Kalibrierung digitaler Elektrizitätszähler

Die PTB ist in Deutschland zuständig für die metrologische Rückführung von Messgeräten in Hochspannungsnetzen. Sie stellt sicher, dass die übertragene Energie durch entsprechende Messgeräte richtig erfasst wird, indem sie Messgeräte auf nationale Normale rückführt.

Der neu entwickelte Kalibrieraufbau beruht auf einen SV-Generator, der es erlaubt, emulierte hohe Wechselspannungen (oder -ströme) zeitlich synchronisiert und normgerecht gemäß Netzwerkprotokoll IEC 61850-9-2 LE an einen zu verifizierenden Elektrizitätszähler zu übertragen. Dabei sind die Abtastraten, also die zeitlichen Auflösungen der abgetasteten Messwerte, zwischen 4000 und 14 400 Samples pro Sekunde durch das Netzwerkprotokoll vorgegeben. Im Kalibrieraufbau für SV-basierte Messgeräte ersetzt der Generator dann die digitalen Messwandler.

Die Software zur Steuerung des SV-Generators umfasst im Wesentlichen die Funktion der SV-Kurvenformerzeugung, die Ablaufsteuerung des Messprotokolls und die Leistungs- bzw. Energieberechnung. Die erzeugten Spannungs- und Stromsignale bilden dabei den Leistungs- und Energiefluss eines Dreiphasen-Netzes nach. Daraus werden Referenzleistung und -energie für die Kalibrierung berechnet.

Derzeit bereitet die International Electrotechnical Commission (IEC) eine spezielle Norm für digitale Elektrizitätszähler vor (IEC TS 62053-25 ED1). Für die Ausarbeitung eines Prüfplans für einen zu kalibrierenden Elektrizitätszähler hat die PTB daher zunächst die bereits existierende Norm IEC 62053-22 für statische elektronische Wirkverbrauchszähler der Genauigkeitsklassen 0,1 S bis 0,5 S herangezogen. Unter Verwendung des neu entwickelten Aufbaus konnte damit ein erster verfügbarer kommerzieller digitaler Energiezähler der Genauigkeitsklasse 0,2 S eines europäischen Herstellers bei der Netzfrequenz von 50 Hz, einer Nennspannung von 100 kV und bei einem Nennstrom von 1000 A getestet werden. Die gemäß erarbeitetem Prüfplan durchgeführten Messungen haben gezeigt, dass die Messabweichungen des Energiezählers für die Messgröße „Wirkenergie“ eine Größenordnung unterhalb der Toleranzgrenzen liegen, die durch die Genauigkeitsklasse des Zählers definiert ist.

Im Hinblick auf die zu erwartende Änderung der Normungslage in den nächsten Jahren wird der Messplatz diesen zukünftigen Anforderungen stetig angepasst. Darüber hinaus wird in näherer Zukunft die effizientere Auslesung der Zählerstandsdaten mittels einer optischen Schnittstelle in die Bewertung übernommen.