Щедрые старички

Старые электронные счётчики электроэнергии занижают свои показания при малой импульсной нагрузке
21.02.2019
Иван Рогожкин

Сегодня население нашей страны массово переходит на светодиодные лампы, благо они стали вполне доступными по цене и продаются почти во всех хозяйственных магазинах. При этом многие граждане до сих пор эксплуатируют старые электрические счётчики, разработанные десять, двадцать и более лет назад, когда ещё повсеместно использовались лампы накаливания. И мы задались вопросом: «Как старые счётчики определяют потребление новых ламп, которые имеют в пять  - десять раз меньшую номинальную мощность и при этом создают импульсную нагрузку?»

Вопрос не праздный, поскольку счётчики, произведённые на рубеже веков и ранее, были сертифицированы под стандарты того времени, когда светодиодных ламп практически не было, а бытовые энергосберегающие люминесцентные лампы ещё только появлялись. Отметим также, что, по зарубежным данным, умные счётчики электроэнергии могут сильно завышать свои показания при работе с импульсной нагрузкой (см. «Энерговектор», № 4/2017, с. 15).

Откуда импульсы

Внутри светодиодных и бытовых энергосберегающих люминесцентных ламп имеются импульсные преобразователи напряжения, работающие на частотах в десятки и сотни килогерц. Однако в электрическую сеть эти частоты практически не попадают, поскольку на входе преобразователей применяются мостовые выпрямители и сглаживающие конденсаторы.

В электрической сети подобные лампы создают острые токовые импульсы (см. рис. 1), повторяющиеся 100 раз в секунду. Импульсы возникают в моменты, когда открываются диоды мостового выпрямителя и сглаживающий конденсатор подзаряжается от сети. По идее, для устранения этих импульсов разработчикам ламп следовало бы применить фильтры, однако в цоколе лампы для этого просто нет места.

Для правильного измерения потребляемой активной мощности счётчик должен интегрировать произведение напряжения и тока. Старый добрый электромеханический прибор учёта справляется с этой задачей, усредняя пики благодаря механической инерции вращающегося диска. В цифровом счётчике применяется специализированная микросхема (например, отечественная КР1095ПП1), которая вычисляет мгновенную активную мощность и преобразует её в частоту импульсов, которые затем подаются на микроконтроллер или механическое отсчётное устройство.

Аналого-цифровой «зоопарк»

Для экспериментов мы взяли старый венгерский электромеханический счётчик GANZ Shlumberger, ранее не бывший в использовании: попавший к нам образец пролежал на складах с момента его выпуска в 1992 г. Следующий учётный прибор - тоже не бывший в употреблении счётчик «Меркурий» 231 АТ-01 I, выпущенный в 2010 г. Это трёхфазная электронная модель (мы задействовали лишь одну фазу) производства московской компании «Инкотекс», интересная своей способностью измерять и выводить на ЖК-экран целый ряд параметров, включая cos φ, активную и реактивную мощности. Третий счётчик - электронный «Элакс» ЭСчТМ201 (произведён в подмосковном Зеленограде в 2002 г.) - отработал полтора десятка лет в московской квартире. Четвёртый прибор для изучения - тоже электронный и тоже бывший в употреблении. Это «Микрон» СЭО-1.15.402 выпуска 2008 г., произведённый Нижегородским научно-производственным объединением им. М. В. Фрунзе. Как видите, здесь у нас целый «зоопарк» (см. рис. 2).

Консенсус есть

Для начала мы убедились в том, что все перечисленные счётчики между собой согласованы. Последовательно подключали электромеханический и электронный счётчики и активную нагрузку в виде 60-ваттной лампы накаливания. Проведя три эксперимента, мы удостоверились, что на активной нагрузке все четыре прибора дают практически одинаковые показания - в пределах паспортных погрешностей.

Почему мы подключали электронные приборы учёта после электромеханического, а не наоборот? Чтобы по возможности уменьшить погрешности измерений. Во-первых, электронные счётчики более экономичны. Во-вторых, они худо-бедно, но измеряют собственное потребление. Это можно понять по поведению светодиодного индикатора на холостом ходу: светодиод мигает раз в несколько минут. Электромеханический же счётчик без нагрузки тихонько гудит (читай: тратит энергию), но диск не крутит.

Снисходительные товарищи

После этого мы меняли нагрузки, подключая энергосберегающую люминесцентную лампу паспортной мощностью 13 Вт, обычную светодиодную лампу (8 Вт) и светодиодную филаментную лампу (10 Вт). Все эти лампы по световому потоку примерно эквивалентны 60-ваттной лампе накаливания. И что же мы получили?

«Меркурий» явно недооценивал потребление современных ламп. По отношению к венгерскому электромеханическому счётчику он занизил потребление люминесцентной лампы на 26%, светодиодной - на 22%, светодиодной филаментной - на 25,5%. Как выяснилось, в случае «Меркурия» можно было даже не дожидаться, пока счётчик «накрутит» несколько цифр. Например, этот прибор сразу показал на своём ЖК-индикаторе, что активная мощность 10-ваттной филаментной лампы равна 6,95 Вт (минус 30,5%), при этом её полную мощность он оценил в 13,74 ВА, а cos φ - в 0,51.

Счётчик «Элакс» оказался ещё более «милостивым». Потребление люминесцентной лампы он занизил (относительно дискового счётчика) на 31%, светодиодной - на 38%, филаментной - на 36%. Когда мы попробовали подключить сразу две лампы (обе светодиодные), ошибка резко сократилась до -18%. В таком режиме прибор «прощал» потребителю уже не каждый третий, а только каждый пятый потраченный киловатт-час.

Прибор учёта марки «Микрон» в целом ошибался меньше. Например, с одной светодиодной лампой он занижал показания на 23%, а с двумя - всего на 5%.

От погрешности до греха

Конечно же, вопиющие ошибки цифровых счётчиков в наших экспериментах связаны с тем, что приборы учёта работали вблизи порогов своей чувствительности, то есть в режимах, в которых паспортная точность не гарантируется. Для модели «Элакс» в документации указан порог 5,5 Вт, а для моделей «Меркурий» и «Микрон» - 20 мА (то есть 4,4 Вт активной мощности). Однако, повторимся, бытовые потребители сегодня массово переходят на экономичные лампы и оттого квартирные счётчики электроэнергии всё чаще работают в режимах с ненормированными погрешностями.

Далее мы измерили энергопотребление рабочего места, включающего настольный компьютер (системный блок плюс монитор) и офисную люминесцентную настольную лампу. Компьютер был переведён в режим «Постоянно включён», все средства энергосбережения в операционной системе были выключены. Перечисленное оборудование потребляло активную мощность порядка 100 Вт.

В этом случае существенных расхождений в показаниях электромеханического и электронных приборов учёта не было, если не считать ошибки «Меркурия» в плюс на 4%. Стоит отметить, что мы использовали старый добрый компьютер Compaq DC7700 SFF, у которого в блоке питания имеются увесистые низкочастотные дроссели. Эти дроссели фильтруют сетевые помехи и, вероятно, выправляют cos φ, так что вопрос о влиянии мощной импульсной нагрузки на электронные счётчики остаётся открытым. Мы надеемся прояснить его в одном из ближайших выпусков нашей газеты, заодно протестировав несколько новых приборов учёта.

* * *

Таким образом, рачительный домохозяин, оставляющий на ночь включёнными лишь одну-две светодиодные лампы, со старыми электронными счётчиками получает дополнительный выигрыш. Бережливый экономит дважды?

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы