Г.А.Л._Изб. раб. по АСКУЭ

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 "ТелекартПрибор").

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 Iн 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.

Таблица 7. Распределение основных погрешностей δоп электронных счетчиков класса 1,0 по диапазонам на основе испытаний в НУ

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. Кроме того, кривые отличаются формой (крутизной), среднеарифметическим значением (САЗ) и среднеквадратичное 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.

"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 имеет отрицательное значение, 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, т.е. 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 не нулевым 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, не корректен. 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. Рассмотрение этой задачи выходит за рамки настоящей статьи.

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 проблемы, выявленной нами). 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, т.е. дают менее точную оценку потребления электроэнергии. В целом же можно утверждать, что требования стандартов по основной погрешности соответствуют современному уровню изготовления счетчиков.

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 [10]. Этот факт уже отмечался в [7].

Выводы

1.Большинство типов электронных счетчиков производства стран СНГ имеют статистически достоверные систематические основные и дополнительные погрешности со смещением в "минус", т.е. 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 за статистическими характеристиками 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 выражает благодарность д.т.н. Забелло Е.П. и начальнику испытательного центра Бордаеву В.В. за конструктивное обсуждение настоящей статьи и сделанные замечания.

Литература

1.РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения. - Минск, 2002.

2.ГОСТ Р 52320-2005. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Общие требования. Испытания и условия испытаний. Ч.11: Счетчики электрической энергии. - М., Стандартинформ, 2005.

3.ГОСТ Р 52322-2005. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Ч.21: Статические счетчики активной энергии классов точности 1 и 2. - М., Стандартинформ, 2005.

4.ГОСТ Р 52323-2005. Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования. Ч.22: Статические счетчики активной энергии классов точности 0.2S и 0,5S. - М., Стандартинформ, 2005.

5.ГОСТ 30207-94. Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 1 и 2). - Минск, Белстандарт,1998.

6.ГОСТ 30206-94. Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 0,2S и 0,5S). - Минск, Белстандарт,1997.

7.Гуртовцев А.Л, Бордаев В.В, Чижонок В.И. Электронные электросчетчики. Доверять или проверять. - Новости электротехники, №1,2, 2005.

8.ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Минск, 1999.

9.Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. - Л., Наука, 1985.

10.ГОСТ 6570. Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные. – М., 1996.

Справка

Статья опубликована в журналах:

Энергетика и ТЭК, №3, №4, 2007 (Беларусь) Электрические сети и системы, №4, 2007 (Украина) Новости Электротехники, №1, №2, 2007 (Россия)

Электро, №2, 2008 (Россия) Электрика, №6, №7, 2007 (Россия) Энергорынок, №5, №6, 2007 (Россия)

Промышленные АСУ и контроллеры, №8, 2007 (Россия)

Приложение

Таблица П.1 (часть 1). Основная погрешность измерения

активной энергии при симметричной и однофазной нагрузке (Uном=Uа=Uв=Uс) от изменения тока (I) и сдвига фаз

между током и напряжением ( ) для счетчиков класса 1 при НУ

Таблица П.1 (часть 2). Основная погрешность измерения

активной энергии при симметричной и однофазной нагрузке (Uном=Uа=Uв=Uс) от изменения тока (I) и сдвига фаз

между током и напряжением ( ) для счетчиков класса 1 при НУ

Таблица П.2 (часть 1). Сумма основной и дополнительной погрешностей

счетчиков класса 1 для влияющих величин: напряжения (U), частоты (f), коэффициента гармоник (Кг3), несимметрии напряжения, обратной последовательности фаз, внешнего постоянного магнитного поля, внешнего магнитного поля индукции 0,5 мТл, кратковременной перегрузкой током, постоянной составляющей в цепи переменного тока

Таблица П.2 (часть 2). Сумма основной и дополнительной погрешностей

счетчиков класса 1 для влияющих величин: напряжения (U), частоты (f), коэффициента гармоник (Кг3), несимметрии напряжения, обратной последовательности фаз, внешнего постоянного магнитного поля, внешнего магнитного поля индукции 0,5 мТл, кратковременной перегрузкой током, постоянной составляющей в цепи переменного тока

Раздел 4.

От аналоговых к цифровым измерительным системам. Метрология цифровых АСКУЭ

Метрология цифровых измерений …………….....................271

О метрология цифровых АСКУЭ и границах метрологической экспансии ………………...........................295

Измерительные системы: где заканчивается измерение? ....312

Аттестация цифровых АСКУЭ: какой ей быть? …...............321

Территория конфликта: метрологические требования к АСКУЭ …………………………………...........332

Тупики метрологии: где выход? ……………......................…336