CC BY
37Т Е Х Н И Ч Е С К И Е
НАУКИ
УДК 62
В.А. Проскуряков
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТАНДАРТАМ И МЕТОДАМ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПО ГАРМОНИЧЕСКИМ ИСКАЖЕНИЯМ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
В статье выполнен обзор действующих стандартов и нормативных документов о качестве электроэнергии. Рассмотрены показатели качества электрической энергии (ПКЭ). Приведены нормы и методики измерений ПКЭ согласно действующим стандартам Российской Федерации. Дана оценка ситуации, сложившейся в правовом, нормативно-методическом, техническом, метрологическом обеспечении контроля качества электрической энергии в настоящее время, и рассмотрены пути их дальнейшего развития и совершенствования.
Ключевые слова: показатели качества электрической энергии, средства измерений, несинусоидальность тока и напряжения, нелинейная нагрузка, гармоники.
Качество электроэнергии неразрывно связано с надежностью электроснабжения электроприемников и надежностью оборудования. Ухудшение качества электроэнергии всегда создает условия, приводящие к электротехническому и технологическому ущербу, к существенным экономическим убыткам, а также угрозе жизни и здоровью людей.
Многочисленные инструментальные исследования качества электроэнергии в электрических сетях различных классов напряжения показывают, что на сегодняшний день одной из острых проблем является искажение синусоидальности кривой напряжения. По данным мониторинга качества электроэнергии в электрических сетях 380В показывает, что практически на каждой третьей трансформаторной подстанции уровень искажения синусоидальности кривой напряжения, и особенно по 3-й, 9-й и 15-й гармоникам существенно превышает нормально допустимые значения.
Основной причиной возникновения данных помех является увеличение доли нелинейных электроприемников в жилых и общественных зданиях. В частности, увеличилась доля информационно -вычислительной техники, являющейся источником высших гармоник. Известно, что за последние 20 лет, доля электроприемников с нелинейной вольт-амперной характеристикой в составе электрической нагрузки в США возросла с 15% до 50% [1]. В Российской Федерации, как показано выше, также наблюдается тенденция увеличения доли нелинейных потребителей.
© Проскуряков В.А., 2019.
Большинство нелинейных электроприемников являются причиной несинусоидальной формы тока. Несмотря на относительно небольшую мощность каждого отдельного электроприемника, их массовое применение приводит к существенному искажению синусоидальности кривых напряжения и тока в электрических сетях, особенно в сетях низкого напряжения.
Высшие гармоники тока, обусловленные работой нелинейных электроприемников, негативно влияют на оборудование электрической сети. Протекая по элементам сети, высшие гармоники создают дополнительные потери активной мощности в них, ведущие к повышению рабочей температуры изоляции. Данные потери снижают пропускную способность линий электропередач по току основной частоты.
С 1 июля 2014 года был введен в действие ГОСТ 32144-2013 по требованиям к нормам качества электрической энергии, который пришел на смену ГОСТ Р 54149-2010 от 01.01.2013 и ГОСТ 13109-97 от 01.01.1999.
Согласно мнению ООО «ЛИНВИТ» (компании, которая непосредственно занималась разработкой нового ГОСТА) об изменениях в государственных стандартах на методы измерений и нормам качества электроэнергии [1]. Можно выделить две основные причины для введения нового стандарта.
Первая - это изменения в электроэнергетике, переход к применению рыночных отношений с реструктуризацией РАО ЕЭС, выделением отдельных субъектов электроэнергетики: генерирующих компаний, федеральной сетевой компании, межрегиональных сетевых комплексов, сбытовых организаций и др. Принят ряд законодательных и нормативноправовых актов, в которых установлена необходимость обеспечения качества электроэнергии субъектами электроэнергетики в рамках своей ответственности. Положениям этих документов не вполне отвечали некоторые требования ГОСТ 13109-97.
Вторая, не менее важная, состоит в том, что с 1 января 2014 г. были введены впервые новые стандарты ГОСТ 30804.4.30 - 2013 и ГОСТ 30804.4.7 - 2013, разработанные на основе применения международных стандартов по методам измерения показателей качества электрической энергии. Изложенные в них методы измерений и требования к средствам измерения существенно отличаются от положений ГОСТ 13109-97.
Так же следует отметить основные отличия нового стандарта от стандарта 1997 года.
Во-первых, отличие в иной области применения ГОСТ 32144-2013: настоящий стандарт устанавливает показатели и нормы качества в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей, а не в точках общего присоединения и на зажимах конечных электроприемников (для отклонений напряжения), как в ГОСТ 13109-97. Ведь именно в точках передачи электрической энергии происходит обращение электроэнергии в соответствии с договором на поставку или на услуги по передаче электрической энергии установленного качества.
Во-вторых, в новом стандарте по-иному акцентирована ответственность за обеспечение качества электрической энергии: до точки передачи электрической энергии ответственность на сетевой организации, за этой точкой — на очередном пользователе сети. Так, потребителю требованием ГОСТ 32144-2013 предлагается в своей сети обеспечить условия, при которых отклонения напряжения питания на выводах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений, если выполняются требования настоящего стандарта в точке передачи электрической энергии. То есть на потребителей также возлагается ответственность за обеспечение требуемого качества электрической энергии.
В-третьих, нормы в ГОСТ 32144-2013 установлены как для электрических сетей систем электроснабжения общего назначения, присоединенных к Единой Энергетической Системе России, так и для изолированных систем электроснабжения общего назначения, в которых требования к некоторым показателям менее жесткие, например к допустимым отклонениям основной частоты. В ГОСТ 13109-97 это различие не оговорено.
В-четвертых, существенно изменена структура и содержание стандарта. В нем нет разделов о методах расчетов и измерений показателей качества электрической энергии, требований к средствам измерений, методам обследования качества электрической энергии в системах электроснабжения, содержащихся в ГОСТ 13109-97 и несоответствующих международным требованиям. Они содержатся в национальных стандартах ГОСТ 30804.4.30 - 2013, ГОСТ 30804.4.7 - 2013, на требования которых в ГОСТ 32144-2013 сделаны конкретные ссылки. При этом общим требованием при оценке показателей качества электрической энергии установленным в стандарте нормам является проведение измерений класса А по ГОСТ 30804.4.30 - 2013 с усреднением результатов измерения большей части параметров КЭ на 10 минутных интервалах времени для отчетного периода 1 неделя.
В-пятых, разработаны и введены в действие отраслевые документы к средствам измерений ПКЭ.
В последние годы государственные стандарты в области измерений параметров электрической энергии, относящихся к КЭ, активно развивались и были неоднократно переработаны (см. рисунок 1).
Важным изменением стала замена ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [3] на ГОСТ 32144-2013. Данные стандарты определяют различную номенклатуру показателей качества электроэнергии. Однако имеются и другие различия:
в ГОСТ 13109-97 количественные нормы ПКЭ приведены для точки общего присоединения (ТОП), а нормы в ГОСТ 32144-2013 — для точки передачи электрической энергии пользователям сети;
ГОСТ 13109-97 включает в себя описания методов измерений, а из ГОСТ 32144-2013 методы измерений перенесены в стандарты ГОСТ 30804.4.30-2013, ГОСТ 30804.4.7-2013, ГОСТ Р 51317.4.15-2012.
Сравнивая национальный и европейский стандарты, следует отметить в целом более жесткие требования к качеству электрической энергии национального стандарта. Это замечание справедливо для отклонения частоты, несинусоидальности напряжения, отклонения напряжения для 100 % результатов измерений. В некоторых случаях и вовсе отсутствуют нормативные значения для 100 % результатов измерений ПКЭ, называемые ранее предельно допустимыми значениями. Это относится к дозе фликера, несинусоидальности напряжения, несимметрии напряжений в трехфазных системах.
Рассматривая методы измерений ПКЭ, отметим, что в настоящее время еще используется методы измерений, установленные в старом «универсальном» стандарте ГОСТ 13109-97 (главное назначение которого - установление норм качества электрической энергии), а также уже используются новые методы измерений ПКЭ, установленные в новых «специализированных» стандартах [4] и [5].
В конце 2013 года появились специализированные международные стандарты на средства измерений ПКЭ [6, 7-10]. Их изучение и рассмотрение возможности их использования в РФ и ЕврАзЭС - один из вариантов дальнейшего развития стандартизации требований к средствам измерений, предназначенным для мониторинга качества электрической энергии.
Библиографический список
1. Григорьев, О. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ [Текст] / О. Григорьев, В. Петухов, В. Соколов, И. Красилов // Новости электротехники. - 2002. - №6(18). - С. 54-57.
2. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Москва: Стандартинформ, 2014. 20 с.
3. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2006. 33 с.
4. ГОСТ 30804.4.30-2013 (ГОСТ Р 51317.4.30-2008) Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии.
5. ГОСТ 30804.4.7-2013 (ГОСТ Р 51317.4.7-2008) Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств.
6. IEC 62586-1(2013) «Измерение качества электроэнергии в системах электроснабжения. Часть 1. Приборы для измерения параметров качества электроэнергии» (Power quality measurement in power supply systems - Part 1 : Power Quality Instruments (PQI)).
7. IEC 62586-2(2013) «Измерение качества электроэнергии в системах электроснабжения. Часть 2. Функциональные испытания и требования к погрешности».
8. IEC/TR 61869-103:2012. Instrument transformers — The use of instrument transformers for power quality measurement — IEC, 2012 — 88 с.
9. IEC 61850 Part 90-17: Using IEC 61850 to transmit power quality data — IEC, 2017.
10. IEEE Standard 519-2014 IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems — IEEE, 2014.
ПРОСКУРЯКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия.
