Elektriciteitsmeters zijn alledaags, maar heeft u zich ooit afgevraagd hoe de 'standaardapparatuur' die wordt gebruikt om ze te kalibreren, zijn 'controle-' ondergaat? Hoe kan een volledige -vermogenskalibratie van een elektriciteitsmeter, die 1000 kilowatt-uur per uur verbruikt, worden bereikt, vooral nu er steeds meer superlaadstations op megawatt-niveau worden gebruikt voor nieuwe energievoertuigen?
Worden elektriciteitsmeterkalibraties altijd uitgevoerd op basis van de werkelijke belasting? Op het gebied van elektriciteitsmeting maken we op slimme wijze gebruik van de 'virtuele belasting'-technologie om dit probleem op te lossen.
Worden alle kalibraties van elektriciteitsmeters uitgevoerd met een echte belasting?
Conclusie: Niet noodzakelijk.
Hoewel het aansturen van een echte belasting met de elektriciteitsmeter in principe de meest intuïtieve testmethode is, is in de praktijk, vooral in scenario's met hoge spanning, hoge stroomsterkte of hoge nauwkeurigheidseisen, de "virtuele belastingsmethode" de reguliere aanpak.
Voor de hierboven genoemde megawatt-flashlaadpaal-elektriciteitsmeter (1000V/1000A) van UBS Electronics, als een echte belastingskalibratie wordt uitgevoerd:
- Vermogen: P=U*I=1000V*1000A=1.000.000W=1MW
-
Energieverbruik: 1 uur lang op volle belasting draaien verbruikt inderdaad 1000 kWh elektriciteit en vereist een groot koelsysteem.
Dit is uiterst oneconomisch en moeilijk te implementeren bij laboratorium- of veldkalibratie. Daarom is voor zowel AC- als DC-vermogensmeters de 'verificatiemethode voor virtuele belasting' (ook bekend als de 'standaardmetermethode' of 'voedingsmethode') het belangrijkste middel om het probleem van de verificatie van hoog-vermogen op te lossen.
Echte belastingstest versus virtuele belastingstest: wat zijn de verschillen?
De twee methoden kunnen worden vergeleken met "zichzelf wegen":
- Real Load Test: Dit komt overeen met het gebruiken van een standaardgewicht met een bekend gewicht (de werkelijke fysieke belasting) om op de weegschaal (elektriciteitsmeter) te drukken om te zien of de weegschaal nauwkeurig is.
- Virtuele belastingstest: Dit komt overeen met het simuleren van een "vals" belastingsignaal via schakelingen, waarbij de elektriciteitsmeter wordt verteld dat "momenteel elektriciteit wordt verbruikt", maar in werkelijkheid wordt er niet zoveel elektriciteit verbruikt.
Verificatiemethode voor werkelijke belasting
Deze methode maakt gebruik van feitelijke fysieke componenten (zoals weerstanden, inductoren en condensatoren) als belasting:
1. Principe: Een standaard energiemeter en de te testen energiemeter zijn in serie geschakeld in hetzelfde werkelijke belastingscircuit, waardoor ze onder dezelfde spanning en stroom kunnen werken. De verschillen in hun metingen worden vervolgens vergeleken.
2. Toepassingsscenario's: voornamelijk gebruikt voor eenvoudige verificatie ter plaatse-, het testen van oudere inductie-energiemeters, of in kleine laboratoria zonder hoog-precieze programmeerbare voedingen.
Verificatiemethode voor virtuele belasting
Dit is de gangbare methode voor de verificatie van moderne elektriciteitsmeters, vooral voor elektronische en gelijkstroom-elektriciteitsmeters:
1. Principe: Door gebruik te maken van een programmeerbare stroombron worden spanning en stroom onafhankelijk geleverd. De spannings- en stroomlussen zijn fysiek gescheiden (de spanningslus heeft een extreem lage stroom en de stroomlus heeft een extreem lage spanning). Nauwkeurige elektronische circuits simuleren verschillende bedrijfsomstandigheden die nodig zijn voor de normale werking van de elektriciteitsmeter (zoals verschillende vermogensfactoren en verschillende stroomverhoudingen).
2. Toepassingsscenario's: bijna alle laboratoriumvolledige-prestatieverificatie, fabrieksinspectie en hoge-precieze kalibratie op- locatie.
Diepgaande vergelijking van de voor- en nadelen van de twee verificatiemethoden
Voor een duidelijke vergelijking is de volgende tabel samengesteld:
| Vergelijkingsdimensie | Werkelijke-kalibratiemethode voor belasting | Virtuele-kalibratiemethode voor belasting |
|---|---|---|
| Energieverbruik | Extreem hoog. Vereist het omzetten van elektrische energie in thermische of mechanische energie, wat stroom-intensief is en ernstige warmteontwikkeling veroorzaakt. | Extreem laag. Verbruikt slechts een klein beetje stroom van het apparaat zelf, is energie-efficiënt en milieu-vriendelijk. |
| Apparatuurgrootte | Omvangrijk en zwaar. Hoge stroom vereist een enorme belastingsbank (vergelijkbaar met een gigantische elektrische oven). | Compact en lichtgewicht. Bestaat voornamelijk uit elektronische componenten, gemakkelijk in draagbare vorm te maken. |
| Testnauwkeurigheid | Relatief laag. Sterk beïnvloed door veroudering van de belastingscomponenten en temperatuurschommelingen, moeilijk aan te passen. | Extreem hoog. Haalbare nauwkeurigheid van 0,05% of hoger met goede lineariteit. |
| Bereikdekking | Beperkt. Moeilijk om kleine stromen (bijvoorbeeld aanloopstroom) of extreme overbelastingen nauwkeurig te simuleren. | Volledig-bereik. Dekt gemakkelijk het hele bereik af, van startstroom (0,4% Ib) tot maximale stroom. |
| Veiligheid | Relatief laag. Hoog risico op verhitting en kortsluiting bij hoge stroomsterkte, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt. | Relatief hoog. Geïsoleerde besturings- en stroomcircuits met volledige beveiligingsmechanismen. |
Kernvoordelen uitgelegd:
Waarom is de virtuele laadmethode nauwkeuriger?
Bij de echte belastingsmethode zal, als de huidige spoel weerstand heeft, een spanningsval optreden, waardoor een verandering in de spanning over de spanningsspoel ontstaat, waardoor "extra fouten" worden geïntroduceerd. Bij de virtuele belastingsmethode zijn de spannings- en stroomlussen onafhankelijk en interfereren ze niet met elkaar. Daarom is er geen sprake van een dergelijke extra fout en liggen de meetresultaten dichter bij de theoretische werkelijke waarde.
Waarom kan de virtuele laadmethode het vermogen op megawatt-niveau meten?
Het virtuele belastingkalibratieapparaat (standaardbron) maakt intern gebruik van hoog-vermogenstransistors of IGBT-modules om gelijkstroom om te zetten in de vereiste wisselstroomgolfvorm, of om rechtstreeks nauwkeurige gelijkstroomregeling uit te voeren. In tegenstelling tot de echte belastingsmethode hoeft er geen 1MW aan elektrische energie als warmte te worden afgevoerd; in plaats daarvan kan het via gesloten-lusregeling de elektrische kenmerken van 1 MW simuleren met slechts een kleine hoeveelheid elektrische energie.
Samenvatting
Terugkomend op de oorspronkelijke vraag: zijn alle verificaties van elektriciteitsmeters gebaseerd op de werkelijke belasting?
Nee. Afgezien van specifieke, eenvoudige verificaties ter plaatse- of tests op oudere meters, maakt moderne elektriciteitsmeting (vooral hoog-spanning, hoog-stroom gelijkstroom-oplaadmeters) bijna 100% gebruik van de verificatiemethode voor virtuele belasting.
Hoewel de daadwerkelijke laadmethode "realistisch" is, wordt deze beperkt door energieverbruik, omvang en nauwkeurigheid, en is deze geleidelijk uitgefaseerd of wordt deze alleen als aanvullende methode gebruikt.
De virtuele laadmethode maakt gebruik van geavanceerde elektronische technologie om een 'kleine motor die een grote last trekt' te bereiken, waardoor de nauwkeurigheid van nationale metrologische normen wordt gewaarborgd en tegelijkertijd het energieverbruikprobleem van de verificatie van megawatt--superchargers wordt opgelost.
De volgende keer dat je die kleine elektriciteitsmeter op een laadstation ziet, weet dan dat daarachter een 'extreme stresstest' schuilgaat die alle bedrijfsomstandigheden simuleert met behulp van high- elektronische apparatuur.