Испытания электронных счётчиков электроэнергии.
    В условиях серийного производства счетчики подвергаются, как правило, только выходным метрологическим и функциональным испытаниям в нормальных условиях эксплуатации (при отсутствии действия влияющих факторов, т.е. величин, способных оказать влияние на рабочие характеристики счетчика). Считается, что при строгом выполнении указанной системы испытаний гарантируется должное качество счетчиков, соответствующее стандартам и техническим условиям производителя.
Однако практика порождает сомнения в эффективности существующей системы испытаний в условиях развивающегося конкурентного рынка электронных электросчетчиков и действия на этом рынке предприятий различной формы собственности с разными финансовыми возможностями. Часто желание производителя быстрее и в большем объеме завоевать рыночную нишу или выиграть крупный тендер не подкрепляется должным качеством его продукции.

Программа проведенных испытаний.

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 ваттметр-счетчик эталонный, программируемый источник фиктивной мощности, 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;
• 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.

При климатических испытаниях определялась основная погрешность измерения активной и реактивной энергии при воздействии температуры, соответствующей рабочим условиям: повышенной (55°С) и пониженной (–20°С).
В испытаниях на электромагнитную совместимость проверялась невосприимчивость счетчиков к электростатическим разрядам.
Помимо вышеуказанных испытаний, проводился анализ конструкции и функциональных характеристик счетчиков, а также осуществлялась проверка обмена информацией между счетчиком и компьютером через оптический порт и цифровой интерфейс, включая проверку диапазона скоростей обмена, наличия недокументированных команд и других функций.

                   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.. 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 счетчиков. На испытания были представлены 15 типов 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).
• ООО «Матрица» Россия, Московская область, г. Железнодорожный.
• НПК "Инкотекс-СК" (г. Москва, Россия)
  
  

Ниже приводятся краткие результаты испытаний по счетчикам отдельных производителей.

Счетчики ФГУП «Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе»
Испытаны три образца счетчика СЭТ. Испытания для счетчика показали, что он не соответствует требованиям ГОСТ 30206-94: основная погрешность выше нормы при однофазных токовых нагрузках и симметрии напряжений (погрешность выше допустимой в 1,5–1,65 раза), а также при наличии постоянной составляющей в цепи переменного тока (погрешность выше допустимой в 4 и более раз).
Испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам привели к несамовосстанавливаемым сбоям всех 9 образцов счетчиков при разряде на кнопки переключения режимов на лицевой панели счетчика. Для восстановления работы счетчиков потребовалось вмешательство оператора с перезапуском счетчиков по питанию (критерий качества функционирования С). Один образец счетчика вышел из строя.
Заметим, что факт несанкционированной замены одного типа комплектующих другим типом привел к существенным нарушениям качества работы счетчика. Такая подмена могла 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 проводит изготовитель. Поэтому при закупке больших партий счетчиков потребителю целесообразно самому проводить выборочный входной контроль изделий, не полагаясь на гарантии и имя изготовителя.
Анализ внутренней конструкции счетчиков выявил наличие недостатков, снижающих надежность счетчиков: пайка проводов в печатную плату без их предварительного механического крепления к плате и установка микросхем на контактную колодку.
Анализ функциональных возможностей счетчиков показал, что:

·  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);

·  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);

·  не предусмотрен выход метрологического контроля хода часов счетчика.

Следует заметить, что приведенные замечания по функциональным особенностям счетчиков характерны и для всех других типов счетчиков различных производителей, за исключением счетчика «Гран-Электро СС-301» (для счетчиков действуют только первые два замечания). Поэтому они не будут детально выделяться для рассматриваемых ниже типов счетчиков.

Счетчики концерна «Энергомера»
Испытаны три образца счетчика.
Испытания на метрологические характеристики, включая воздействие влияющих величин, а также климатические испытания показали, что все образцы соответствует требованиям ГОСТ 30206-94.
Испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам (разряды на лицевую панель счетчика в щель между шторкой и корпусом или металлическую пластину оптопорта) привели к отказам образцов счетчиков: все счетчики, за исключением одного, вышли из строя, а в одном произошел сбой индикации и функционирования, причем после перезапуска счетчика по питанию на его табло появилась надпись «Потеря информации» (критерий качества функционирования D). По причине выхода из строя счетчики не проходили дальнейшие испытания.
Анализ конструкции счетчиков выявил наличие недостатков, снижающих их надежность: низкое качество пайки, отсутствие влагозащитного покрытия печатной платы, отсутствие гальванического покрытия контактов клеммной колодки, наличие подстроечных элементов во входных цепях. Испытания на прямое воздействие воздушного электростатического разряда все образцы счетчиков с измененной конструкцией выдержали.

Счетчики ООО «Телекарт-Прибор»
Испытания на метрологические характеристики, включая воздействие влияющих величин, показали, что:

·  счетчики  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%);

·  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%). .
Первые два типа счетчиков успешно прошли испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам – разряды приводили к кратковременным сбоям индикации с последующим самовосстановлением (критерий качества функционирования В).
Анализ конструкции счетчиков выявил отсутствие гальванического покрытия контактов клеммной колодки.. Были проведены совместные испытания, на которых проверялись как прежние образцы, так и два новых образца счетчиков. Повторные испытания проводились только в объеме влияющих величин, вызвавших недопустимое увеличение погрешности счетчиков. Повторные испытания на воздействие магнитного поля индукции от 0,5 до 6 мТл при нагрузке 0,1 I_ном показали, что погрешность возрастает, в зависимости от образца, в пределах от 0,4 до 14,3%. Знак погрешности зависит от направления вектора магнитной индукции. Таким образом, было установлено, что счетчики подвержены влиянию магнитного поля промышленной частоты при воздействии магнитной индукции величиной выше 0,5 мТл.
Испытания изоляционных свойств счетчика класса 1.0 напряжением переменного тока 4 кВ (п. 5.4.6.3 ГОСТ 30207-94) выявили, в отличие от аналогичных счетчиков других изготовителей, его несоответствие стандарту – пробой наступает при напряжении менее 3 кВ.

Счетчики ЗАО «Elgama-Elektronika»
Испытаны счетчики EPQM .
Испытания на метрологические характеристики, включая воздействие влияющих величин, показали, что:

·  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%;

·  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.

Повторные испытания на воздействие магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл при нагрузке 0,1 I_ном показали, что погрешность возрастает в пределах от 0,9 до 8,2%. Таким образом, было установлено, что счетчики подвержены влиянию магнитного поля промышленной частоты при воздействии магнитной индукции величиной выше 0,5 мТл.

Счетчик НПОО «Гран-система-С»
Испытаны три образца счетчика «Гран-Электро СС-301».
Испытания на метрологические характеристики, включая воздействие влияющих величин, а также граничных значений рабочего диапазона температуры, показали, что счетчик соответствует требованиям ГОСТ 30206-94.
Счетчики выдержали испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам (воздействие приводило к кратковременному сбою индикации – критерий качества функционирования В), а также другие проверки.
Анализ конструкции счетчиков не выявил наличия элементов, снижающих его надежность. Анализ функциональных возможностей счетчика показал, что: а) одновременная работа со счетчиком по оптическому порту и интерфейсу RS-485 возможна, б) по тарифным зонам допускается их перекрытие, в) предусмотрен выход метрологического контроля хода часов счетчика.

Счетчики СПООО «Эльстер Метроника»
Испытаны счетчики «ЕвроАльфа» Испытания на метрологические характеристики, включая воздействие влияющих величин, а также граничных значений рабочего диапазона температуры, показали, что:

·  счетчики «ЕвроАльфа», АЛЬФА ПЛЮС и А1200 10R4T соответствуют требованиям ГОСТ 30206-94;

·  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%;

·  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%.

Таким образом, указанные счетчики подвержены влиянию магнитного поля промышленной частоты при воздействии магнитной индукции величиной выше 0,5 мТл.
Счетчики выдержали испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам (воздействие приводило к кратковременному сбою индикации – критерий качества функционирования В), а также другие проверки.
Анализ конструкции счетчиков не производился из-за запрета поставщика на их вскрытие.

Счётчики ООО «Матрица»:

счетчик NP71L 1-1-3 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%;

·  счетчик NP523 соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –2,75 до –19,3%.

Указанные счетчики подвержены влиянию магнитного поля промышленной частоты при воздействии магнитной индукции величиной выше 0,5 мТл.
Счетчики выдержали испытания на невосприимчивость к воздушным электростатическим разрядам (воздействие приводило к кратковременному сбою индикации – критерий качества функционирования В), а также другие проверки. 

Счётчики НПК "Инкотекс-СК":

Счётчик Меркурий 230АМ соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –0,42 до –13,9%;

Счётчик Меркурий 200 соответствует требованиям ГОСТ 30206-94, но при воздействии магнитного поля промышленной частоты с магнитной индукцией от 0,5 до 6 мТл погрешность возрастает от –2,15 до –17,7%.

Указанные счетчики подвержены влиянию магнитного поля промышленной частоты при воздействии магнитной индукции величиной выше 0,5 мТл.

Выводы:

·  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.

·  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.

·  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.

·  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.

·  В большинстве счетчиков не предусмотрен испытательный выход для метрологического контроля хода встроенных часов, что не позволяет оценить достоверность заявляемой изготовителем точности их хода.

·  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.).

·  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.