КАК ВЫБРАТЬ ЭЛЕКТРОСЧЕТЧИК
В ПОИСКАХ ИСТИННОГО КАЧЕСТВА

В прошлом номере журнала («Новости ЭлектроТехники» № 4(34) 2005) Валентин Владимирович Тубинис начал разговор об особенностях выбора электросчетчиков при проведении конкурсных или тендерных закупок.
По его мнению, энергокомпании должны отказаться от конкурса отпускных цен и перейти к конкурсу минимальных эксплуатационных затрат. При этом необходимо учитывать множество факторов, которые позволят более точно выбрать электронные счетчики по их «вспомогательным» параметрам. Об этом – в продолжении материала.

Валентин Тубинис, председатель технического совета ПТ «Группа компаний Российские системы»,г. Москва

Напомним, что в прошлом номере журнала мы обещали рассмотреть, как влияют на определение необходимых технических требований и выбор электросчетчика следующие факторы:

• место установки счетчика (климатическая и географическая зона, внутри или вне помещения, в воздушных или кабельных сетях, на границе балансовой принадлежности сети или нет);
• использование для учета энергии у бытовых или промышленных потребителей;
• использование в составе автоматизированных систем учета или автономно;
• использование в сетях с преобладающими нелинейными нагрузками и низким качеством электроэнергии;
• наличие в местах установки данного типа счетчиков соответствующей ремонтной базы.

При выборе трехфазных электросчетчиков трансформаторного включения для промышленных предприятий, характеризующихся широким диапазоном изменения рабочих (токовых) нагрузок, следует более внимательно отнестись к выбору допустимых токовых нагрузок счетчика.
В настоящее время загрузку предприятий планировать заранее крайне затруднительно и, как правило, они работают далеко не так ритмично, как хотелось бы. Зачастую возникают ситуации, когда цеха, рассчитанные на выпуск большого количества продукции, периодически длительное время простаивают, а затем вновь начинают работать с полной нагрузкой. В подобных условиях счетчик в режиме минимальных нагрузок может либо оказаться загруженным менее чем на 5% и работать с повышенными погрешностями, либо вообще не работать. Встает задача повышения его чувствительности (в новых стандартах речь идет об уменьшении стартового тока) в зоне минимальных нагрузок.
Эту довольно типичную задачу можно решать достаточно нетипичным способом. Известно, что трансформаторные счетчики выпускаются на номинальные токи 1 и 5 А и их перегрузочная способность соответствует перегрузочной способности измерительных трансформаторов тока (ТТ), на которые они включаются. Для отечественных ТТ это обычно 150%. Наиболее широко используются в промышленности ТТ с номинальным вторичным током 5 А. Для повышения чувствительности счетчика в зоне малых нагрузок допустимо в цепь указанного ТТ включить счетчик с номинальным током 1 А, но с максимальным током 7,5 А. Такие счетчики существуют для учета на предприятиях с хронически неритмичной загрузкой (опытные производства, учебные лаборатории и т.п.).

При проведении испытаний российских счетчиков белорусскими энергетиками [1] были выявлены факты несанкционированной замены одного типа комплектующих другим типом, которые привели к существенным нарушениям качества работы счетчика. Такая подмена могла бы быть выявлена на заводе, если бы там проводились периодические испытания счетчиков на влияющие факторы с целью мониторинга и выявления отклонений в текущей технологии и комплектации. Как правило, такие испытания из-за их дороговизны редко проводятся изготовителями.
Поэтому при закупке больших партий счетчиков потребителю целесообразно самому проводить выборочный входной контроль изделий, не полагаясь на гарантии и имя изготовителя.
Для счетчиков прямого включения особое внимание необходимо уделять конструкции зажимов.

Если предполагается эксплуатировать счетчики в воздушных сетях географических зон с повышенной грозовой активностью, особое значение приобретает «грозоустойчивость» счетчика, которая определяется качеством изоляции счетчика и его способностью выдерживать испытания импульсным напряжением определенной амплитуды (6 кВ по ГОСТ 30206-94 и 30207-94) при стандартизованной форме кривой (ГОСТ 27918).
Опыт эксплуатации в России счетчиков, испытанных в полном соответствии с вышеперечисленными ГОСТами, показывает, что свыше 30% причин выхода их из строя до истечения нормативного срока службы приходится на перекрытия изоляции от грозовых перенапряжений.

Однако существуют конструкции счетчиков, выдерживающие импульсные напряжения с амплитудой 8, 10 и даже 12 кВ! Если они и будут стоить несколько дороже, то это с лихвой окупится в процессе эксплуатации за счет снижения их повреждаемости при грозах.
Потребитель вправе потребовать от изготовителя поставки таких счетчиков в случае необходимости. В США, например, при посещении автором сетевых компаний во Флориде, климат которой изобилует грозами, выяснилось, что при заказе счетчиков сетевые компании не стесняются в этом вопросе и получают от изготовителей именно то, что им нужно. Наши более «бедные» сетевые компании этим правом не пользуются.
В зависимости от того, будут ли закупаемые счетчики устанавливаться внутри отапливаемых или неотапливаемых помещений, следует более скрупулезно подходить к выбору диапазона рабочих температур счетчиков. В России, где на подавляющем большинстве территории господствуют суровые зимы, при выборе счетчиков всегда стоит дилемма: выбрать дорогие электросчетчики, сохраняющие свою работоспособность и при –45 ОС, или выбрать счетчики с более скромным диапазоном рабочих температур (не более –20 ОС), но при этом устанавливать их в специально подогреваемых боксах. Не следует при этом забывать, что существует возможность установить внутрь корпуса специальный «отопительный» резистор, что может оказаться предпочтительнее, чем массовые типовые решения.
При понижении температуры погрешности возрастают в 2–3 раза. Величины погрешностей всех счетчиков при этом находятся в допустимых пределах, но разные счетчики имеют различный технологический запас точности (разброс в 5–10 раз). 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 лишь в результате собственных испытаний, так как производители не приводят их в документации для потребителей.

При выборе счетчиков трансформаторного включения зачастую очень важно, чтобы их собственное потребление было как можно меньше, чтобы не перегружать измерительные ТТ. Нормативное собственное потребление электронных счетчиков перекочевало вГОСТы на электронные счетчики из ГОСТов на индукционные и априори является завышенным и легко достижимым требованием для изготовителей. Фактически все электронные счетчики имеют собственное потребление мощности ниже предельного нормативного значения по соответствующему ГОСТу.
Однако изготовителями в сопроводительной документации на счетчики обычно указывается собственное потребление с большим запасом – формально приводятся предельно допустимые значения из ГОСТа. Об этом свидетельствуют и результаты рейтинговых испытаний российских электросчетчиков, проведенных белорусскими энергетиками [1]. Поэтому при выборе счетчиков трансформаторного включения имеет смысл выбирать их не по паспортным данным, а по данным сравнительных испытаний на определение величины собственного потребления.
В качестве возможной альтернативы для уменьшения потребляемой мощности в цепи напряжения целесообразно требовать введения в счетчик функции подключения вспомогательного источника напряжения, который существенно разгружает измерительный вход счетчика и потребляемая мощность снижается на 2 порядка, например, с 2 ВА до 0,02 ВА (технические условия счетчика СТС5602).

В реальных условиях эксплуатации электронных электросчетчиков возможно воздействие на них электромагнитных помех (электростатических разрядов, электромагнитных высокочастотных полей, быстрых всплесков в неустановившемся режиме) как естественного, так и искусственного происхождения. 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».
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».
Проведенные в Беларуси испытания российских счетчиков на указанный вид электромагнитной совместимости показали, что те или иные приборы по результатам воздействия можно отнести к критериям качества функционирования В, С или D. Заметим, что энергетикам нужны счетчики только критериев А и В [1].
Из опыта эксплуатации АСКУЭ на промпредприятиях, где счетчики критериев В и С установлены в распределительных устройствах, следует, что они подвержены постоянному влиянию электромагнитных полей промышленной частоты и кратковременным электромагнитным возмущениям при протекании переходных процессов (коммутационные перенапряжения и т.п.). АСКУЭ приходится ежедневно перезапускать, чтобы восстановить работоспособность счетчиков после сбоев. Так как на перезапуск уходит несколько секунд, то это приводит к дополнительным погрешностям в работе систем.
При выборе счетчиков для установки на промпредприятиях и РУ подстанций следует уделять особое внимание степени их защиты от электромагнитного воздействия и даже требовать проведения дополнительных испытаний по подтверждению декларированной степени защиты.
Для учета в быту в первую очередь следует применять электросчетчики, более защищенные от воровства энергии.
Одним из наиболее известных способов воровства электроэнергии через электронный счетчик без нарушения пломб и перекоммутации проводов является воздействие на него мощным электромагнитным полем промышленной частоты (через специально изготовленный соленоид), в результате чего счетный механизм замедляется или останавливается.
«Эффективность низкочастотных воздействий обусловлена доступностью получения простыми средствами электромагнитного поля промышленной частоты достаточной мощности, а также наличием в счетчиках электрической энергии узлов, подверженных электромагнитному воздействию: входные трансформаторы с магнитопроводящими сердечниками, электромеханические счетные механизмы с шаговым приводом и др.» [2].
В журнале «Вестник Главгосэнергонадзора России» была опубликована статья технического директора АО «Краснодарский ЗИП» Н.В. Деркача «Повышение устойчивости приборов учета энергопотребления от несанкционированных воздействий в условиях эксплуатации» [3]. Под руководством автора данной статьи на этом заводе в процессе сравнительных испытаний различных наиболее распространенных моделей электронных счетчиков выявилась их слабая защищенность и, наоборот, достаточная защищенность счетчика данного завода типа ЕЕ3000, имеющего специальную защиту от электромагнитного воздействия отдельных узлов при помощи специальных экранов и другими способами.
Были массовые возмущения изготовителей критикуемых автором счетчиков и заявления о том, что все счетчики защищены от электромагнитных воздействий согласно требованиям действующих ГОСТов на них. И это, безусловно, верно. Но беда в том, что жулики не читают ГОСТы, а методом проб и ошибок подбирают соленоид достаточной мощности и успешно воруют электроэнергию.

Электроэнергия – это товар. Товар особенный, качество которого зависит как от продавца, так и от покупателя. Стоимость этого товара фактически зависит не только от узаконенного тарифа, но и частично от того, на каких весах производилось взвешивание товара, т.е. от типа счетчика. В последние годы качественно изменились технические характеристики электрооборудования покупателей электроэнергии. Существенно увеличилась доля потребителей, представляющих собой нелинейную нагрузку. Это многочисленная вычислительная техника с импульсными источниками питания, различные электроприводы с тиристорным управлением и т.п. устройства. В то же время подавляющее большинство используемых счетчиков не вполне приспособлено для работы в условиях несинусоидальных напряжений и токов, да и существующие нормативные документы не в полной мере требуют от них этого.
Исследуя работу четырех типов отечественных электронных электросчетчиков в условиях пониженного качества электроэнергии (повышенное содержание гармоник и низкий коэффициент мощности), моделируемого специальной установкой, специалисты НПФ «Солис» [4] выявили интересные тенденции в поведении однотипных по сути счетчиков и различную их реакцию на одинаковые для всех условия работы. Полученные результаты показаны на итоговых графиках этих испытаний (рис. 1, 2, 3). По понятным причинам типы испытуемых счетчиков не указываются.
Влияние несимметрии токов и напряжений на работу тех же типов счетчиков иллюстрирует рис. 2, где добавлен еще один фактор – четные, некратные трем гармонические составляющие фазных напряжений и токов (12%). Зависимость погрешности счетчиков от коэффициента искажения синусоидальности токов и напряжений при наличии в спектре нечетных, некратных трем гармоник иллюстрирует рис. 3. Конечно, таких сильных отклонений качества электроэнергии от стандартизованного в реальной жизни не встретишь, но результаты исследований показывают, что при выборе счетчиков для нелинейных нагрузок (тяговых подстанций электрифицированного транспорта, дуговых сталеплавильных электропечей, установок электролиза алюминия и т.п.) полезно посмотреть на результаты их предварительных испытаний при работе в условиях пониженного качества электроэнергии.
Сильное влияние на точность счетчиков оказывают магнитные поля промышленной частоты. 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). Согласно условиям испытаний, раздел 5.6.2 «Испытания на воздействие влияющих величин», «магнитная индукция может быть создана путем установления счетчика в центре круглой катушки диаметром D, равным 1 м, прямоугольного поперечного сечения, небольшой радиальной толщиной по сравнению с диаметром и имеющей 400 ампер-витков».
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 в испытаниях [1] было принято решение проверить работу счетчиков в более сильных магнитных полях – до 6 мТл, для чего была использована нестандартная катушка. 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 (более 14%). Очевидно, что энергетикам нужны счетчики первой группы, а не второй, несмотря на то, что последние формально и соответствуют требованиям ГОСТа.

Рис. 1
Зависимость погрешности измерения активной мощности трехфазными счетчиками при изменении коэффициента мощности и наличии 12% нечетных, кратных трем гармоник в спектре напряжений и токов

Рис. 2
Зависимость погрешности счетчиков от несимметрии напряжений и токов при наличии четных, некратных трем гармоник

Рис. 3
Зависимость погрешности счетчиков от коэффициента искажения синусоидальности токов и напряжений при наличии в спектре нечетных, некратных трем гармоник

Дополнительные требованияТребования к телеметрическому передающему устройству счетчика, к транспортировке, хранению и т.д.
При работе счетчика в составе АСКУЭ особое внимание следует обращать на телеметрические передающие устройства счетчика.
Для трехфазных электросчетчиков, используемых в составе АСКУЭ промпредприятий или сетевых компаний, всегда предпочтительнее иметь два независимых цифровых интерфейса, чтобы иметь возможность в дальнейшем использовать один электросчетчик в двух различных по назначению АСКУЭ: коммерческой – для производства денежных расчетов за электроэнергию, и технической (технологической) – для внутреннего хозрасчета и управления технологическими процессами.
Как правило, многие счетчики имеют два цифровых интерфейса, но далеко не всегда они могут работать независимо друг от друга и реализуют свои информационные функции по принципу «или – или». По мнению автора, особенно опасно, когда манипуляции с оптопортом нарушают работу цифрового интерфейса, задействованного в АСКУЭ. Ведь таким образом становится возможным вольно или невольно вносить искажения в данные АСКУЭ: «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» [1].
Для однофазных электросчетчиков, используемых в составе АСКУЭ бытовых потребителей (АСКУЭ БП) и подключенных к ней через импульсный (поверочный) выход, особенно важно, чтобы сумма расчетных данных АСКУЭ совпадала с показаниями счетного механизма (дисплея) счетчика. Опыт фирмы «Континиум» по созданию в РоссииАСКУЭ БП с использованием в их составе различных типов счетчиков показал, что в 90% отечественных счетчиков со временем происходит нарастание расхождения показаний дисплея счетчика и интегрированных данных импульсного выхода, рассчитанного средствами АСКУЭ. Причины такого расхождения исследованы и вполне устранимы. Их корень уходит в желание изготовителей максимально удешевить счетчик за счет некоторых конструктивных упрощений, а также отсутствия соответствующих испытаний при выпуске с завода. Так как телеметрический выход при выпуске с завода-изготовителя используется для поверки и регулировки счетчика кратковременно, то «априори» считается, что он функционирует нормально! Однако при длительной работе в составе АСКУЭ БП он начинает давать расхождения, что для коммерческих АСКУЭ недопустимо. Закупая однофазные счетчики для использования в АСКУЭ БП, потребитель вправе потребовать проведения дополнительных длительных испытаний (не менее чем в течение месяца) и гарантий от производителя, что такого не произойдет.
Для многофункциональных электросчетчиков с цифровыми выходами потребитель вправе потребовать от изготовителя доступа к протоколам информационного обмена и информации о возможности работы данных счетчиков в АСКУЭ, предполагаемых к использованию у потребителя.
Зачастую по ряду объективных и субъективных причин счетчики невозможно установить на границе балансовой принадлежности сетей потребителя и энергоснабжающей организации, как этого требуют нормативные документы, и они устанавливаются по ту или иную сторону от этой границы. Возникает задача точного учета потерь электроэнергии на участке сети от места установки счетчика до границы балансовой принадлежности, чтобы затем уменьшить или увеличить показания счетчика на величину этих потерь. Обычно эти потери учитываются весьма приблизительно, что существенно искажает данные коммерческого учета.
Наиболее рационально учесть потери можно счетчиком с функцией учета потерь в линиях. Этот счетчик точно подсчитает интегральную величину квадрата тока, протекающего через нужный участок, а величину его сопротивления можно определить из паспорта кабельной или воздушной линии и применить при расчете потерь. Полученные данные могут быть переданы в вычислительные средства АСКУЭ, которые и произведут расчет потерь, и учтут их в общем балансе поступления энергии в сеть. Функция определения квадрата тока может быть реализована в многофункциональном счетчике электрической энергии в виде отдельной опции. Следует иметь в виду, что это метрологически оцениваемая функция и требуется поверка счетчика по этому параметру. Сегодня отечественная промышленность предлагает такие счетчики – это счетчики ЦЭ 6850 концерна «Энергомера» и СТС5605, СТС5602 МЗЭП.
МЗЭП модернизировал счетчики серии СТС, дополнив их отдельной опцией подсчета интеграла квадрата тока и функцией подсчета интеграла квадрата напряжения. Последняя позволит подсчитать потери не только в линии 6–10 кВ или в реакторе, но и в силовом трансформаторе, если расчетные приборы учета установлены, например, не на стороне высокого напряжения, где проходит граница балансовой принадлежности, а со стороны низкого напряжения.
Имеет аналогичные счетчики и компания «Эльстер-Метроника». Только в их моделях расчет потерь производится в самом счетчике и он заранее программируется, чтобы затем показывать на дисплее сразу результат в виде итогового значения (за вычетом или с плюсом потерь), что не совсем удобно по целому ряду причин. Аналогичные счетчики имеются и в арсенале компании «Актарис».

• При современной организации тендерных закупок электронных счетчиков в большинстве случаев не учитываются последующие эксплуатационные затраты потребителей счетчиков на поддержание приборного парка в исправном состоянии.
• Контроль качества счетчиков после их внесения в Госреестр оставляет желать лучшего и нуждается в усилении.
• ГОСТы на электронные счетчики не нормируют часть их параметров, важных при их работе в составе АСКУЭ.
• Определение показателей надежности электронных счетчиков изготовителями в настоящее время не выдерживает серьезной критики, а методики испытаний на надежность несовершенны.
• В России нет достоверной статистики отказов счетчиков в условиях эксплуатации и практики проведения рейтинговых испытаний.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

• восстановление и постоянное ведение независимой статистики отказов электронных счетчиков;
• организацию и финансирование регулярных независимых рейтинговых испытаний электронных электросчетчиков через соответствующие Государственные центры испытаний средств измерений (ГЦИ СИ), аккредитованные Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии;
• доведение до широкой технической общественности результатов рейтинговых испытаний ради совершенствования средств учета электроэнергии и исключения недобросовестной конкуренции между производителями.

• требовать от изготовителей декларирования того, что в составе комплектующих счетчика отсутствуют элементы, паспортный срок службы которых меньше, чем МПИ счетчика;
• при внесении счетчиков в Госреестр требовать в обязательном порядке от изготовителя представления расчета надежности счетчика и материалов испытаний его на надежность.

1. Гуртовцев А., Бордаев В., Чижонок В. Электронные счетчики. Доверять или проверять? // Новости ЭлектроТехники. – 2005. – № 1(31), 2(32).
2. Тубинис В.В., Балашов О.В.. Европа принимает общие технические требования к приборам учета топливных энергетических ресурсов // Энергонадзор и энергоэффективность. – 2004. – № 4.