CC BY
135
УДК 621.311
А.В. Дед, A.V. Ded, e-mail: ded_av@mail.ru С.В. Бирюков, S.V. Birjukov А.В. Паршукова, A. V. Parshukova
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ STANDARDS OF ELECTRIC ENERGY QUALITY
Рассмотрены актуальные вопросы нормативной документации, характеризующей нормы показателей качества электрической энергии.
Pressing questions of normative documents characterizing standards of electric energy quality.
Ключевые слова: качество электрической энергии, отклонение напряжения, отклонение частоты
Keywords: power quality, voltage deviation, frequency deviation
Электрическая энергия является важнейшим компонентом, необходимым для процесса производства. Качество электроэнергии оказывает существенное влияние на технико-экономические характеристики и надежность работы электрооборудования. Параметры, характеризующие качество электрической энергии, выходя за установленные допустимые пределы, в совокупности с другими факторами приводят к экономическим потерям из-за неоптимальной работы электроприемников и увеличению брака продукции.
Качество электроэнергии в электрической сети характеризуется таким понятием как показатели качества электроэнергии, для каждого из которых установлены свои соответствующие нормы.
Более сорока лет, начиная с 1967 года и в последующих редакциях 1987 года и 1997 года, единственным нормативным документом, устанавливающим в России как номенклатуру показателей качества электрической энергии и нормы КЭ, так и основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей качества электроэнергии, являлся стандарт ГОСТ 13109 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»[ 1 ].
С 1 января 2013 года в действие вступил в силу, утвержденный еще в конце 2010 года, новый стандарт - ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических
256
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
Однако, ввиду объективных трудностей по выполнению требований ГОСТ Р 541492010 в том числе и необходимости модернизации приборного парка, позволяющего проводить измерения на соответствие вышеуказанному ГОСТу, Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), в соответствии с Федеральным законом от 27декабря 2002 года № 184-ФЗ «О техническом регулировании», приказом от 25 октября 2012 года № 565-ст было принято решение о продлении действия на территории Российской Федерации ГОСТ 13109-97 до 1 июля 2014 г. [2].
Тем же приказом было определенно, что до 1 июля 2014 года решение о применении ГОСТ Р 54149-2010или ГОСТ 13109-97 должна была принимать организация, обеспечивающая поставку электрической энергии.
В связи с вступлением России во Всемирную торговую организацию (ВТО), все требования ГОСТ 54149-2010 должны были соответствовать требованиям международных стандартов.
Однако уже в предисловии к ГОСТ 54149-2010 указано, что в нем лишь учтены основные нормативные положения европейского стандарта БК 50160:2010 [3]. Кроме того, несмотря на идентичность структуры этих двух стандартов, нормы по отдельным показателям качества электроэнергии значительно отличаются.
Это вызвано тем, что в ГОСТ 54149-2010 оставлена часть прежних показателей из ГОСТ 13109-97.
В результате приказом Росстандарта от 22 июля 2013 года № 400-ст с 1 июля 2014 года ГОСТ Р 54149-2010 был отменен, в связи с принятием и введением в действие с 1 июля 2014 года межгосударственного стандарта ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [4].
ГОСТ 32144-2013 разработан на основе применения ГОСТ Р 54149-2010 и соответствует региональному европейскому стандарту ЕН 50160:2010 «Характеристики напряжения электричества, поставляемого общественными распределительными сетями».[3,5]
ГОСТ 32144-2013 устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электрической энергии пользователем электрической энергии сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц [5].
Нормы ГОСТ 32144-2013 применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками. Оценка соответствия нормам проводится в течение расчетного интервала в одну неделю
Несмотря на все изменения в нормативных документах, неизменным остается то, что качество электрической энергии является составной частью электромагнитной совместимости.
Под электромагнитной совместимостью электрооборудования и электрических сетей понимается способность потребителей электрической энергии нормально функционировать в заданной обстановке и не создавать недопустимых помех другим техническим средствам, т.е. не вносить в электрическую сеть недопустимых искажений, затрудняющих работу других потребителей [6].
Об электромагнитной совместимости, в более узком смысле, можно говорить как о совокупности электрических, магнитных и электромагнитных полей, которые генерирует различное электрооборудование. Все эти поля в той или иной мере воздействуют на физическую и биологическую природу, на техническую, информационную, социальную составляющую жизнедеятельности человека.
257
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
Для технических устройств ухудшение электромагнитной обстановки может привести к нарушению их режимов функционирования, ухудшению качества электроэнергии, повреждению устройств релейной защиты и автоматики.
Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных условиях и параметрах электрической энергии: номинальном напряжении, частоте, токе и т.д., поэтому для его нормальной работы должно быть обеспечено энергоснабжение с требуемым качеством электрической энергии.
Качество электроэнергии проявляется через качество работы каждого потребителя. Поэтому, если он работает неудовлетворительно, а в каждом конкретном случае анализ качества потребляемой электроэнергии дает соответствие требованиям действующего ГОСТа, то виновато качество его изготовления или эксплуатации.
Если же показатели качества электрической энергии в точке её передачи не соответствуют требованиям ГОСТ, то потребитель вправе предъявить претензии к электросетевой организации.
С другой стороны в электрической сети потребителя также должны быть обеспечены условия для выполнения требований ГОСТ при электроснабжении собственных электроприемников.
В целом же показатели качества электрической энергии определяют степень искажения напряжения электрической сети из-за изменения нагрузки, влияния кондуктивных помех (распределяющихся по элементам электрической сети), создаваемых отдельными видами оборудования, и возникновения неисправностей, вызываемых, главным образом, внешними событиями.
Снижение качества электроэнергии обусловливает [7 - 10]:
- увеличение потерь в элементах электрической сети;
- ускоренное сокращение срока службы изоляции;
- рост потребления электроэнергии и требуемой мощности электрооборудования;
- нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики;
- перегрев вращающихся машин;
- сбои в работе электронных систем управления,
- сбои в работе вычислительной техники;
- вероятность возникновения замыканий из-за ускоренного старения изоляции машин и кабелей;
- появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах высоковольтных линий электропередачи, находящихся вблизи действующих;
- помехи в теле и радиоаппаратуре;
- некорректная работа счетчиков электрической энергии.
Одна часть показателей качества электрической энергии характеризует помехи, продолжительно изменяющие характеристики напряжения, вносимые установившимся режимом работы электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей, т.е. вызванные особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.
К ним относятся отклонения частоты, медленные изменения напряжения, искажения синусоидальности формы кривой напряжения, несимметрия и колебания напряжения.
Для их нормирования в ГОСТ 32144-2013 установлены показатели и нормы качества электрической энергии.
Другая часть показателей качества электрической энергии характеризует кратковременные помехи, возникающие в электрической сети в результате коммутационных процессов, грозовых и атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики, запланирован-
258
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
ных работ в электрических сетях, послеаварийных режимов. К ним относятся провалы напряжения и перенапряжения, импульсные напряжения, кратковременные прерывания напряжения.
Для этих показателей допустимых численных значений ГОСТ 32144-2013 не устанавливает, а приводит лишь справочные данные. Однако такие параметры, как амплитуда, длительность, частота, должны измеряться и составлять статистические массивы данных, характеризующие конкретную электрическую сеть в отношении вероятности появления случайных событий (кратковременных помех).
Как уже отмечалось выше, требования ГОСТ 32144-2013 характеризуют качество электроэнергии параметрами (частоты и напряжения) в точках передачи электрической энергии.
Под отклонением частоты понимают изменение опорной частоты электрической системы от его определенной номинальной величины. Значение частоты напряжения является общесистемным параметром и определяется балансом активной мощности в системе. В случае возникновения дефицита активной мощности в системе, т.е. дефиците мощности работающих в системе электростанций, происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. В связи с тем, что снижение частоты связано с уменьшением скорости вращения электрических машин и уменьшением их кинетической энергии, а освобождающаяся при этом кинети-
ческая энергия используется для поддержания частоты, частота в системе меняется медленно. Однако при нарастающем дефиците активной мощности частота меняется быстро, тем самым создаются условия для возникновения лавины частоты.
Жесткие требования ГОСТ 32144-2013 к отклонениям частоты питающего напряжения обусловлены возможным влиянием частоты на режимы работы электрооборудования и ход технологических процессов производства.
Напряжение в узле электроэнергетической системы определяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети. Медленные изменения напряжения (под этим термином понимается отклонение напряжения, как правило, продолжительностью более 1 мин) ГОСТ 32144-2013 нормируются только для электрических сетей низкого напряжения 380/220 В.
В электрических сетях среднего и высокого напряжения ГОСТ 32144-2013 рекомендует принимать в качестве номинального согласованное для конкретного пользователя электрической сети напряжение при технологическом подключении в качестве напряжения питания.
Несинусоидальность напряжения, обусловленная, как правило, нелинейными нагрузками потребителей электрической энергии, в ГОСТ 32144-2013 характеризуется гармоническими составляющими напряжения, и определяется значениями коэффициентов гармонических составляющих напряжения вплоть до гармоники 40-го порядка.
В связи с ростом применения в электроустановках частотных преобразователей актуальным является вопрос о нормировании уровня интергармонических составляющих напряжения. Однако вплоть до настоящего времени допустимые уровни интергармонических составляющих напряжения электропитания, в том числе и в ГОСТ 32144-2013 не определены и находятся на рассмотрении.
Несимметрия напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети. Наиболее часто несимметрия напряжений возникает из-за неравенства нагрузок фаз. Несимметричные токи нагрузки, протекающие по элементам системы электроснабжения, вызывают в них несимметричные падения напряжения. Вследствие этого на выводах электроприемников появляется несимметричная система напряжений [11, 12].
259
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
Показателями качества электрической энергии, относящимися к несимметрии напряжений, являются коэффициенты несимметрии напряжений по обратной или нулевой последовательности соответственно.
Для провалов напряжения ГОСТ 32144-2013 установлена лишь их длительность (от 10 мс до 1 мин) и представлены статистические данные об относительной дозе провалов разной глубины в общем числе провалов, но не приведены статистические данные о числе провалов за единицу времени (неделю, месяц и т. п.).
По перенапряжениям и импульсным напряжениям ГОСТ 32144-2013 нормы не устанавливает, но предоставляет справочную информацию по их оценке и определению, а также сведения о возможных их значениях в сетях низкого, среднего и высокого напряжения.
Показатели качества электрической энергии, численные значения норм на которые есть в ГОСТ 32144-2013, должны быть отражены в договорах на электроснабжение. В том числе необходимо при заключении вышеуказанных договоров указывать величину допустимого вклада в значение рассматриваемого показателя качества электрической энергии в точке ее передачи.
Несмотря на введение с 1 июля 2014 года ГОСТ 32144-2013, реализация его требований вызывает определенную обеспокоенность. За последние годы выпущено множество сопредельных стандартов с различной рубрикацией, что даже для специалистов создавало неразбериху с областью их применения.
Неблагоприятная обстановка в области нормативной базы по контролю, анализу и средствам измерения качества электроэнергии в свою очередь привела к потере интереса к контролю качества электроэнергии не только в промышленности, но и в других отраслях нашей экономики.
Тем не менее, нельзя забывать, что с введением ГОСТ 32144-2013 вопрос о поддер-
жании качества электрической энергии, в условиях нынешнего состояния энергосистем, становится актуальным не только для энергоснабжающих организаций, но также и для потребителей.
Обеим сторонам систем электроснабжения необходимо учитывать, что экономические характеристики работы электрооборудования, безопасность и бесперебойность электроснабжения и, в большинстве случаев, количество и качество выпускаемой продукции существенно зависят от качества электроэнергии, передаваемой в распределительных сетях.
Библиографический список
1. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Издательство стандартов, 1998. - 32 с.
2. О продлении действия на территории Российской Федерации ГОСТ 13109-97; приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) от 25 октября 2012 года № 565-ст.
3. EN 50160:2010. Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks.
4. О введении в действие межгосударственного стандарта: приказ Федерального
агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) от 22 июля 2013 г. № 400-ст.
5. ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М. : Стандартинформ, 2013. - 10 с.
6. ГОСТ Р 50397-2011 Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. - М. : Стандартинформ, 2013. - 62 с.
260
Динамика систем, механизмов и машин, № 1, 2014
7. Горюнов, В. Н. Расчет потерь мощности от влияния высших гармоник/ В. Н. Горюнов, Д. С. Осипов, А. Г. Лютаревич // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2009. - № 2. - С. 268-273.
8. Горюнов, В. Н. Определение управляющего воздействия активного фильтра гармоник / В. Н. Горюнов, А. Г. Лютаревич, Д. С. Осипов // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. - 2009. - № 6. - С. 20-24
9. Схематические решения активной фильтрации кривой тока в четырехпроводной трехфазной сети для обеспечения качества электрической энергии / С. Ю. Долингер [и др.] // Омский научный вестник. - 2011. - № 3 (103). - С. 214-217.
10. Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электрической энергии / А. Г. Лютаревич [и др.] // Омский научный вестник. - 2013. - № 1 (117). - С. 168-173.
11. Дед, А. В. Экспериментальное исследование влияния несимметричной нагрузки на систему электроснабжения /А. В. Дед, Е. Н. Еремин // Омский научный вестник. - 2009. -№ 1 (77). - С. 133-138.
12. Дополнительные потери мощности в электрических сетях при несимметричной нагрузке / А. В. Дед [и др.] // Омский научный вестник. -2013. - № 1 (117). - С. 157-158.
