Ein Elektrizitätszähler, der in Texas oder Ontario abrechnet, wird an anderen Maßstäben gemessen als sein Gegenstück in Europa. Statt IEC-Klassen mit angehängtem S stehen dort eigene Genauigkeitsklassen, eigene Prüfströme und eigene Bauformen im Datenblatt. Wir zeigen, was die nordamerikanische Norm verlangt, warum es sie als eigenes Dokument nicht mehr gibt und was das für die Prüfung bedeutet.

Die Norm ANSI C12.20 für hochgenaue Elektrizitätszähler

ANSI C12.20 als nordamerikanischer Maßstab für Präzisionszähler

Für hochgenaue Elektrizitätszähler in Nordamerika legt ANSI C12.20 die Genauigkeitsklassen 0,1, 0,2 und 0,5 fest und beschreibt dazu Prüfströme, Bauformen, Umgebungsprüfungen und die zulässigen Abweichungen, wobei ein Zähler der Klasse 0,2 bei Volllast und Leistungsfaktor 1 höchstens ±0,2 % vom wahren Wert abweichen darf. Seit 2022 ist ihr Inhalt Teil von ANSI C12.1.

Herausgeber ist das American National Standards Institute (ANSI). Das Hauptkomitee C12, dessen Sekretariat beim Herstellerverband NEMA liegt, erarbeitete ANSI C12.20. Zählerhersteller, Energieversorger sowie Vertreter von Behörden und Prüfinstituten stimmen dort gemeinsam ab. ANSI-Normen sind freiwillig, Regulierungsbehörden und Netzbetreiber machen sie jedoch häufig zur Bedingung für abrechnungsrelevante Messungen.

Erfasst sind Zähler, die dem Blondel-Theorem genügen: In einem Netz mit n Leitern erfassen sie die Energie vollständig mit n-1 Messwerken. ANSI C12.20 ergänzte damit die allgemeine Zählernorm ANSI C12.1 und die Bauformnorm ANSI C12.10. Wo die Anforderungen voneinander abwichen, hatte sie Vorrang. In Prüfberichten und Datenblättern findet sich die Bezeichnung auch in der Schreibweise ANSI C12 20 ohne Punkt.

Die Genauigkeitsklassen 0,1, 0,2 und 0,5

Die Klassenzahl nennt die zulässige Abweichung in Prozent unter Referenzbedingungen, also bei Volllast und einem Leistungsfaktor von 1. Für Schwachlast und induktive Last setzt ANSI C12.20 je Prüfpunkt eigene, weiter gefasste Grenzen. Solange ein Zähler nicht sämtliche Prüfpunkte einhält, erfüllt er seine Klasse nicht, auch wenn der günstigste Punkt passt. Das Prinzip gilt für alle Fehlergrenzen in der Messtechnik: Eine Prozentangabe ohne Bezugsbedingung sagt wenig aus.

Die drei Klassen im Überblick:

Genauigkeitsklasse	Zulässige Abweichung bei Volllast, Leistungsfaktor 1	Enthalten seit
0,5	±0,5 %	den ersten Ausgaben Ende der 1990er Jahre
0,2	±0,2 %	den ersten Ausgaben Ende der 1990er Jahre
0,1	±0,1 %	der Ausgabe 2015

Die Grenzwerte für Schwachlast und induktiven Leistungsfaktor stehen vollständig nur im Normtext von ANSI C12.20. Schon die Ausgabe 2010 verlangte 38 Einzelprüfungen zu Laststrom, Leistungsfaktor, Temperatur und Kurvenverzerrung. Mit ANSI C12.20-2015 kamen die Klasse 0,1 und zusätzliche Prüfungen mit Oberschwingungen hinzu.

Wie großzügig die allgemeine Zählernorm ANSI C12.1 dagegen ist, zeigt ihr Maßstab für den Betrieb: Zähler gelten dort als ausreichend genau, solange sie zwischen 98 und 102 % der tatsächlich bezogenen Energie registrieren. Für Netzübergabestellen und Großkunden mit Wandlermessung ist diese Spanne zu grob. Dort kommen Präzisionszähler nach ANSI C12.20 zum Einsatz.

Stromklasse, Prüfstrom und Einflussgrößen

Warum sorgt das Wort „Klasse“ so oft für Missverständnisse? Auf nordamerikanischen Typenschildern steht es auch für die Stromklasse (Class Amperes), also den höchsten Dauerstrom des Zählers. Bei wandlerbetriebenen Zählern ist CL20 typisch, bei direkt angeschlossenen Geräten CL200 oder CL320. Mit der Genauigkeitsklasse hat diese Angabe nichts zu tun.

Für die Kalibrierung legt ANSI C12.20 einen Prüfstrom (Test Amperes, TA) fest, der deutlich unter der Stromklasse liegt. Üblich sind 2,5 A bei Wandlerzählern und 15, 30 oder 50 A bei direkt angeschlossenen Zählern. Jeder Energiezähler Prüfstand für solche Zähler muss diese Ströme samt den zugehörigen Lastpunkten reproduzierbar einstellen.

Außerdem legt die Norm fest:

• Bemessung: Spannungs- und Frequenzwerte
• Anschluss: Anschlussarten und Formbezeichnungen der Sockelzähler, etwa 2S für direkt angeschlossene und 9S für wandlerbetriebene Zähler
• Abmessungen: maßgebliche Maße der Bauformen
• Umgebung: Prüfungen unter anderem zum Temperatureinfluss
• Optische Schnittstelle: seit 2015 die Spezifikation des optischen Prüfausgangs

Von ANSI C12.20 zu ANSI C12.1

Seit Ende der 1990er Jahre wurde ANSI C12.20 mehrfach überarbeitet, unter anderem 2002 und 2010. Die letzte eigenständige Ausgabe genehmigte ANSI am 24. Januar 2017, erschienen ist sie am 27. April 2017 unter der Bezeichnung C12.20-2015. Nachdem sie vorlag, beschloss das Komitee, die Anforderungen in einem Dokument zu bündeln. Mit ANSI C12.1-2022, veröffentlicht am 31. August 2022, ging der Inhalt in die allgemeine Zählernorm über. Die Norm deckt seither Zähler mit und ohne Erfüllung des Blondel-Theorems ab und wurde inzwischen weiter fortgeschrieben.

Da die Anforderungen nun dort stehen, ist das eigenständige Dokument zurückgezogen. Parallel arbeitet das Komitee an ANSI C12.46, einer Norm, die sich an der internationalen Empfehlung OIML R46 orientiert. Verschwindet die alte Bezeichnung damit aus dem Alltag? Nicht so schnell. Viele Zähler im Feld wurden nach ANSI C12.20 geprüft und bleiben über Jahre installiert, entsprechend nennen auch Ausschreibungen und Prüfberichte weiterhin diese Grundlage.

ANSI C12.20 und IEC 62053-22 im Vergleich

Sobald ein hochgenauer Zähler außerhalb Nordamerikas abrechnet, gelten für ihn die Normen der IEC, bei wandlerbetriebenen Wirkenergiezählern IEC 62053-22. Auch wenn die Klassenzahlen gleich lauten, sind die Anforderungen nicht deckungsgleich. Die S-Klassen der IEC weisen die Genauigkeit bis hinunter zu 1 % des Nennstroms nach, die Lastpunkte nach ANSI C12.20 beziehen sich dagegen auf den Prüfstrom. Ein Zähler kann beide Nachweise führen, muss dafür aber beide Prüfprogramme bestehen.

Merkmal	ANSI C12.20 (heute in ANSI C12.1)	IEC 62053-22
Herausgeber	ANSI, Sekretariat NEMA, Komitee C12	IEC, Technisches Komitee TC 13
Hauptmarkt	Nordamerika, vor allem die USA	international, in Europa als EN-Norm
Genauigkeitsklassen	0,1, 0,2, 0,5	0,1 S, 0,2 S, 0,5 S
Strombezug	Stromklasse (z. B. CL20, CL200) und Prüfstrom	Nennstrom und Maximalstrom, Messbereich ab 1 % des Nennstroms
Bauform	Sockelzähler mit Formbezeichnung (z. B. 2S, 9S)	keine Formbezeichnungen, allgemeine Bauartanforderungen in IEC 62052-11
Messwandler-Norm	IEEE C57.13	IEC 61869
Status	2022 in ANSI C12.1 überführt, zurückgezogen	gültig, Ausgabe 2020

Achten Sie zusätzlich auf die Messwandler, denn sie bestimmen die Genauigkeit der gesamten Messstelle mit. In Nordamerika regelt sie IEEE C57.13 mit den Messklassen 0,3, 0,6 und 1,2, international die Reihe IEC 61869. Hängt ein Zähler der Klasse 0,2 nach ANSI C12.20 an Wandlern der Klasse 0,3, fällt die Abweichung der Messstelle größer aus, als das Typenschild des Zählers vermuten lässt.

Präzisionszähler im Prüflabor normgerecht nachweisen

Am Anfang jeder Prüfung von Zählern der Klassen 0,1 oder 0,2 steht das Verhältnis zwischen Prüfmittel und Prüfling. Damit sein Eigenfehler im Ergebnis kaum ins Gewicht fällt, muss das Normal deutlich genauer sein als der Prüfling. Prüfsysteme mit einer Genauigkeit bis 0,01 % und Referenznormale bis 0,005 % wie der dreiphasige Komparator COM5003 schaffen diese Reserve.

Um belastbare Ergebnisse zu erhalten, prüfen Sie über alle Lastpunkte und Leistungsfaktoren statt nur an einem Einzelwert. Vorab lohnt die Bewertung des gesamten Aufbaus aus Quelle, Normal und Abtastung. Ein Messunsicherheitsbudget zeigt, ob die Reserve gegenüber der Fehlergrenze des Prüflings genügt. Halten Sie bei Abnahmen fest, ob nach ANSI C12.20-2015 oder nach ANSI C12.1 geprüft wurde, damit Ergebnisse später vergleichbar bleiben.

Zählerprüftechnik entwickeln und fertigen wir seit 1920. Über 80 % unserer Produkte gehen in den Export, unser Partnernetz reicht in über 70 Länder. Unser DAkkS-akkreditiertes Kalibrierlabor ist an die Normale der PTB angebunden, sodass jede Kalibrierung rückführbar bleibt. Möchten Sie Zähler für nordamerikanische Märkte prüfen oder ein Labor dafür ausstatten, erreichen Sie uns über den Kontakt.

ANSI C12.20 kurz beantwortet

Ist ANSI C12.20 noch gültig?

Nein, als eigenständige Norm existiert ANSI C12.20 nicht mehr. Ihr Inhalt wurde 2022 in die allgemeine Zählernorm ANSI C12.1 übernommen, das Dokument anschließend zurückgezogen. Zulassungen, Datenblätter und Prüfberichte verweisen aber weiterhin häufig auf die Ausgabe 2015.

Wie genau misst ein Zähler der Klasse 0,2 nach ANSI C12.20?

Bei Volllast und einem Leistungsfaktor von 1 erlaubt ANSI C12.20 für diese Klasse höchstens 0,2 % Abweichung vom wahren Wert. Sobald Schwachlast oder induktive Last ins Spiel kommen, gelten weiter gefasste Grenzen je Prüfpunkt. Die Klasse gilt erst als erfüllt, wenn alle Prüfpunkte eingehalten sind.

Was unterscheidet ANSI C12.1 von ANSI C12.20?

ANSI C12.1 ist der allgemeine Code für die Elektrizitätsmessung und regelt unter anderem die Genauigkeit im Betrieb, Prüfverfahren und Prüfpläne. Bis 2022 standen die strengeren Genauigkeitsanforderungen für Präzisionszähler separat in ANSI C12.20. Heute fasst ANSI C12.1 beide Inhalte zusammen.

Entspricht die ANSI-Klasse 0,2 der IEC-Klasse 0,2 S?

Nicht direkt. Beide stehen für ±0,2 % unter Referenzbedingungen, Prüfpunkte und Strombezug unterscheiden sich jedoch. Trägt ein Zähler beide Kennzeichnungen, hat er die Prüfprogramme nach ANSI C12.20 und nach IEC 62053-22 bestanden.

Spielt ANSI C12.20 für Zähler in Deutschland eine Rolle?

Für die Abrechnung in Deutschland nicht, hier gelten die Messgeräterichtlinie (MID) und das Mess- und Eichrecht. Relevant ist ANSI C12.20 für Hersteller, die Zähler nach Nordamerika liefern, und für Prüflabore, die solche Zähler prüfen oder kalibrieren.