О метрологии электронных электросчетчиков  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).

О метрологии электронных электросчетчиков pic 0

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).  

О метрологии электронных электросчетчиков tabl1

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

О метрологии электронных электросчетчиков form 1

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).

О метрологии электронных электросчетчиков tabl2

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). 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.

О метрологии электронных электросчетчиков tabl3

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.

О метрологии электронных электросчетчиков tabl4

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} оС (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 +55оС относительно нормальной Тн = +23±2оС, или диапазона {+21 +25}оС, происходит на 30оС, а понижение до -20оС — на 41оС). 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. 

О метрологии электронных электросчетчиков tabl5

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 δΣΓоп 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

О метрологии электронных электросчетчиков form 23

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.).

О метрологии электронных электросчетчиков tabl6

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. 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).

О метрологии электронных электросчетчиков pic 2

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

О метрологии электронных электросчетчиков tabl7

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). 

О метрологии электронных электросчетчиков pic 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.

О метрологии электронных электросчетчиков tabl8

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. 

О метрологии электронных электросчетчиков tabl9

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). 

О метрологии электронных электросчетчиков pic 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.

ВЫВОДЫ

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.   


Рекомендуйте эту статью другим!