электроэнергии, мощность которой превышает чувствительность счетчика). Верхняя граница установленного диапазона измерения определяется величиной Iмакс , которая для счетчиков трансформаторного включения должна выбираться изготовителем из множества значений <1,2; 1,5; 2,0 или 6,0>I ном . В свою очередь, I ном для таких счетчиков должен иметь значение 1 или 2 или 5 А (для счетчиков непосредственного включения выбор стандартных значений базовых токов производится из более широкого диапазона значений <5;…;100>А, и, в частности, для однофазного счетчика должен быть не менее 30 А).

Стандартные НУ проверки точности счетчиков классов 0,2S, 0,5S, 1 и 2 приведены ниже в табл.1 [3, 4]. Дополнительно к указанным НУ для многофазных счетчиков напряжения и токи должны быть практически симметричными (отклонения от средних значений не должны превышать 1-2 %).

Границы или пределы δоп основной погрешности счетчика δоп , вызываемой изменениями тока Iн и видом нагрузки (активной при КМ =1, реактивной — емкостной Е или индуктивной И с соответствующими значениями КМ) при НУ, не должны превышать пределов для соответствующего класса точности однои многофазных счетчиков с симметричными нагрузками [3, 4] (табл. 2). Из табл. 2 следует, что даже в НУ, но при изменении тока и вида нагрузки, предел δоп основной допускаемой погрешности δоп счетчика увеличивается относительно номинала класса точности в 2-2,5 раза.

В частности, для счетчиков трансформаторного включения классов 0,2S и 0,5S это имеет место, во-первых, в диапазоне тока до 5 % Iном при активной нагрузке, и, во-вторых, в диапазоне тока до 10 % I ном при реактивной нагрузке (в диапазоне до I макс предел погрешности увеличивается в 1,5 раза). На рис. 1 приведен график пределов основной погрешности счетчика класса 0,2S, соответствующий табл. 2 (область допустимой погрешности заштрихована, границы области при активной нагрузке указаны сплошной, а при реактивной — штрихпунктирной линией; I ч — ток чувствительности счетчика, при котором погрешность не определена, но велика). Пределы δдп дополнительной погрешности δдп, вызываемой влияющими величинами (по отношению к НУ), для счетчиков классов точности 0,2S; 0,5S и 1; 2 приведены соответственно в табл. 3 и 4 [3, 4]. Анализ суммарных предельных погрешностей счетчиков Если бы каждый счетчик эксплуатировался в НУ (см. табл. 1), то он имел бы только основную погрешность (знакОП), которая не превышала бы пределов, указанных в табл. 2

Значения предела δоп (Iн, КМ) зависят от режима работы нагрузки (величины тока нагрузки Iн и КМ) и регламентированы в конкретном ее диапазоне. Вне этого диапазона (например, при КМ, отличном от 1, 0,5И или 0,8Е), предел не определен и о его значениях сказать нечего.

Зададимся вопросом, к каким видам погрешностей относится основная погрешность счетчика, является ли она систематической или случайной? Систематической погрешностью измерения является составляющая результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины (различают постоянные, прогрессивные, периодические и сложноизменяющиеся систематические погрешности). Ее противоположностью является случайная погрешность — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

Отметим еще два вида погрешностей: инструментальную составляющую погрешности измерения, обусловленную погрешностью применяемого средства измерения, и погрешность метода — составляющую систематической погрешности измерений, обусловленную несовершенством принятого метода измерения.

Очевидно, что основная погрешность электронного счетчика является систематической погрешностью, в основе которой лежат неустранимые погрешности метода измерения и инструментальной погрешности самого счетчика (погрешности изготовления и настройки его технологических элементов). Но при этом в паспорте от любого изготовителя на счетчик конкретного типа и класса точности указываются, в соответствии с требованиями стандартов, не конкретные систематические погрешности счетчика, а их пределы, причем со знаками плюсминус, что должно свидетельствовать о равновероятности их обоюдного появления в процессе измерений (см. табл. 2).

Такое задание предельной погрешности счетчика подразумевает возможность отклонения измеренной величины от ее действительного (истинного) значения как в сторону его переоценки (при положительной погрешности), так и, наоборот, в сторону недооценки (при отрицательной погрешности).

Априорно о знаках реальной основной погрешности и ее реальных пределах субъекту учета, как правило, ничего не известно. Имели место случаи, когда некоторые покупатели крупных партий счетчиков, пользуясь неопределенностью задания пределов допустимых основных погрешностей счетчиков, заключали с изготовителем счетчиков недобросовестное соглашение по коррекции погрешностей партии счетчиков в рамках их класса точности в сторону одного знака (в процессе регулировки и настройки счетчиков это несложно выполнить).

Читайте также:  Мультиметр my64 как измерить сопротивление

Если покупатель представлял интересы потребителя электроэнергии, то он просил изготовителя выставить погрешность счетчиков в минус, а если — продавца электроэнергии, то, наоборот, — в плюс (часто, как будет показано ниже, такой крен знака погрешности возникает в процессе заводского производства счетчиков непроизвольно). Таким образом, систематический характер основной погрешности счетчика получал в указанных сделках свое потребительское воплощение. В общем случае, когда в учете электроэнергии используются счетчики разных типов и классов точности от различных изготовителей, у субъектов учета отсутствуют какие-либо данные о погрешностях счетчиков, кроме как об их пределах, взятых с равновероятными знаками плюс-минус. Только эти данные и могут быть положены, как правило, в основу оценки погрешностей измерений электроэнергии. Поскольку пределы погрешностей связаны с режимами работы нагрузки, то в тех случаях, когда эти режимы известны и стабильны во времени, для оценки результатов измерений можно выбрать соответствующие значения пределов из табл. 2.

В большинстве же случаев, когда в течение времени значительно меняется как ток нагрузки, так и ее активно-реактивный характер (например, за счет включения или отключения потребителем тех или иных электроустановок), для оценки результатов измерений при НУ следует выбирать максимальные пределы из возможных, то есть проводить расчет на наихудший случай.

Для счетчиков классов точности 0,2S, 0,5S, 1 и 2 эти пределы имеют соответственно значения ±0,5, ±1,0, ±2,0 и ±3,0, то есть в 1,5-2,5 раза превышают номинальный класс точности счетчика.

Если в процессе учета электроэнергии имеются какие-либо статистические указания на преобладание в течение расчетного периода тех или иных режимов нагрузки, то эти данные можно учесть, понизив соответствующим образом указанные максимальные пределы основной погрешности.

Погрешности измерения счетчиков электроэнергии

Одна из основных задач при производстве измерений заключается в обнаружении и исключении систематических погрешностей. Их появление как при однократном измерении, так и в многократных повторениях одних и тех же измерений, выполняемых с помощью одного и того же метода и средства измерения, обусловлено совокупностью факторов, действующих устойчиво и одинаковым образом. Поэтому, например, при измерении фиксированного значения физической величины систематическая погрешность будет одинакова при всех повторениях, но при этом поправка на величину погрешности, которую можно было бы использовать для коррекции результата измерения, чаще всего неизвестна. Для счетчика известно только то, что погрешность не превышает конкретного предела.

Такие погрешности целесообразно классифицировать, как «систематические погрешности известного происхождения, но неизвестной величины».

Их принципиально нельзя исключить из процесса измерения, а можно только оценить через предельные неравенства вида (1), а также уменьшить за счет использования СИ более высокого класса точности и обеспечения фиксированных условий измерений. Скрытие реальных систематических основных погрешностей счетчика под маской равновероятных пределов (они равновероятны, так как нет оснований в конкретных измерениях, следуя паспортным данным СИ, предпочесть предел со знаком плюс пределу со знаком минус) позволяет рассматривать эти погрешности как псевдослучайные.

Их принципиальное отличие от случайных погрешностей заключается в том, что к ним неприменимы, вообще говоря, статистические методы повышения точности, которые действуют для действительно случайных величин и погрешностей (для последних, многократно повторяя измерения и применяя соответствующую статистическую обработку, можно свести погрешность в пределе к нулю). На практике, как уже отмечалось выше, счетчики эксплуатируются в рабочих условиях, существенно отличающихся от НУ. Поэтому суммарная погрешность результата измерения электроэнергии счетчиком, должна учесть пределы дополнительных погрешностей, вызванных воздействием на счетчик влияющих величин (см. табл. 3, 4). Рассмотрим некоторые из них. Рабочий диапазон температур, устанавливаемый для счетчиков, зависит от того, предназначены счетчики для использования внутри или вне помещения [2].

Чаще всего для счетчиков наружной установки выбирается рабочий диапазон <-20 +55>о С (в этом же диапазоне проводились испытания, о которых речь пойдет ниже).

Нормируемые средние температурные коэффициенты и пределы погрешностей, вычисленные на их основе для указанного диапазона и для счетчиков различного класса точности, приведены в табл. 5 (в расчетах пределов принято, что повышение температуры до +55 о С относительно нормальной Тн = +23±2 о С, или диапазона <+21 +25>о С, происходит на 30 о С, а понижение до -20 о С — на 41 о С). Ясно, что применение того или иного значения предела допускаемой дополнительной температурной погрешности для счетчика наружной установки при оценке суммарной погрешности измерения электроэнергии за расчетный период зависит от температурного графика этого периода: зимой погрешность может в худшем случае достигать для счетчиков классов 0,2S; 0,5S; 1 и 2 соответственно значений 0,82; 2,05; 2,87 и 6,15, а летом — 0,6; 1,5; 2,1 и 4,5. Следующая влияющая величина — фазное напряжение Uном.

Согласно [2], установленный и расширенный рабочие диапазоны счетчика должны иметь соответственно значения <0,90 1,10>Uном и <0,80 1,15>Uном.

Предельные погрешности для установленного диапазона с его допустимым 10 %-ным отклонением от номинального напряжения приведены в табл. 3, 4 и в худшем случае (при КМ = 0,5И) составляют для классов точности 0,2S; 0,5S; 1 и 2 соответственно 0,2; 0,4; 1,0 и 1,5. Однако большинство счетчиков рассчитано на работу в расширенном рабочем диапазоне напряжения, а это означает, что их предельные погрешности при отклонениях напряжения выше 1,1Uном (до 1,15Uном) и ниже 0,9Uном (до 0,8Uном) могут иметь пределы соответственно в 3 раза хуже: 0,6; 1,2; 3,0 и 4,5. Допускаемые для счетчиков отклонения следующей влияющей величины — частоты в сети, как правило, устанавливаются на уровне ±5 %, что превышает нормируемый диапазон отклонения в ± 2% (см. табл. 3, 4).

Какой предел погрешности допускается сверх ±2 % отклонения частоты — это стандарты не регламентируют.

Для других влияющих величин в [2] также установлены соответствующие нормируемые диапазоны их значений и определены испытания для проверки дополнительных погрешностей на соответствие их предельным значениям. Итак, возникает вопрос: как оценить точность измерений электроэнергии с помощью счетчиков в рабочих условиях? Из вышерассмотренного следует, что пределы дополнительных погрешностей от влияющих величин значительно превышают номинальные значения классов точности счетчиков, которые сами существенно зависят от величины тока нагрузки и ее активно-реактивного характера.

Поэтому производить оценку точности измерения электроэнергии счетчиком только на основании его номинального класса точности недопустимо.

Значения пределов дополнительных погрешностей, в свою очередь, также зависят от нагрузки и от реальных значений влияющих величин. Если известна номенклатура действующих влияющих величин из числа, приведенных в табл. 3, 4, а также их реальные диапазоны и длительности действия в течение расчетного периода, то оценка точности измерения электроэнергии, зафиксированной счетчиком за указанный период, должна производиться на основе суммирования соответствующих пределов основной и дополнительных погрешностей с учетом их удельного вклада в расчетный период.

Полный мониторинг действия влияющих величин в течение расчетного периода, а, следовательно, и оценка суммарной погрешности расчетного измерения, возможна только в том случае, если сам счетчик будет вести такой мониторинг и расчет собственной предельной погрешности.

Хотя в настоящее время уже появились счетчики со встроенными датчиками температуры и внешнего магнитного поля, с измерением параметров сети (токов, напряжений, частоты, коэффициента мощности, гармоник), но до мониторинга всех влияющих величин и автоматического расчета самим счетчиком предельной погрешности измерения электроэнергии еще очень далеко.

В условиях, в которых не известны временные колебания нагрузки, действующие влияющие величины и их диапазоны значений, оценка точности измерений электроэнергии, зафиксированной счетчиком за расчетный период, должна производиться на основе суммирования всех максимальных пределов основной и имеющих место дополнительных погрешностей, то есть определяться на наихудший случай.

При этом возможны как обычное суммирование погрешностей, подразумевающее их систематический характер, так и квадратическое суммирование, ориентированное на случайный или псевдослучайный характер погрешностей (учитывает процесс частичной компенсации погрешностей разных знаков).

Результаты такого вычисления суммарных предельных погрешностей для счетчиков различных классов точности при воздействии на них всей номенклатуры влияющих величин приведены в табл. 6.

Из этой таблицы следует, что при действии в максимальной степени всех регламентированных стандартами влияющих величин суммарная предельная погрешность счетчика δ ΣΓ оп может в 25-50 раз превысить номинал его класса точности при обычном суммировании систематических погрешностей с одним знаком (2) и в 5-6 раз при квадратичном (3) суммировании Естественно, при уменьшении количества действующих влияющих величин и их интенсивности, суммарная предельная погрешность будет приближаться к номинальному классу точности счетчика, превышая, тем не менее, его значение в разы. Поэтому для правильного и достоверного учета электроэнергии необходимо в каждой точке измерения обеспечить минимальное действие всех влияющих величин. Их минимизации может способствовать, с одной стороны, сам счетчик, который реализует, например, функции определения неправильной последовательности фаз, обнаружения внешних магнитных полей и т.д., а, с другой стороны, проектировщики и эксплуатационный персонал, которые должны обеспечить дополнительные условия защиты счетчика от внешних влияющих величин (температуры, радиочастотных полей и т.д.). Без выполнения этих условий достоверность учета электроэнергии даже высокоточным счетчиком будет незначительной. Выше рассмотрены оценки погрешностей счетчиков, исходя из предельных основной и дополнительных погрешностей, устанавливаемых новыми стандартами [2-4].

Заметим, что указанные предельные погрешности без изменений перешли в эти стандарты из ГОСТов [5, 6], действовавших с 1994 г.

Соответствие современных счетчиков стандартам измерения

Целесообразно задаться вопросом, насколько современные счетчики соответствуют этим стандартам или, наоборот, насколько стандарты соответствуют достигнутому ныне уровню технологии изготовления электронных счетчиков? Интересно одновременно исследовать вопрос и о том, как же на самом деле распределяются по значению и знаку не предельные, а реальные основные и дополнительные погрешности счетчиков? Для ответа на эти вопросы обратимся к анализу данных, полученных в ходе трехлетних испытаний разных типов счетчиков от различных изготовителей из стран СНГ. Анализ реальных погрешностей счетчиков Результаты испытаний конкретных типов электронных счетчиков класса 1 приведены в табл. П.1 (см. Приложение). Схема измерения погрешностей испытуемых счетчиков приведена на рис. 2.

Измерительный комплекс содержит трехфазный источник фиктивной мощности (ИФМ) МК7006, эталонный трехфазный ваттметр-счетчик (ВС) ЦЭ7008 100А -0,05/0,1 и источник питания (ИП) для телеметрического выхода рабочего счетчика.

ИФМ предназначен для воспроизведения измеряемых физических величин переменного тока (напряжения, тока, активной и реактивной мощности), а ВС — для поверки и регулировки 3-фазных и однофазных счетчиков классов точности 0,2 и менее точных с допускаемой основной относительной погрешностью измерения активной мощности ±0,05 %. Определение относительной погрешности рабочего счетчика производится путем сравнения значения электроэнергии, учтенной им за время испытания (ее величина определяется по количеству импульсов, поступивших с телеметрического выхода счетчика на частотный вход ВС), и значения электроэнергии, учтенной самим ВС. Цифровая величина погрешности считывается непосредственно с дисплея ВС или с компьютера, подключенного к ВС (на рис. 2 не показан). В табл. П.1 объединены результаты испытаний при НУ трехфазных счетчиков класса 1 шести типов от пяти изготовителей (Беларуси — ПРУП «ВЗЭП», России концерн «Энергомера», ФГУП «НЗИФ», ООО «Инкотекс» и Украины — ООО «Телекарт-Прибор»). Приведены данные по 29 образцам и в общей сложности по 435 отдельным измерениям. Очевидно, что горизонтальная строка (15 испытаний), соответствующая результатам испытаний определенного образца счетчика, содержит систематические погрешности, которые соответствуют конкретным условиям испытаний (установленным значениям I н и КМ).

При многократном повторении для каждого конкретного образца указанных испытаний их результаты будут лишь незначительно отличаться от указанных в табл. П.1. Вместе с тем, результаты испытаний для разных образцов счетчиков в одних и тех же условиях (столбец таблицы) различны и могут рассматриваться как значения случайной величины δоп. Очевидно, что по каждому столбцу таблицы можно получить вероятностное распределение этой величины и на его основе определить погрешности среднестатистического счетчика для всех конкретных условий испытаний. Если допустить, что конкретные условия испытаний или эксплуатации счетчика неизвестны, то полученные по каждому образцу счетчика результаты (строку таблицы) также можно интерпретировать как значения случайной величины δоп. Определим законы и числовые характеристики случайного распределения основной погрешности δоп как по отдельным типам счетчиков, так и в целом по их совокупности.

Для этого все множество значений случайной величины δоп, которое принадлежит интервалу <-2,…,+2>% для счетчиков класса 1 (см. табл. 2), разобьем на группы или диапазоны с дискретностью в 0,25 % и для каждого диапазона определим арифметическую сумму значений случайной величины, групповую частоту и относительную групповую частоту попадания значений δоп в каждый диапазон.

Результаты групповых выборок и расчетов приведены в табл. 7. На основе данных табл. 7 можно построить гистограммы и/или кривые распределения плотности вероятности случайной величины δоп (рис. 3). На рис. 3 приведены кривые распределения для двух типов счетчиков (ЭЭ8005, ЦЭ6850М) и для всей испытанной совокупности 3-фазных счетчиков класса 1. Очевидно, что график распределения плотности вероятности основной погрешности счетчиков близок к нормальному распределению по отдельным типам счетчиков (и тем более по всей их совокупности). Заметим, что кривая для ЭЭ8005 смещена вправо относительно начала координат, а кривая ЦЭ8050М — влево. Таблица 7 Кроме того, кривые отличаются формой (крутизной), среднеарифметическим значением (САЗ) и среднеквадратичным отклонением (СКО) основной погрешности. Числовые характеристики кривых — САЗ, СКО и диапазоны истинного значения основной погрешности δоп с доверительной вероятностью 0,997 приведены в табл. 8. На основании анализа рис. 3 и табл. 8 можно сделать следующие выводы.

  1. Счетчики конкретного производителя имеют, как правило, САЗ основных погрешностей, смещенные относительно нуля в сторону «плюс» (например, ЭЭ8005) или «минус» (например, ЦЭ6850М), что, вероятно, связано с соответствующей организацией процесса регулировки и поверки счетчиков в конкретных заводских условиях (заметим, что разнотипные счетчики ЦЭ6850М и ЦЭ6822 концерна «Энергомера» близки по своим вероятностным числовым характеристикам).
  2. САЗ основных погрешностей могут достигать для отдельных типов счетчиков класса 1 величины 0,15-0,3 %, а по всей испытанной совокупности счетчиков класса 1 имеют отрицательные значения, но по абсолютной величине значительно меньше соответствующих значений САЗ для большинства типов счетчиков.
  3. Распределения основных погрешностей счетчиков от различных производителей отличаются между собой по СКО в 2-3 раза, что, вероятно, связано с особенностями базовых конструкций счетчиков. Практическая интерпретация этих выводов заключается в том, что большинство счетчиков имеют САЗ основной погрешности со знаком минус, то есть недоучитывают электроэнергию в пользу потребителей (исключение составляют счетчики ЭЭ8005 ПРУП «ВЗЭП», которые, наоборот, работают в пользу продавца электроэнергии). При использовании в сечении учета на объекте учета таких счетчиков в выигрыше всегда будет потребитель, и этот выигрыш в среднем может составить 0,15-0,3 % от всей потребленной энергии.

Для уменьшения этой величины необходимо либо знать распределения погрешностей по конкретным типам счетчиков и применять счетчики с меньшим абсолютным значением САЗ, либо использовать в сечении учета счетчики различных производителей (в этом случае САЗ может быть потенциально уменьшено за счет увеличения разнообразия погрешностей).

В условиях применения счетчиков с ненулевым САЗ основной погрешности стандартный метод нахождения интегральной основной погрешности измерения электроэнергии по сечению учета объекта учета, основанный на квадратичном сложении погрешностей измерений или их пределов (см. формулу (3)) в отдельных точках учета, некорректен. Очевидно, что чем больше абсолютная величина САЗ δоп, тем больше реальная оценка погрешности отличается от суммы (2) и тем ближе она к сумме (3). В пределе, когда вся кривая распределения расположится в одном квадранте координатной плоскости, правильную оценку даст только сумма (3).

Для нахождения промежуточных формул вычисления суммарной погрешности в указанных случаях необходимо рассмотреть варианты использования в сечении учета счетчиков как с различными абсолютными величинами и знаками САЗ основной погрешности, так и с различными значениями максимальной плотности вероятности и СКО. Кардинальный же метод решения проблемы ненулевого САЗ δоп — обеспечение нулевого САЗ на стадии изготовления и заводской поверки счетчиков (результаты испытаний показали, что изготовители счетчиков даже не подозревали о существовании выявленной проблемы).

Возможно, полезно потребовать от производителей счетчиков указывать в паспорте на каждый счетчик числовые характеристики распределения основной погрешности данного типа счетчика, полученные на основании совокупности типовых и выходных испытаний счетчиков.

Еще один практический вывод заключается в том, что счетчики от различных изготовителей имеют в рамках своего класса различный запас точности.

Так, например, счетчики ЦЭ6850М и ЦЭ6822 обеспечивают практически все измерения с предельной основной погрешностью менее 0,85 %, в то время как счетчики ЭЭ8005 — с пределом 1,86 %.

Очевидно, что первые счетчики обеспечивают при всех режимах испытаний в НУ погрешность в пределах номинального класса точности, а последние — в пределах удвоенного номинала класса, то есть дают менее точную оценку потребления электроэнергии. В целом же можно утверждать, что требования стандартов по основной погрешности соответствуют современному уровню изготовления счетчиков. Перейдем к рассмотрению дополнительных погрешностей от влияющих величин (табл. П.2 Приложения). В табл. П.2. приведены значения суммы основной и дополнительной погрешностей счетчиков в соответствующих условиях испытаний при заданных диапазонах отклонений влияющих величин (напряжения, частоты и т.д.). Эти суммы могут рассматриваться как значения случайной величины δдп. На основании таблицы сформируем групповые выборки этой случайной величины (табл. 9) и построим кривые распределения ее плотности (рис. 4).

Анализ показывает, что практически все значения сумм основной и дополнительных погрешностей распределены в диапазоне номинального класса счетчиков.

Сопоставив этот вывод с данными табл. 6 для счетчиков класса 1, сразу же заметим резкое несоответствие результатов испытаний максимальным пределам погрешностей, устанавливаемых стандартами: эти пределы завышены в 2-3 раза относительно действительных значений. Следовательно, можно говорить о том, что ограничения, установленные стандартами, явно устарели, не соответствуют современному уровню производства электронных счетчиков и не стимулируют его дальнейший прогресс в плане повышения устойчивости учета электроэнергии к действию влияющих факторов.

Это и не удивительно, так как ограничения стандартов МЭК (и заимствованных из МЭК аналогичных российских стандартов) некритически «перекочевали» из аналогичных стандартов, установленных много лет назад для индукционных счетчиков. Этот факт уже отмечался в статье «Электронные электросчетчики. Доверять или проверять», изздание «Новости электротехники», №1, 2, 2005.

  1. Большинство типов электронных счетчиков производства стран СНГ имеет статистически достоверные систематические основные и дополнительные погрешности со смещением в «минус», то есть недоучитывают электроэнергию в пользу ее потребителей. В этих условиях становятся недостоверными метрологические оценки погрешностей измерений электроэнергии, основанные на квадратичных вычислениях и нормальном законе распределения погрешностей с нулевым значением их математического ожидания.
  2. При производстве электронных счетчиков и аттестации самого производства по критерию качества управления необходимо осуществлять контроль статистических характеристик распределения основных и дополнительных погрешностей выпускаемых счетчиков, а в паспортах на счетчики приводить заводские данные по распределению основных и дополнительных погрешностей для типа счетчика. Необходимо обеспечить производство счетчиков с нулевым значением математического ожидания основных и дополнительных погрешностей.
  3. Оценка точности учета электроэнергии в реальных условиях эксплуатации электронных счетчиков должна основываться не на номинальном значении класса их точности, а на учете погрешностей при конкретных условиях эксплуатации. В случае невозможности оценки таких условий суммарные погрешности следует рассчитывать на наихудший случай на основе суммирования предельных значений погрешностей, установленных стандартами. Такое суммирование должно выполняться квадратично, если имеется уверенность в отсутствии статистически достоверных систематических погрешностей, и непосредственно — в ином случае.
  4. Электронные счетчики одного класса точности, но различных изготовителей, существенно различаются запасом точности, обеспечивая реально различную точность оценки учета электроэнергии. Необходимо обеспечить указание в паспортах на счетчики числовых характеристик распределения погрешностей для типа счетчика. Эти данные могут стать дополнительным критерием выбора счетчиков потребителями.
  5. Стандарты МЭК на электронные счетчики, а, следовательно, и основанные на них новые российские стандарты устарели в своих требованиях по предельным значениям дополнительных погрешностей, обусловленных отклонениями влияющих величин. Необходимо указанные стандарты пересмотреть в сторону 2-3 кратного уменьшения этих пределов с целью дальнейшего стимулирования прогресса в области учета электроэнергии и обеспечения его достоверности.

Автор: Гуртовцев А.Л., канд.техн.наук, РУП «БелТЭИ», г. Минск. Автор выражает благодарность докт. техн. наук. Забелло Е.П. и начальнику испытательного центра Бордаеву В.В. за конструктивное обсуждение настоящей статьи и сделанные замечания.

Источник