Электронные электросчетчики
Доверять или проверять?

Действующие стандарты
Производство электронных, или статических (называемых так из-за отсутствия в них подвижных, динамических измерительных элементов, присущих индукционным счетчикам), электросчетчиков переменного тока активной энергии должно соответствовать межгосударственным стандартам ГОСТ 30206-94 (МЭК 687-92) «Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 0,2S и 0,5S)» и ГОСТ 30207-94 (МЭК 1036-90) «Статические счетчики ватт-часов активной энергии переменного тока (классы точности 1 и 2)». Эти стандарты введены взамен ГОСТ 26035-83 «Счетчики электрической энергии переменного тока электронные», который тем не менее сохранил свое действие в части измерения реактивной энергии.
Указанные стандарты устанавливают требования к изготовлению и типовым (контрольным) испытаниям рабочих однофазных и трехфазных счетчиков трансформаторного и непосредственного (прямого) включения, измеряющих активную энергию как в одном, так и в обоих направлениях.
Стандарты распространяются на стационарные счетчики, устанавливаемые внутри и вне помещений и содержащие в своих корпусах встроенные твердотельные измерительные элементы и счетные механизмы. Хотя эти документы и не регламентируют правила проведения приемосдаточных и периодических (на соответствие техническим требованиям) испытаний, тем не менее их требования учитываются и при таких испытаниях.
В совокупности стандартные технические требования к счетчикам содержат следующие основные группы:

1. стандартные значения электрических величин (номинальные и максимальные значения тока, напряжения и частоты);
2. механические требования (требования к конструкции в целом, к корпусу, зажимам, дисплею измеряемых величин, выходным устройствам, маркировке, защите от пыли, воды, огня и т.п.);
3. климатические требования (установленные и предельные диапазоны температур и относительной влажности);
4. электрические требования (требования по потребляемой мощности, влиянию напряжения питания, токовым перегрузкам, самонагреву и т.д.);
5. электромагнитная совместимость (требования по защите от электромагнитных помех и подавлению радиопомех);
6. метрологические требования (требования к точности в различных климатических условиях и при воздействии влияющих величин);
7. другие требования (требования к телеметрическому передающему устройству счетчика, к транспортировке, хранению и т.д.).

Программа проведенных испытаний
Обоснованные сомнения в качестве электронных электросчетчиков, предлагаемых различными производителями и их дилерами на рынке средств приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь (РБ), привели к решению концерна «Белэнерго», основного потребителя данной продукции, провести собственные независимые испытания счетчиков. Такие испытания были проведены во второй половине прошлого года Центром испытаний средств учета электроэнергии филиала ПСДТУ РУП «Гродноэнерго» совместно с РУП «БелТЭИ». Центр аккредитован в системе аккредитации испытательных лабораторий РБ, имеет соответствующее испытательное оборудование и квалифицированные кадры.
Для проведения отраслевых испытаний была разработана и утверждена «Программа и методика ведомственных испытаний счетчиков электрической энергии переменного тока статических класса 0,2S, 0,5S, 1 и 2», а также «Порядок отбора комплектов АСКУЭ для испытаний». Программа была разработана для уточнения эксплуатационных и метрологических характеристик счетчиков с целью определения их зависимости от воздействующих факторов, возможных в процессе эксплуатации систем коммерческого учета электроэнергии. На испытания, согласно Программе, должны были представляться счетчики, включенные в Госреестр средств измерений РБ, с соответствующими эксплуатационными документами, протоколами обмена по цифровым интерфейсам и сервисным программным обеспечением (ПО) для исследования как коммуникационных возможностей счетчиков, так и качества самого ПО.
Проверка метрологических характеристик счетчиков и требований к их конструкции проводилась по методикам, изложенным в вышеуказанных ГОСТах, но с некоторыми дополнениями. Все испытания, кроме климатических, проводились при нормальных климатических условиях (НКУ): температуре окружающего воздуха 23 ± 3 oС, относительной влажности воздуха 30–80%, атмосферном давлении 84–106,7 кПа и при коэффициенте нелинейных искажений по напряжению питающей сети не более 5%, а по току и напряжению измерительной цепи не более 2%.
При испытаниях использовались трехфазный ваттметр-счетчик эталонный ЦЭ7008, программируемый трехфазный источник фиктивной мощности МК7006, трехфазный источник фиктивной мощности 100А Landis&Gir, генератор электростатических разрядов контактный ГЭРСК, стенд имитации постоянного магнитного поля, стенд имитации магнитного поля промышленной частоты, климатическая камера, компьютеры, осциллографы, другие измерительные приборы.
При метрологических испытаниях определялись:

• основная погрешность измерения активной и реактивной энергии (d%);
• фактический диапазон чувствительности;
• отсутствие самохода (СМХ);
• основная и дополнительная погрешность измерения активной и реактивной энергии при воздействии влияющих величин: напряжения измерительной цепи, частоты измерительной цепи, формы кривой тока (с учетом коэффициента гармоник), обратной последовательности фаз, несимметрии напряжения, внешнего постоянного магнитного поля, внешнего магнитного поля промышленной частоты, постоянной составляющей в цепи переменного тока (для счетчиков прямого включения);
• параметры импульсных выходов основного передающего устройства;
• влияние напряжения питания;
• влияние кратковременных перегрузок током;
• влияние импульсного напряжения, подаваемого на цепи и между ними.

Особенности некоторых испытаний
В реальных условиях эксплуатации электронных электросчетчиков возможно воздействие на них электромагнитных помех (их типы – электростатические разряды, электромагнитные высокочастотные поля и быстрые всплески в неустановившемся режиме) как естественного, так и искусственного происхождения.
Например, одним из источников искусственных помех может стать бытовой электрошокер, который генерирует разряд величиной от 40 тыс. до 140 тыс. вольт. Согласно разделу 4.5 «Электромагнитная совместимость» ГОСТ 30206-94 и ГОСТ 30207-94, «счетчик должен быть сконструирован таким образом, чтобы наводимые или излучаемые электромагнитные помехи, а также электростатический разряд не вызывали повреждения счетчика и не влияли на него в значительной степени». В описываемом исследовании производились только испытания на невосприимчивость к электростатическим разрядам.
Метод испытания на невосприимчивость к электростатическим разрядам изложен в разделе 5.5.2 указанных стандартов и предполагает воздействие испытательным напряжением 15 кВ с числом разрядов до 10. Государственный стандарт РБ СТБ ГОСТ Р 51317.4.2-2001 (МЭК 61000-4.2:1995) «Совместимость технических средств электромагнитная: Устойчивость к электростатическим разрядам. Требования и методы испытаний» в разделе 9 разъясняет, что результаты испытаний должны быть классифицированы по следующим четырем критериям качества функционирования, если иные требования не установлены в стандартах на технические средства конкретного вида: «А – нормальное функционирование в соответствии с установленными требованиями, В – временное снижение качества функционирования либо потеря функции или работоспособности с самовосстановлением, С – временное снижение качества функционирования либо потеря функции или работоспособности, которые требуют вмешательства оператора или перезапуска системы, D– снижение качества функционирования или потеря функции, которые не могут быть восстановлены оператором из-за повреждения оборудования (компонентов) или программного обеспечения, а также при потере данных». Заметим, что энергетикам нужны счетчики только классов А и В.
Метрологические испытания с влияющими величинами, в частности, с внешним магнитным полем промышленной частоты с магнитной индукцией 0,5 мТл, регламентируются разделом 4.6.2, табл.11 ГОСТ 30206-94 (допустима дополнительная погрешность 0,5% для счетчиков класса точности 0,2S и 1,0% – для класса 0,5S) и разделом 4.6.2, табл.14 ГОСТ 30207-94 (допустима дополнительная погрешность 2,0% для счетчиков класса точности 1 и 3,0% – для класса 2). Величина магнитной индукции 0,5 мТл некритично перекочевала в стандарты на электронные счетчики из стандарта на индукционные счетчики (см. ГОСТ 6570-75 «Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные»). Это малая величина индукции. Для сравнения: небольшой ферритовый магнит дает индукцию в 10 мТл, а аналогичный магнит системы элементов «Nd-Fe-B» – 200 мТл и выше.
Поэтому при испытаниях было принято решение проверить работу счетчиков в более сильных магнитных полях – до 6 мТл. Такой подход оказался плодотворным, так как разделил все испытанные счетчики на две группы: те, которые никак не реагировали на увеличение магнитной индукции, и те, которые при ее увеличении сверх 0,5 мТл значительно выходили за допустимую величину погрешности. Очевидно, что энергетикам нужны счетчики первой группы, но не второй, несмотря на то, что последние формально и соответствуют требованиям ГОСТа.
Другое важное испытание на влияющую величину для счетчиков прямого включения – испытание на постоянную составляющую в цепи переменного тока (раздел 4.6.2, ГОСТ 30207-94). Согласно стандарту это испытание производится при значении тока 0,5 Imax и коэффициенте мощности 1 (активная нагрузка). При этом для счетчика класса 1 дополнительная погрешность не должна превышать 3,0%, а для счетчика класса 2 – 6,0%.

Результаты испытаний трехфазных счетчиков
На испытания были представлены 15 типов трехфазных микропроцессорных многотарифных счетчиков (39 образцов) от шести изготовителей из четырех стран – Беларуси, России, Украины и Литвы:

• ФГУП «Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе» (г. Нижний Новгород, Россия);
• ОАО ЗИП «Энергомера» – филиала ОАО «Концерн «Энергомера» (г. Невинномысск, Россия);
• ООО «Телекарт-Прибор» (г. Одесса, Украина);
• ЗАО «Elgama-Elektronika» (г. Вильнюс, Литва);
• НПОО «Гран-система-С» (г. Минск, Беларусь);
• СПООО «Эльстер Метроника» (г. Москва, Россия).

1. одновременная работа со счетчиком по оптическому порту и интерфейсу RS-485 невозможна (как следствие, может быть блокирован удаленный дистанционный доступ к счетчику при манипуляциях с оптопортом);
2. по тарифным зонам не допускается их пересечение, что делает, в частности, невозможным разделение тарифов по энергии и мощности в том случае, когда интервал контроля максимума мощности не совпадает с зоной действия пикового тарифа по энергии и пересекается с ним (такие тарифы имеют место в белорусской энергосистеме);
3. не предусмотрен выход метрологического контроля хода часов счетчика.

1. счетчик СТК3-05Q2H4M соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –3,64 до –20,6% (допустимая величина 1,5%);
2. счетчик СТК3-10А1H4P.BU соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –3,93 до –26,17% (допустимая величина 3,0%).

1. счетчик EPQM соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –3,8 до –17,6%;
2. счетчик EMS соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –0,4 до –4,2 %. Все другие испытания счетчики выдержали успешно.

1. счетчики «ЕвроАльфа», АЛЬФА ПЛЮС и А1200 10R4T соответствуют требованиям ГОСТ 30206-94;
2. счетчик А1200 20R4PТ соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –0,32 до –12,8%;
3. счетчик А1700 соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –1,25 до –14,3%.

Некоторые сравнительные характеристики
Сравнительные значения основной погрешности (d%) испытанных образцов счетчиков класса 0,5S различных изготовителей при нормальных климатических условиях (НКУ) и при пониженной температуре (-20°С) приведены соответственно в табл. 1 и табл. 2.
Величины погрешностей всех счетчиков находятся в допустимых пределах, но разные счетчики имеют различный технологический запас по классу точности (разброс в 5–10 раз). Так, наибольший запас по точности при НКУ имеется у счетчика СЭТ-4ТМ (d_макс< 0,06), а наибольшие погрешности присущи испытанным образцам счетчиков ПСЧ-4ТА (d_макс= 0,54), ЦЭ6823М (d_макс= 0,3) и СТК3-05 (d_макс=0,3).
При понижении температуры погрешности возрастают в 2–3 раза: так, у счетчика СЭТ-4ТМ d_макс= 0,15; у счетчиков ПСЧ-4ТА d_макс= 1,18; у счетчиков СТК3-05 d_макс= 0,69. Отметим значительный рост погрешности при низкой температуре и у счетчиков ЕвроАльфа (d_макс= 0,62) и АЛЬФА ПЛЮС (d_макс= 0,69). Очевидно, что с точки зрения энергетиков, при прочих равных условиях, предпочтение следует отдавать счетчикам с большим технологическим запасом точности. Вот только узнать эти данные можно в результате собственных испытаний, так как производители не приводят их в документации для потребителей.
Представляет интерес оценка точности измерения мгновенных значений параметров сети некоторыми счетчиками, имеющими такие функции. В табл. 3 представлены счетчики, которые, помимо функций интегрального и интервального измерения электроэнергии и мощности, позволяют дополнительно измерять и отображать (справочно или как метрологически аттестованные величины) мгновенные значения параметров сети.
Счетчик СЭТ-4ТМ измеряет мгновенные фазные и суммарные значения активной и реактивной мощности, фазные значения напряжения и тока, частоту сети, коэффициент мощности, температуру внутри счетчика, коэффициент искажения синусоидальности фазного напряжения.
Счетчик ЦЭ6850 фиксирует полную, активную и реактивную мощность по каждой фазе и суммарно, среднеквадратическое значение фазных напряжений и токов, углы сдвига фазы между основными гармониками фазных напряжений, фазных напряжений и токов, коэффициенты активной и реактивной мощности, частоту сети.
Счетчик СТК3-05 измеряет напряжения и токи фаз, частоту, суммарную мгновенную активную и реактивную мощность. Счетчики EPQM и СС-301 фиксируют активную и реактивную мощность по каждой фазе и суммарно, фазные напряжения и токи, частоту и коэффициент мощности.
Счетчик ЕвроАльфа измеряет и отображает на индикаторе некоторые параметры, как справочные: фазную активную и реактивную мощность, фазные напряжения и ток, частоту, коэффициент мощности. Счетчик АЛЬФА ПЛЮС регистрирует те же параметры, что и предыдущий счетчик, но дополнительно еще рассчитывает коэффициенты несинусоидальности напряжения и тока. Счетчик А1200 измеряет фазные значения активной и реактивной энергии, напряжений и токов. Счетчик А1700 фиксирует суммарные и фазные значения активной и реактивной мощности, фазные значения напряжения и тока, частоту, коэффициент мощности, углы векторов напряжений и чередование фаз.



В таблице указаны максимальные значения относительных погрешностей измерения некоторых параметров сети, выбранные из фазных протокольных измерений по каждому образцу соответствующего типа счетчика. Из таблицы следует, что разбросы погрешностей измерений мгновенных значений параметров между разными типами счетчиков существенны (10–40 раз), что свидетельствует, во-первых, о справочном характере этих данных для ряда счетчиков, и во-вторых, о слабой еще востребованности этих данных в настоящее время для коммерческого учета электроэнергии.
Представляет интерес рассмотрение также таких электрических характеристик счетчиков, как их электропотребление. Значения полной потребляемой мощности по измерительным цепям тока и напряжения, устанавливаемые стандартами, заводскими руководствами по эксплуатации (РЭ) и фактически измеренные в процессе испытаний 3-фазных счетчиков, приведены в табл. 4. В ней представлены фактические значения мощности по цепям тока и напряжения одной фазы, которые являются максимальными из измеренных по каждой из трех фаз каждого образца счетчика данного типа в условиях отсутствия обмена информацией со счетчиком по его интерфейсам.



Из таблицы следует, что современные электронные трехфазные счетчики имеют потребление по цепям тока и напряжения значительно меньшее, чем значения, регламентируемые ГОСТом: по цепям тока и напряжения фактические значения не превысили в худшем случае соответственно 0,21 ВА (среднее значение по всем счетчикам 0,05 ВА) и 2,64 ВА (среднее значение 1,0 ВА), что в 4–5 раз меньше регламента (а по среднему значению меньше в 10–20 раз).
Видимо, пришло время ужесточить и требования стандартов в этом отношении, по крайней мере, для токовых цепей счетчиков (потребление цепей напряжения зависит во многом от применения в конструкциях счетчиков активных интерфейсов, развитие которых возможно при использовании счетчиков в составе АСКУЭ).
С точки зрения энергетиков, минимизация потребления электроэнергии счетчиками позволит использовать и измерительные трансформаторы с меньшими мощностями вторичных обмоток, что в целом будет способствовать снижению расхода электроэнергии на установленные средства учета и сам учет.

1. Счетчики ФГУП «Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе» и ЗИП «Энергомера» концерна «Энергомера» оказались неустойчивы к электростатическим разрядам с критериями качества функционирования соответственно С и D. Повторные испытания на счетчиках с доработанной конструкцией показали, что отмеченный дефект устранен. Можно сделать заключение о недостаточности текущего контроля над соблюдением качества технологии производства на указанных заводах.
2. Счетчики ООО «Телекарт-Прибор», ЗАО «Elgama-Elektronika» и некоторые типы счетчиков СПООО «Эльстер Метроника» оказались чувствительными к воздействию электромагнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией выше 0,5 мТл. Можно сделать заключение о том, что воздействие, величина которого больше указанной в стандарте, не рассматривалось специалистами этих предприятий как важный эксплуатационный фактор.
3. В большинстве счетчиков работа по оптопорту и по цифровому интерфейсу производится по принципу исключения друг друга, а не независимой работы. Такой подход может привести при намеренных манипуляциях с оптопортом к блокировке канала дистанционного доступа к счетчику в рамках его использования в АСКУЭ.
4. В большинстве многотарифных счетчиков тарифные зоны состоят из непересекающихся сегментов, что не позволяет использовать такие счетчики для учета по сложным тарифам, в которых возможны независимые зоны по энергии и мощности, а также раздельные зоны по активной и реактивной энергии.
5. В большинстве счетчиков не предусмотрен испытательный выход для метрологического контроля хода встроенных часов, что не позволяет оценить достоверность заявляемой изготовителем точности их хода.
6. Отдельные счетчики имеют конструктивные недоработки, снижающие их надежность (неправильное крепление проводов, низкое качество пайки, отсутствие влагостойкого покрытия плат и защитного покрытия контактов клеммной колодки и т.д.).
7. Стандарты на электронные электросчетчики во многом заимствовали заниженные требования стандартов на индукционные счетчики, что в первую очередь касается пределов допуска на дополнительные погрешности и на предельные значения влияющих величин. Имеется необходимость пересмотра ряда положений действующих стандартов в сторону их ужесточения.