Глава 5. Методы и приборы учета расхода электроэнергии
5.1. Общие положения [12]
Достоверность информации об энергопотреблении зависит от точности определения фактического расхода топливно-энергетического ресурсов, которое осуществляется, в общем случае, комбинацией измерения, оценки и расчета.
Требования к методам и точности учета устанавливаются правилами учета топлива и энергии. Стандартная погрешность систем учета при определении расхода энергоресурсов не должна превышать 2,5 %, тепловой энергии – 4 % и электрической энергии – 2 % (для расходов, соответствующих номинальным характеристикам измерительных устройств).
Чтобы оценить надежность применяемых на предприятии методов учета необходимо определить погрешность каждой стадии учетного процесса, выявить действие факторов, способных привести к искажениям в учете.
К основным составляющим погрешностей измерений энергоносителя относятся:
1. погрешность измерений в нормальных условиях работы измерительного комплекса, определяемые классами точности приборов;
2. дополнительные погрешности измерений в реальных условиях эксплуатации измерительного комплекса;
3. систематические погрешности, обусловленные сверхнормативными сроками службы измерительного комплекса;
4. погрешности, связанные с неправильными схемами подключения или неправильной конструкцией измерительного комплекса;
5. погрешности, обусловленные неисправными приборами учета;
6. погрешности снятия показаний со счетчиком энергии вследствие:
• ошибок или умышленных искажений записей показаний;
• неодновременности или невыполнения установленных сроков снятия показаний счетчиков, нарушения графиков обхода счетчиков;
• ошибок в определении коэффициентов пересчета показаний счетчиков.
Опыт проверок показывает, что состояние с системами учета энергоресурсов, как правило, весьма далеко от благополучного. Это особенно очевидно на примере учета электроэнергии – наиболее развитой области учета.
Основная проблема – недоукомплектованность энергообъектов средствами учета – современными измерительными трансформаторами тока и напряжения (ТТ и ТН), а также счетчиками электроэнергии.
Вторая по важности проблема – существенное влияние систематических погрешностей средств учета, входящих в состав измерительных комплексов, в том числе измерительных каналов АСКУЭ (ТТ, ТН, счетчики).
По данным Ростехнадзора 95 % счетчиков электроэнергии работают без замены по 20-30 лет. Более 80 % электросчетчиков от общего числа поверенных подлежат замене и не соответствуют ГОСТ 6570-96 по погрешности измерений. При этом 51 % электросчетчиков имеют в среднем отрицательную погрешность минус 13 %.
Систематические погрешности со знаком «минус» могут возникать в следующих случаях:
- из-за физического износа;
- из-за перегрузки вторичных цепей ТТ и ТН;
- из-за смещения рабочей точки ТТ и счетчиком в область малых токов;
- из-за потери напряжения в линиях соединения счетчиков с ТН;
- из-за неравномерности нагрузки ТТ и ТН по фазам;
- из-за температурной погрешности счетчиков;
- из-за влияния на счетчики постоянного или переменного магнитных и высокочастотного электромагнитных полей
К систематическим погрешностям со знаком «плюс» может приводить недогрузка ТН.
В общем случае при анализе систем энергетического учета и расчетов за поставленные ТЭР могут быть вскрыты шесть составляющих экономического резерва:
1. договорная составляющая, связанная с расчетами за энергоресурсы не по фактическим значениям потребления, а по договорным, как правило, завышенным;
2. тарифная составляющая, связанная с расчетами за энергоресурсы не по самому выгодному тарифу;
3. режимно-тарифная составляющая, связанная с возможностью изменениям режимов работы оборудования по времени;
4. проектно-техническая составляющая, связанная с нарушением метрологических характеристик узлов учета из-за ошибок в проекте или его исполнении;
5. эксплуатационно-техническая составляющая, связанная с нарушением метрологических характеристик узлов учета по техническим причинам в процессе эксплуатации;
6. субъективная составляющая, связанная с искажением порядка и показателей учета из-за «человеческого» фактора.
Учет энергоресурсов обычно разделяют на два вида:
1. Коммерческий (расчетный) учетэнергоресурсов, применяемый в расчетах по договорам энергоснабжения и охватывающий, как правило, все энергетические потоки объекта, связанные с договорными отношениями;
2. Технический учетэнергоресурсов, применяемый при внутреннем контроле энергопотребления отдельных объектов для составления энергобаланса и расчета удельных энергозатрат на единицу продукции.
Изучение системы учета энергоресурсов целесообразно начать с ознакомления со схемами энергоснабжения и распределения энергоносителей. На этих схемам необходимо отметить места расположения узлов (точек) учета и выяснить, существуют ли энергетические потоки, неохваченные системой учета.
Далее анализируются:
- топология (неизменные признаки) каждой системы учета;
- схемы и технические характеристики каждого узла учета;
- применяемые средства обработки и передачи учетной информации;
- распределение присоединенной мощности по точкам учета;
- список абонентов, согласованные нагрузки и системы расчетов за энергоресурсы с каждым из них;
- ежемесячные показания счетчиков энергоресурсов за год.
Необходимо оценить состояние и организацию работ по расчету, анализу показателей энергопотребления, выявлению перерасходов ТЭР и своевременному их устранению. Здесь же оценивается степень применения средств автоматизации коммерческого и технического учета, а также расчетных методов (компьютерных программ, устройств обработки диаграмм регистрирующих приборов).
Правила организации коммерческого учета утверждаются уполномоченными органами государственной власти.
Все средства измерения, применяемые в системе учета и контроля энергопотоков, должны иметь действующие свидетельства госповерки. Их технические характеристики должны соответствовать паспорту на соответствующий узел учета.
Необходимо удостовериться в надлежащем уровне технического обслуживания КИП и порядке учета погрешностей измерений, а также наличии подготовленного персонала, методик и инструкций.
Кроме того, следует обратить внимание на правильность применения расчетных моментов, с помощью которых определяются энергетические потери и расходы ТЭР, в случаях отсутствия, неработоспособности или функциональной неполноты приборов учета.
5.2. Методы измерений потребления энергоресурсов [12]
Все объекты энергоаудиторской проверки должны быть оснащены штатным контрольно-измерительным оборудованием. При его отсутствии или сомнениям в работоспособности приходится использовать разнообразные инструментальные средства энергоаудита. Эти средства измерения в отличие от стационарных называют временными (переносными).
Предпочтение, как отмечалось, отдается приборам, не требующим остановки контролируемого процесса. Особенно широкое применение находят так называемые бесконтактные средства измерения (акустические, световые, инфракрасные и электромагнитные измерители), обеспечивающие наибольшую безопасность и наименьшее вмешательство. В то же время «контактные» измерители при их надлежащем использовании, как правило, менее зависимы от факторов окружающей среды, вносящих дополнительную погрешность в измерения. Установка датчиков контактных приборов обычно производится вблизи или вместо штатных (стационарных) измерителей.
Некоторые из инструментальных средств энергоаудита (например, портативный ваттметр) непосредственно измеряют потребление энергии. Однако подавляющие большинство приборов измеряют другие параметры (сила тока, расход жидкости, давление газа, влажность воздуха, освещенность и т.п.), связанные с использованием энергии.
Неполный перечень наиболее распространенных инструментальных средств энергоаудита приведен в табл. 5.1, см. также том 1 настоящего издания.
Таблица 5.1
Перечень переносных (временных) измерителей
| Измеряемый параметр | Тип измерителя | Способ измерения | Способность накопления |
| Активная электроэнергия | Портативный электросчетчик | Контактный | Обязательна |
| Электрическая энергия (активная и реактивная) | Токоизмерительные клещи – ваттметр | Контактный (напряжение), бесконтактный (ток) | Возможна |
| Сила электрического тока | Токоизмерительные клещи – ваттметр | Без контакта с проводником | Возможна |
| Напряжение и другие электрические характеристики | Цифровой мультиметр | Контактный | Возможна |
| Температура | Цифровой термометр | Контактный | Возможна |
| Температура поверхности, температурные поля | Пирометр, инфракрасный сканер, тепловизор | Бесконтактный | Возможна |
| Расход жидкости | Ультразвуковой расходомер | Бесконтактный | Возможна |
| Давление жидкости или газа | Цифровой манометр | Контактный | |
| Содержание примесей в воздухе, КПД сжигании топлива | Газоанализатор | Контактный | |
| Скорость движение газа | Цифровой анемометр | Контактный | |
| Относительная влажность атмосферы | Цифровой гигрометр | Контакт с атмосферой | |
| Скорость вращения | Стробоскоп | Бесконтактный | |
| Освещенность | Люксметр | Контакт с поверхностью |
Основными преимуществами цифровых измерительных приборов являются высокая точность, чувствительность, разрешающая способность и быстродействие.
В зависимости от задач проверки, измерения могут быть организованы по статической или динамической модели.
Статическая модель подразумевает неизменность исследуемых параметров в течение всего эксперимента. Результатом таких измерений будет «точка», т.е. определенное численное значение параметра. Так как результат любого измерения несет в себе некую погрешность, для получения надежной информации необходимо произвести несколько замеров и затем статически их обработать (отбросить маловероятные показания, определить среднее значение). Для статических наблюдений достаточно приборов, ориентированных только на мгновенные измерения.
Динамическая модель предполагает изменение исследуемой величины в определенном диапазоне. Результатом динамических измерений является множество «точек» или график (функция) измерений контролируемой величины во времени. После статической и математической обработки таких измерений, когда одновременно контролировать несколько параметров, аудитор может получать не только характер развития процесса во времени, но и зависимости между измеренными величинами. Например, зависимость расхода топлива от выработки тепловой энергии, зависимость потребления электроэнергии от температуры наружного воздуха. Для обеспечения динамических измерений должны использоваться специальное приборное оснащение, имеющие возможность регистрации (запоминания) показаний с заданным интервалом времени или непрерывно. С этой целью используются соответственно измерительные регистраторы (логгеры) и самописцы, которые могут быть встроены в измерительный прибор или присоединяться к нему как дополнительное оборудование.
При планировании измерений важно понимать, что далеко не всегда есть возможность или необходимость в непосредственных измерениях какого-либо параметра. Существуют расчетные методы, базирующиеся, как правило, на физических законах и позволяющих вычислить значение контролируемой величины на основе измерений других параметров. Например, по измерениям силы тока, напряжения и коэффициента мощности можно определить потребление активной составляющей электроэнергии, а по показаниям измерителей теплового потока – локальный коэффициент сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Поэтому выбор той или иной методики выполнения измерений или расчетов энергопотребления зависит от условий измерения и наличия соответствующих измерительных приборов.
В любом случае никакой результат измерений не может быть принят без анализа его достоверности и выявления возможных погрешностей, потому что всегда возможны искажения показаний измерителей, вызванные неправильной организацией эксперимента, случайными и систематическими условиями. В этих случаях аудитор может принять решение о проведении повторных замеров или корректировке имеющихся показаний, но для этого необходимо оценить существенность искажений проверяемой информации. Кроме того следует сопоставить дополнительные затраты на проведение проверки с существенностью самой информации. При этом аудитор может принять решение о выборе других методов проверки.
Если, по мнению аудитора, возможные искажения не наносят существенного характера или аудитору удалось привести результаты измерений к надлежащей степени достоверности, то отклонения полученных данных от ожидаемого (нормативного) уровня свидетельствует о нарушениях в самом контролируемом процессе.
Объяснения о произведенных корректировках результатов измерений и замечания о возможных нарушениях аудитор обязан сделать в рабочей документации.
Измерения энергопотребления могут быть непосредственными, частичными и опосредованными.
Непосредственное измерение потребление энергоресурсов
Непосредственное (прямое) измерение затрат энергии – это самый точный, если не брать в расчет метрологические аспекты измерений, способ определения объема потребленной энергии.
Непосредственные измерения потребленной энергии или объема потребленного энергоносителя за принятый промежуток времени (неделю, месяц, сезон, год) осуществляется с помощью счетчиков.
При этом необходимо учитывать, что разрешающая способность шкалы многих счетчиков обычно рассчитана на продолжительные интервалы времени контроля и не в состоянии удовлетворить потребности измерений при незначительном периоде наблюдений.
Но бывают часто случаи, когда нет возможности провести непосредственные измерения расхода электроэнергии.
Опосредованные измерения потребления энергоресурсов
Потребление энергии каким-либо объектом может быть определено с некоторой степенью достоверности измерениями энергопотребления других объектов. Для этого применяется метод тестового контроля.
Допустим, несколько потребителей получают энергию от одного источника, на котором организовано измерение затрат энергию. Контролируя или организуя включение/отключение каждого энергопотребителя при постоянном наблюдении за изменением общей нагрузки можно определить расход энергоресурса по отдельному потребителю.
С помощью данного метода можно определить, например, расход электроэнергии на освещение производственного цеха. Если в начале обеденного перерыва или в конце рабочего дня технологический процесс останавливается (отключаются все производственные механизмы), освещение остается включенным еще некоторое время. В этих условиях общий цеховой электросчетчик будет фиксировать точное количество электроэнергии, которая потребляется осветительной установкой цеха.
На рис. 5.1 приведен практический пример использования метода тестового контроля для определения энергопотребления одной из двух установок, которые питаются через один счетчик электрической энергии.
|
 |
Тест 1
 | |||||
 | |||||
 |
|
Включено
Калибровка счетчика: 5 обор./кВт∙ч
Наблюдение: 10 оборотов диска в минуту
Потребление энергии за час:
(10 об/мин∙60 мин/ч) / 5 об/кВт∙ч = 120 кВт∙ч/ч
|
| |
Тест 2
| | |||||
| | |||||
| |
|
Выключено
Наблюдение: 7,5 оборотов диска в минуту
Потребление энергии за час:
(7,5 об/мин∙60 мин/ч) / 5 об/кВт∙ч = 90 кВт∙ч/ч
Вывод: Установка 1 – средняя мощность 90 кВт
Установка 2 – средняя мощность 30 кВт
Рис. 5.1. Метод тестового контроля энергопотребления
В этом примере минутное потребление энергии определялось по количеству оборотов на протяжении минуты диска электрического счетчика.
Относительно применения тестового контроля есть некоторые предостережения.
Для получения достоверных результатов методом тестового контроля следует быть уверенным в том, что энергопотребление тестируемого оборудования соответствует его нормальному режиму работы, а время тестирования увязано с длительностью рабочего цикла.
Тестовый контроль, наиболее эффективен, когда изменение уровня энергопотребления отслеживается в моменты отключения работающего оборудования. Как правило, обратные действия (включение неработогда изменение уровня энергопотребления отслеживается в моменты отключения работающего оборудования. Как правило, обратные действия (включение неработающего оборудования) сопровождаются значительными переходными процессами (пусковые перегрузки и т.п.), которые могут исказить информацию о рабочих режимах энергопотребления. Чтобы избежать этих искажений, необходимо делать паузу в контроле на время перехода оборудования в рабочий (устоявшийся) режим.
Оценка нормативного потребления энергоресурсов
Одним из основных способов определения потребления энергии, в котором измерения могут не проводиться – это оценка энергопотребления.
Оценку применяют в ситуациях, когда проведение тестов измерений не возможно или нецелесообразно (в частности по экономическим соображениям). На практике в отсутствии развитой системы технологического учета энергоресурсов это один из наиболее распространенных методов определения нормативного уровня энергопотребления разными потребителями на объекте.
Среди широкого спектра подходов к оценке объемов энергопотребления выделим метод усредненного режима работы.
Метод усредненного режимаработы состоит в расчете объемов энергозатрат на основе информации о времени использования и режимах работы установленного оборудования.
В общем случае этот метод может опираться на среднюю норму почасового энергопотребления, установленную для данного оборудования. Тогда формула расчета будет иметь вид: Э = nв∙Тв (т.е. объем энергопотребления равен произведению нормы почасового потребления на общую продолжительность работы оборудования). При этом норма почасового энергопотребления определяется как средневзвешенная характеристика объемов потребления энергоресурса в каждом эксплуатационном режиме в течение полного цикла работы оборудования.
На практике, однако, учитывая, что основной составляющей часовой нормы энергопотребления является установленная мощность оборудования, чаще применяется трехкомпонентная формула.
Например, годовое потребление электроэнергии W (кВт∙ч) получают путем перемножения установленной номинальной мощности электрооборудования N (кВт) на коэффициент средней загрузки kз и на время использования оборудования на протяжении года Тв (часов)
W = N ∙ kз ∙ Tв .
Недостатком метода оценки является то, что он основан на определенных предположениях и дает достоверные результаты только при условии, если хорошо известны особенности эксплуатации оборудования.
Таким образом, точность оценки зависит от того,насколько качественно собраны сведения о производственном процессе и оборудовании, т.е. о номинальном энергопотреблении, рабочих характеристиках, средних режимах работы и наработке оборудования.
Для успешного применения метода оценки энергопотребления аудитор должен знать достоверное значение коэффициента загрузки оборудования и проводить перекрестную проверку результатов, сравнивая их с известными нормами и общим потреблением энергии.
Приведем практические примеры применения метода оценки.