Whitepaper-Meetnauwkeurigheid

forTop – meetnauwkeurigheid elektrische energie

Inleiding ?

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 gericht op de praktijk proberen we hierin helderheid te verschaffen.

Meetcircuit

In het onderstaande figuur is een typisch aansluitschema te zien van een energiemeter. Dit schema geeft het totale meetcircuit weer. In dit voorbeeld zijn 3 stroomtransformatoren (CT's) toegepast. De meetfouten van deze transformatoren dienen te worden opgeteld bij de meetfout van het meetinstrument.

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

Meetnauwkeurigheid meettransformatoren

De klasse nauwkeurigheid van de stroomtransformatoren is vastgelegd in de IEC60044-1. Bij de meetfout van de stroomtransformatoren onderscheiden we de volgende meetfouten

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 (°°).

In het onderstaande figuur is duidelijk gemaakt wat de extra meetfout is op de totale meetfout ten gevolgde van de stroomtransformatoren.

De onderstaande tabel is afgeleid van de IEC60044-1. We zien hier de overzetfout en de hoekfout staan als functie van de primaire stroom. De aangegeven fouten gelden bij de actuele meetwaarden en indien de stroomtransformator is belast met een vermogen die ligt tussen de 25% en 100% van de waarde vermeld op het typeplaatje.

Met behulp van het vectordiagram en de tabel is precies te bepalen bij welke fasehoek van de belasting (cosφ, en de primaire stroom (In), de invloed van een type stroomtransformator op de totaalmeting is. Voor een klasse 0,5 transformator is dat in de onderstaande figuur aangegeven.

We zien in de tabel dat voor meettransformatoren klasse 3 geen hoekfout is vastgelegd. Dat betekend dat deze transformatoren niet geschikt zijn voor energiemetingen, omdat de fasehoek in de berekening ervan essentieel is.

De klasse nauwkeurigheid van spanningstransformatoren is vastgelegd in de IEC60044-2. De transformatoren

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. 

Meetnauwkeurigheid meetinstrumenten

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, betekend het dat de maximale meetfout onder referentie condities 0,2% van de gemeten waarde bedraagt.

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 electronische 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.

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 nivo ervan. Het bepalen van dit nivo gebeurd met het flickeralgorithme. De meetmethodiek is vastgelegd in de IEC61000-4-15.

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 electronische kWh-meters en kVarh-meter. Bovendien beschrijft deze norm extra hoge nauwkeurigheden in het lage stroombereik (klasse 0,5S en 0,2S).

Meetnauwkeurigheid en comptabele metingen (meetcode & MID)

Meetnauwkeurigheid en meetcode

Comptabele metingen zijn verbruiksmetingen waarop mag worden afgerekend, m.a.w. 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 betekend dit dat hier staat beschreven aan welke eisen de meettransformatoren en meetinstrumenten moeten voldoen t.a.v. nauwkeurigheid en uitvoeringsvorm. Zo betekend dit bijvoorbeeld dat de energiemeters en stroomtransformatoren verzegelbaar moeten zijn en dat de meetinstrumenten moeten voorzien zijn unieke serienummers waarmee het mogelijkheid de meetnauwkeurigheid te herleiden. De meetcode op Europees nivo heet het MID (Measurement Instrument Directive) en beschrijft de eisen op Europees nivo. Het heeft als doel 1 Europese markt voor comptabele meetmiddelen te creeren.

Meetnauwkeurigheid en onderbemetering

Na de aansluiting van uw netbeheerder is het elektriciteits net 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.

Meetnauwkeurigheid en meetcode staan los van elkaar. Zo kan een energiemeter die niet is toegelaten als meetmiddel veel nauwkeurig zijn dan een toegelaten meetmiddel.

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

Normen en referenties

Normen ten aanzien van kWh meters

IEC62053-11 is van toepassing op electromechnische 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 (electronische) 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 (electronische) 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 (electronische) 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 specificeert de eisen voor meetinstrumenten (power analysers) in laagspanningsnetten tot 1000Vac en 1500Vdc. De norm dienst 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.

IEC61000-4-30 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.

Heeft u naar aanleiding van dit artikel vragen of opmerkingen, neem dan gerust contact met ons op. Wij adviseren u graag rondom uw vraagstukken over energie- en energiebeheer.