Измерительный комплекс (ИК) представляет собой группу устройств, обеспечивающих измерение электроэнергии в одной точке учета, и в общем случае включает в себя ТТ, ТН, соединительные провода и счетчик. Поставщик электроэнергии имеет, как правило, сотни и тысячи ИК, фиксирующих поступление и отпуск электроэнергии из сети. Вся совокупность ИК на объекте представляет собой систему учета электроэнергии.
Фактические (отчетные) потери энергии на объекте определяют как разность суммарного поступления электроэнергии на объект и ее отпуска с объекта, зафиксированных счетчиками. Для проведения целенаправленной работы по их снижению необходимо иметь ясное представление о структуре этих потерь: без этого невозможно поставить количественные цели службам, отвечающим за различные участки работы.
В структуре потерь очевидны две составляющие: технические потери электроэнергии и расход электроэнергии на СН подстанций. Возникает вопрос: правомерно ли отнесение разности между фактическими потерями и суммой двух указанных составляющих к коммерческим потерям, или часть из них обусловлена свойствами системы учета электроэнергии?
В качестве примера предположим, что фактические потери составили 14 % от поступления энергии в сеть, расчетные технические потери – 8 %, расход электроэнергии на СН подстанций – 0,5 %. Правомерным ли будет утверждение, что 14 – 8 – 0,5 = 5,5 % представляют собой хищения энергии? Если суммарная погрешность всех ИК, фиксирующих поступление и отпуск электроэнергии из сети, представляет собой случайную величину с нулевым математическим ожиданием и составляет, например, ±0,3 %, нет никаких оснований для отнесения части из 5,5 % потерь к метрологическим потерям.
105 В этом случае коммерческие потери электроэнергии находятся в диапазоне от 5,5 – 0,3 = 5,2 % до 5,5 + 0,3 = 5,8 % (более правильно при определении этого диапазона учитывать и погрешность расчета технических потерь – см. п. 4.3).
Выделение метрологических потерь возможно лишь в том случае, если в суммарной погрешности всех ИК присутствует систематическая составляющая. При ее отрицательном значении (например, –1 %) можно говорить об общем недоучете электроэнергии и о том, что коммерческие потери составляют 4,5 %, а не 5,5 %. При таком же положительном значении можно утверждать, что коммерческие потери составляют 6,5 %, из которых 1 % «компенсирует» система учета электроэнергии.
Из изложенного следует, что в составе фактических потерь может учитываться лишь систематическая погрешность приборов. Добавление к техническим потерям случайной погрешности является не только логической, но и математической ошибкой, которая не требует особых доказательств: сложение математического ожидания одной величины со среднеквадратическим значением другой обеспечивает на экзамене по теории вероятностей неудовлетворительную оценку.
Пределы допустимых погрешностей ИК в соответствии с [6] определяют по формуле
Определение метрологических характеристик конкретного ИК проводят в соответствии с порядком, также изложенным в [6]. Однако при определении структуры потерь в сети невозможно ориентироваться на наличие таких данных для сотен и тысяч точек учета и приходится использовать усредненную оценку их возможных погрешностей. Изложенная ниже методика такой оценки применима к объектам с большим числом точек учета, в меньшей степени к подстанциям и неприменима к конкретным точкам учета.
При определении допустимых погрешностей ИК по формуле (4.1) относительные погрешности приборов обычно принимают равными классам их точности. Однако классы точности определяют предельные значения погрешностей лишь в зонах нагрузок, близких к номинальным параметрам приборов. Запись δ в виде среднеквадратического значения и знак ± говорят о том, что определяется значение случайной погрешности, а как будет показано ниже, в реальных условиях имеет место существенная систематическая погрешность в сторону недоучета электроэнергии.
Следует иметь в виду, что класс точности прибора отражает не диапазон возможной флуктуации погрешности прибора в различные периоды измерений, а диапазон, в неизвестной точке которого находится погрешность данного прибора. Погрешность любого элемента ИК имеет конкретное значение, которое при стабильной нагрузке может лишь незначительно флуктуировать около своего среднего уровня из-за изменения параметров, отражаемых в формуле (4.1) величиной δф ∑ . Однако погрешность конкретного прибора не указывают в документации на прибор. Поэтому класс точности прибора 1,0 означает, что его погрешность не выходит за пределы ±1,0 %, но в какой точке диапазона она находится, неизвестно.
При изменении нагрузки погрешность прибора изменяется в соответствии с его нагрузочной характеристикой, которая для конкретного прибора также не указывается в документации. Особенно сильно нагрузочные характеристики сказываются на погрешности измерения с помощью ТТ токов, отличающихся от номинальных (что наблюдается в подавляющем числе случаев). Хотя нагрузочные характеристики определяются на заводе-изготовителе для каждого выпускаемого ТТ, их не приводят в паспортной документации.
Вместе с тем общий вид нагрузочных характеристик известен из физических закономерностей, так как определяется магнитными свойствами металлов: при снижении тока токовая погрешность ТТ всегда уходит в минус, угловая погрешность ТТ всегда имеет нагрузочную характеристику обратного вида, а погрешность ТН всегда уходит в минус при увеличении нагрузки вторичной обмотки. 107 В расчетах метрологических потерь электроэнергии для объекта с большим числом точек учета вполне допустимо использовать нагрузочные характеристики различных типов приборов, полученные на основе статистических данных.
Следует иметь в виду, что статистические характеристики ИК могут применяться только для оценки суммарной погрешности всей системы учета электроэнергии, а не для корректировки показаний конкретного ИК. Такая корректировка в расчетах с потребителями не имеет легитимных оснований: покупатель любого продукта вряд ли согласится, если продавец скажет, что оплачивать надо не взвешенный на весах объем продукта, а чуть больше, потому что весам свойственна отрицательная погрешность.
Если статистическая погрешность данного типа приборов находится в интервале, например, от +0,5 до –1,5 %, то для конкретного прибора нельзя указать ее точное значение. Однако можно сказать, что суммарная погрешность тысячи таких приборов будет представлять собой случайную величину с математическим ожиданием (0,5 – 1,5)/2 = –0,5 % и разбросом ±1 / 1000 = ±0,032 %. В этом случае можно говорить о недоучете энергии, оцениваемом диапазоном от –0,468 % до –0,532 %.
Изложенное относится к характеристикам погрешностей, обусловленных отличием тока и напряжения контролируемого присоединения от номинальных значений. Назовем их режимными погрешностями.
С увеличением срока службы приборов их характеристики ухудшаются. Известно, что с течением времени диск индукционного счетчика постепенно затормаживается вследствие износа подпятника и ухудшения смазки, что ведет к нарастающему недоучету энергии. Это подтверждается массовыми случаями, когда после замены бытовых счетчиков индукционного типа (прослуживших, как правило, не один десяток лет) на электронные, абоненты обнаруживали увеличение показаний потребления энергии при практически том же составе бытовых приборов.
Что касается ТТ и ТН, то изготовители утверждают, что их погрешности не изменяются в процессе эксплуатации. Так как в природе не существует неизменяющихся величин, то можно говорить, что погрешности изменяются, но в неуловимой степени. Этот тип погрешности назовем временной по 2 – грешностью. Поэтому для ТТ и ТН можно говорить лишь о характеристиках, обусловленных режимными параметрами. Для электрических счетчиков индукционного типа временные погрешности 2 имеют большее значение, чем режимные.
При рассмотрении данных вопросов следует иметь в виду различие задач, решаемых в области анализа погрешностей учета электроэнергии специалистами-метрологами и специалистами в области расчета и нормирования потерь электроэнергии. Объектом исследований метролога являются, как правило, конкретные измерительные приборы, а целью – разработка способов повышения их точности.
Внимание метролога в основном обращено на современные типы приборов и на необходимость замены старых приборов на новые. Метрологу важно, чтобы погрешности приборов не выходили за допустимые пределы ни в одном из режимов. Если, например, в одном из режимов погрешность прибора класса 1,0 составляет –0,7 %, а в другом режиме +0,7 %, очевиден вывод о нормально функционирующем приборе. Однако если в первом режиме потребляется 80 % энергии, а во втором 20 %, то интегральная погрешность прибора составит (–0,7) ∙ 0,8 + 0,7 ∙ 0,2 = –0,42 %, а отнюдь не ноль.
Специалиста в области расчета и нормирования потерь интересует оценка наиболее вероятного значения суммарного недоучета электроэнергии, обусловленного всеми эксплуатируемыми в сети приборами с учетом реальных режимов их работы. Замена старых приборов на новые не может быть осуществлена повсеместно в короткие сроки. Основная масса ТТ эксплуатируется при низких коэффициентах токовой загрузки, основная масса ТН – при высоких загрузках вторичных цепей. Наиболее вероятные значения погрешностей приборов в таких режимах лежат в отрицательной области.
