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?
___________________________________
Еще больше интересных материалов ищите на нашем портале Энерговектор.com или подписывайтесь на наш канал.
Портал Энерговектор - это всегда свежие новости, комментарии финансовых аналитиков, оперативные фото- и видеорепортажи. На портале также размещаются расширенные версии статей, публикуемых в газете Энерговектор, с дополнительными иллюстрациями и видеовставками. Мы придаём большое значение вопросам престижа энергетических профессий, развитию отечественного энергетического машиностроения и энергоинжиниринга, обмену опытом и новым «прорывным» технологиям.