White paper Meetnauwkeurigheid fortop 2013
White paper Meetnauwkeurigheid auteur: Arjan Pit sales manager energy control fortop inhoud 1 Meetcircuit xx 2 Meetnauwkeurigheid meettransformatoren xx 3 Meetnauwkeurigheid meetinstrumenten xx 3.1 Meetnauwkeurigheid algemene elektrische grootheden xx 3.2 Meetnauwkeurigheid van afzonderlijke hogere hamonischen xx 3.3 Meetnauwkeurigheid flickermetingen xx 3.4 Meetnauwkeurigheid energieverbruik xx 4 Meetnauwkeurigheid en comptabele metingen (meetcode & MID) xx 4.1 Meetnauwkeurigheid en meetcode xx 4.2 Meetnauwkeurigheid en onderbemetering xx 5 Normen en referenties xx fortop white paper Meetnauwkeurigheid 2
Geen enkele meting is 100% accuraat, er is altijd sprake van een meetonzekerheid. We proberen echter deze meetfout zo klein mogelijk te houden. De maximale meetfouten zijn vastgelegd in een aantal normen. Met dit artikel proberen we hierin helderheid te verschaffen. 1 Meetcircuit In het onderstaande figuur is een typisch aansluitschema van een energiemeter te zien. Dit schema geeft het totale meetcircuit weer. In dit voorbeeld zijn drie stroomtransformatoren (CT s) toegepast. De meetfouten van deze transformatoren dienen te worden opgeteld bij de meetfout van het meetinstrument. L1 L2 L3 N 4w 3m L1 L2 L3 N L1-3 l1 l2 l3 l1-3 fig. 1 aansluitschema energiemeter Indien spanningstransformatoren (VT s) worden toegepast (bij middenspanningsnetten), moet ook de meetfout van de spanningstransformatoren worden opgeteld bij de fout van de energiemeter. Bij een driefasenmeting met symmetrische belasting geldt de volgende formule: Totale meetfout = meetfout meetinstrument + meetfout CT + meetfout VT fortop white paper Meetnauwkeurigheid 3
2 Meetnauwkeurigheid meettransformatoren De klassenauwkeurigheid van de stroomtransformatoren is vastgelegd in de norm IEC60044-1. Bij de meetfout van de stroomtransformatoren onderscheiden we de volgende meetfouten: meetfouten stroomtransformatoren Overzetfout Het procentuele verschil tussen de ingaande stroomvector (I1) en uitgaande stroomvector (I2) dan men op basis van de overzethouding mag verwachten Hoekfout De hoekverdraaiing tussen de ingaande (I1) en uitgaande stroomvector (I2) aangeduid in minuten. 1 graad ( ) hoekverdraaiing komt overeen met 60 minuten ( ). Figuur 2 maakt duidelijk wat de extra meetfout is op de totale meetfout ten gevolge van de stroomtransformatoren. U overzetfout l1 hoekfout l1 = schijnbare stroom l2 = blindvermogen α = schijnbaar vermogen I2 = l1 x (1 + F0/100) (A) P1 = U x l1 x cosφ (W) P2 = U x l2 x cos(φ + α) (W) φ l2 F0 Extra meetfout in vermogenmeting: = 1 - (P2/P1) = 1 - (1 + F0/100) x cos (φ + α) / cos(φ) fig. 2 de extra meetfout in vermogenmeting De onderstaande tabel is afgeleid van de IEC60044-1. We zien hier de overzetfout en de hoekfout als functie van de primaire stroom. De aangegeven fouten gelden bij de actuele meetwaarden en indien de stroomtransformator is belast met een vermogen tussen de 25% en 100% van de op het typeplaatje vermelde waarde. IIEC60044-1 Overzetfout (%) Hoekfout (min) Klasse 0,01ln 0,05ln 0,2ln 1 & 1,2ln 3 - - - 3* - - - - 1-3 1,5 1,5-180 90 60 0,5-1,5 0,75 0,5-90 45 30 0,5 (S) 1,5 0,75 0,5 0,5 90 45 30 30 0,2 (S) 0,75 0,35 0,2 0,2 30 15 10 10 fortop white paper Meetnauwkeurigheid 4
Met behulp van het vectordiagram en de tabel is precies te bepalen bij welke fasehoek van de belasting (cos-phi, en de primaire stroom (In), de invloed van een type stroomtransformator op de totaalmeting is. Voor een klasse 0,5 transformator is dat in het volgende figuur aangegeven. 7,00% Additionele meetfout CT-klasse 0,5 IEC60044-1 6,00% 5,00% 4,00% Additionele fout [%] 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% 0 20 40 60 80 100 120 140 cos-phi 0,87 cos-phi 0,7 Primaire stroom [% In] cos-phi 0,5 fig. 3 De additionele meetfout CT-klasse We zien in figuur 3 dat voor meettransformatoren klasse 3 geen hoekfout is vastgelegd. Dat betekent dat deze transformatoren niet geschikt zijn voor energiemetingen, omdat de fasehoek in de berekening ervan essentiëel is. De klassenauwkeurigheid van spanningstransformatoren is vastgelegd in de IEC60044-2. Conclusie De meettransformatoren hebben een significante invloed op nauwkeurigheid van de totaalmeting. Deze fout wordt groter naarmate de belasting inductiever wordt (φ of de primaire stroom lager wordt. Daarom is het noodzakelijk het type stroomtransformator juist te selecteren. 3 Meetnauwkeurigheid meetinstrumenten 3.1 Meetnauwkeurigheid algemene elektrische grootheden De maximale meetfout van de afzonderlijke elektrische grootheden worden gemeten volgens de IEC61557-12. Hierin is de definitie van de maximale meetfouten voor elektronische meetapparatuur vastgelegd. Indien vermeld staat klasse 0,2 volgens IEC61557-12, betekent het dat de maximale meetfout onder referentie condities 0,2% van de gemeten waarde bedraagt. 3.2 Meetnauwkeurigheid van afzonderlijke hogere hamonischen De meetinstrumenten van Janitza onderscheiden zich van de concurrentie door het feit dat bij alle meetinstrumenten de afzonderlijke hogere harmonischen worden gemeten voor zowel de spanning als stroom per fase. Hiermee is het mogelijk te beoordelen of aangesloten elektronische apparatuur aan de emmissie-eisen voldoen en kan het schijnbaar vermogen (VA) met een hogere meetnauwkeurigheid worden vastgesteld. Omdat de IEC61557-12 geen eisen stelt omtrent de meetnauwkeurigheid van de afzonderlijke harmonischen, wordt hiervoor de IEC61000-4-7 toegepast. fortop white paper Meetnauwkeurigheid 5
3.3 Meetnauwkeurigheid flickermetingen Zeer korte spanningsvariaties kunnen met name voor verlichting storend zijn. Dit ervaren gebruikers als fllikkeren van het licht. Daarom worden binnen de spanningskwaliteitsnorm eisen gesteld aan het maximale niveau ervan. Het bepalen van dit niveau gebeurt met het flickeralgorithme. De meetmethodiek is vastgelegd in de IEC61000-4-15. 3.4 Meetnauwkeurigheid energieverbruik Voor het meten van elektrische energie wordt ook wel de IEC62053-22 (kwh) en de IEC62053-23 (kvarh) toegepast. Deze normen zijn specifiek gericht op elektronische kwhmeters en kvarh-meter. Bovendien beschrijft deze norm extra hoge nauwkeurigheden in het lage stroombereik (klasse 0,5S en 0,2S). IEC62053-22 Totale meetfout (%) bij gemeten waarde cos-phi = 1 0,8 cap. < cos-phi > 0,5 ind. Klasse 0,01ln 0,05ln 1ln 0,02ln 0,1ln 1ln 0,5 (S) 1 0,5 0,5 1 0,6 0,6 0,2 (S) 0,4 0,2 0,2 0,5 0,3 0,3 4 Meetnauwkeurigheid en comptabele metingen (meetcode & MID) 4.1 Meetnauwkeurigheid en meetcode Comptabele metingen zijn verbruiksmetingen waarop mag worden afgerekend, met andere woorden: een toegelaten meetbedrijf mag de meetgegevens die van dergelijke metingen komen gebruiken voor financiële verrekening. Comptabele meetinrichtingen dienen aan de meetcode te voldoen. Het meetbedrijf is verantwoordelijk voor de opname van de meterstanden van uw elektriciteitsmeter en/of gasmeter en geeft deze door aan uw netbeheerder. Meetbedrijven verkopen, verhuren en reparen vaak ook verschillende meters. Het meetbedrijf is eigenaar van uw gas- en/of elektriciteitsmeter. Alleen een gecertificeerd meetbedrijf mag de meterstanden opnemen en reparaties van uw meter uitvoeren. TenneT, de landelijke beheerder van het hoogspanningsnetwerk verzorgt de certificering. In tegenstelling tot in veel andere landen bewegen de meetbedrijven zich op de vrije markt en zijn geen onderdeel van de gereguleerde netbeheerder. De meetcode bevat voorwaarden voor het ontwerpen en beheren van meetinrichtingen. Voor meetinrichtingen voor het meten van elektrische energie betekent dit dat hier staat beschreven aan welke eisen de meettransformatoren en meetinstrumenten moeten voldoen t.a.v. nauwkeurigheid en uitvoeringsvorm. De energiemeters en stroomtransformatoren moeten verzegelbaar zijn en de meetinstrumenten moeten voorzien zijn van unieke serienummers waarmee het mogelijk is de meetnauwkeurigheid te herleiden. De meetcode op Europees niveau heet het MID (Measurement Instrument Directive) en beschrijft de eisen op Europees niveau. Het heeft als doel één Europese markt voor comptabele meetmiddelen te creëren. fortop white paper Meetnauwkeurigheid 6
4.2 Meetnauwkeurigheid en onderbemetering Na de aansluiting van uw netbeheerder is het elektriciteitsnet uw eigendom. Dit wordt ook wel het vrije domein genoemd. Indien u energie wilt meten in dit zogenaamde vrije domein, bent u niet verplicht meetmiddelen toe te passen die aan de meetcode voldoen. Hierdoor heeft u de mogelijkheid uw eigen meetapparatuur te selecteren. Onderbemetering Compatable meting Meetnauwkeurigheid en meetcode staan los van elkaar. Zo kan een energiemeter die niet is toegelaten als meetmiddel, veel nauwkeuriger zijn dan een toegelaten meetmiddel. fig. 5 Energiemeter met klasse 0,5S voor werkelijk verbruik (kwh) In het vrije domein is het zinvol die meters aan te schaffen waarmee het mogelijk is werkelijk kosten te besparen. Deze besparingen kunnen bestaan uit: - In kaart brengen en beperken van hogere harmonischen - In kaart brengen en beperken van het opgewekte blindvermogen - Het creëren van nette, symmetrische belasting - Het voorkomen van afname pieken in het energieverbruik fortop white paper Meetnauwkeurigheid 7
5 Normen en referenties Normen ten aanzien van kwh meters IEC62053-11 is van toepassing op elektromechnische kwh-meters met de nauwkeurigheidsklassen 0,5, 1 en 2, voor de meting van het werkelijk verbruik in 50- en 60Hz netwerken. Het beschrijft de algemene eisen en de testprocedures. IEC62053-21 is alleen van toepassing op statische (elektronische) kwh-meters met de nauwkeurigheidsklassen 1 en 2, voor de meting van werkelijk verbruik in 50- en 60Hz netwerken. Het beschrijft de algemene eisen en de testprocedures. IEC62053-22 is alleen van toepassing op statische (elektronische) kwh-meters met de nauwkeurigheidsklassen 0,2S en 0,5S, voor de meting van het werkelijk verbruik in 50- en 60Hz netwerken. Het beschrijft de algemene eisen en de testprocedures. IEC62053-23 is van toepassing op statische (elektronische) kvarh-meters met de naukeurigheidsklassen 2 en 3, voor de meting van het blindvermogen in 50- en 60Hz netwerken. Om praktische redenen is deze norm gebaseerd op de conventionele definitie van blindvermogen voor zuiver sinusvormige stromen en spanningen die alleen de 50Hz component bevatten. Normen ten aanzien van power analysers IEC61557-12 IEC61000-4-30 specificeert de eisen voor meetinstrumenten (power analysers) in laagspanningsnetten tot 1000Vac en 1500Vdc. De norm dient te worden gebruikt in samenhang met de IEC61557-1 die de algemene eisen beschrijft voor meetinstrumenten. De gespecificeerde meetonzekerheden ten aanzien van werkelijk verbruik (kwh) en blindverbruik (kvah) zijn afgeleid van de IEC62053 reeks. specificeert hoe de diverse power quality aspecten dienen te worden gemeten. Het geeft geen grenswaarden hiervoor aan maar beschrijft de meetintervallen, nauwkeurigheid, flagging en hoe dips en overspanningen te meten. Er wordt wel onderscheid gemaakt tussen klasse A, B en S instrumenten. IEC61000-4-7 algemene leidraad voor meetinstrumenten ten aanzien van het meten van harmonischen en de individuele harmonischen in energienetten en aangesloten toestellen. Neem voor meer informatie vrijblijvend contact met ons op: 038 337 2700 of info@4top.nl. fortop white paper Meetnauwkeurigheid 8
fortop 2013