CC BY
17
УДК 621.396/397.4:006.354
ПРОБЛЕМЫ СЕРТИФИКАЦИОННЫХ И ПЕРИОДИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПО
НОВОМУ ГОСТУ
А.А.НАУМОВ*, В.Г.ЖУКОВ**, Ю.Г.КУБАРЕВ*, О.Ш.ДАУТОВ*, Н.А. ТАРАСОВА*
*Казанский государственный энергетический университет **ЗАО Республиканский сертификационный методический цент Тест-
Татарстан
С 1 января 2013 г. в Российской Федерации вводится в действие новый государственный стандарт по качеству электрической энергии ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии (КЭ) в системах электроснабжения общего назначения». В настоящее время продолжает действовать стандарт 13109-97 с тем же наименованием. В данной статье обсуждаются основные отличия стандартов и последствия перехода на новый стандарт для сетевых организаций и организаций, производящих сертификационные и периодические испытания КЭ.
Ключевые слова: показатели, нормы, качество, трехфазный, однофазный, переменный ток, средство измерения.
Новый ГОСТ Р 54149-2010 имеет несколько важных отличий от действующего в настоящее время ГОСТа 13109-97. В связи с этим вступление в действие нового ГОСТа скажется на различных этапах измерения показателей качества электрической энергии (КЭ), начиная с выбора измерительных средств и заканчивая ответственностью поставщиков и потребителей за отклонения данных показателей.
Основные положения по организации и проведению контроля КЭ и правила оценки соответствия установленным нормам определены в ГОСТе Р 53333-2008, действующем с 1 июля 2009 г. Содержание данного документа, основанного на ГОСТе 13109-97 нормы КЭ устанавливал в точках общего присоединения. В новом ГОСТе, определяет порядок проведения сертификационных и арбитражных испытаний, инспекционного, периодического контроля, контроля при определении технических условий для технологического присоединения, определении условий договора на оказание услуг по передаче ЭЭ, при допуске к эксплуатации энергопринимающих устройств потребителей, ухудшающих КЭ, при рассмотрении претензий к КЭ, при осуществлении государственного надзора за КЭ.
Требования к методам измерений и расчетов показателей КЭ, средствам измерений, содержащихся в ГОСТ 13109-97, в новом стандарте отсутствуют. Они изложены в национальных стандартах: ГОСТ Р 51317.4.30-2008 (МЭК 61000-4-30:2008) и ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-7:2008), вступивших в действие с 1 января 2010 г.
© А .А.Наумов, В.Г.Жуков, Ю.Г.Кубарев, О.Ш.Даутов, Н.А.Тарасова Проблемы энергетики, 2012, № 3-4
Область применения
Новым является установка норм КЭ в ГОСТе Р 54149-2010 как для электрических сетей систем электроснабжения общего назначения, присоединенных к Единой энергетической системе России, так и для изолированных систем электроснабжения общего назначения, систем электроснабжения предприятий, не относящихся с системам общего пользования, подключенных к указанным системам.
Точки контроля КЭ
Нормы КЭ в ГОСТе 13109-97 установлены в точках общего присоединения.
В новом ГОСТе устанавливаются показатели и нормы КЭ в точках передачи электроэнергии пользователям сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц, то есть в точке электрической сети, соответствующей границе разграничения собственности электрических сетей сетевой организации, потребителя и/или другой сетевой организации, установленной в договоре между сторонами для передачи электрической энергии пользователю электрической сети. Это важно для выяснения сферы ответственности сетевой организации. При выполнении требований настоящего стандарта к КЭ в точке передачи электрической энергии потребитель обязан при вводе в эксплуатацию обеспечить выполнение норм КЭ на выводах электроприемников, т.е. не создавать недопустимых кондуктивных электромагнитных помех.
Изменения характеристик электрической энергии, относящиеся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения, разделены в новом стандарте на две категории:
• продолжительные изменения характеристик напряжения;
• случайные события.
Продолжительные изменения характеристик напряжения электропитания представляют собой длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных значений и обусловлены, в основном, изменениями нагрузки или влиянием нелинейных нагрузок. К ним относятся: отклонение частоты, медленные изменения напряжения, колебания напряжения и фликер, несинусоидальность напряжения, несимметрия напряжений в трехфазных системах, напряжения сигналов, передаваемых по сетям.
Случайные события представляют собой внезапные и значительные изменения формы напряжения, приводящие к отклонению его параметров от номинальных. Они, как правило, вызываются непредсказуемыми событиями, к которым относятся прерывания и провалы напряжения, перенапряжения, импульсные напряжения.
Показатели и нормы КЭ в ГОСТ Р 51317.4.30-2008 установлены для продолжительных изменений характеристик напряжения электропитания.
Отклонения напряжения
В ГОСТе 13109-97 установившееся отклонение напряжения рассчитывается с учетом только 1-й гармоники напряжения ):
5Ц= (Ц(1) - Цдош) / Цпош
и характеризуется нормально допустимыми и предельно допустимыми значениями на выводах электроприемников, равными соответственно ±5 и ±10%.
В ГОСТе Р 51317.4.30-2008 отклонение напряжения характеризуется показателем положительного, и отрицательного отклонений напряжения, под которыми понимают отклонение действующего значения напряжения от номинального/согласованного значения, включая гармоники, интергармоники, информационные сигналы в электрических сетях и т. д.:
5U(_) = [(Uo - Um(_)} / Uo] • 100;
5U(+) = [(Um(+) - Uo ) / Uo] • 100, где Um(-), Um(+) - значения напряжения электропитания, меньшие U0 и большие U0 соответственно, усредненные в интервале времени 10 мин; U0 - напряжение, равное стандартному номинальному напряжению Unom или согласованному напряжению Uc. Причем положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электроэнергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю.
Отклонения частоты
Величины допустимых отклонений частоты в синхронизированных системах электроснабжения не изменились: ±0,2 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ±0,4 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю. Нормы допустимых отклонений частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенными к синхронизированным системам передачи электрической энергии, менее жесткие: ±1 Гц в течение 95 % времени интервала в одну неделю и ±5 Гц в течение 100 % времени интервала в одну неделю.
Нормы несимметрии напряжений практически не изменились, за исключением требования времени усреднения.
Показатели искажения синусоидальности существенно изменены. Согласно ГОСТ 13109-97, искажения синусоидальности напряжения характеризуются коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентами n-й гармонической составляющей напряжения, при этом учитываются только составляющие спектра на гармонических частотах, кратных основной частоте. Данных показателей достаточно для характеристики стационарных гармонических сигналов.
Для характеристики нестационарных процессов в новых ГОСТах введены требования к группированию составляющих спектра на гармонических частотах с группами близко расположенных комбинационных (интергармонических) составляющих. Поэтому показателями КЭ, относящимися к несинусоидальности напряжения, являются:
• значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка Кщп) в процентах напряжения основной гармонической составляющей U в точке передачи электроэнергии;
• значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей) KU, % в точке передачи электроэнергии.
Введены параметры, связанные с оценкой интергармоник - интергармоническая группа и интергармоническая подгруппа, под которыми соответственно понимается: сумма всех спектральных составляющих между двумя соседними гармоническими составляющими и сумма спектральных составляющих между двумя соседними гармоническими составляющими, не включая спектральные составляющие непосредственно примыкающих к самим гармоническим составляющим.
Средства измерений
Принципиальным отличием является введение в ГОСТ Р 51317.4.30-2008 двух классов средств измерения показателей качества электрической энергии: A ("advanced") - "повышенного типа" и S ("survey") - "для наблюдений". Кроме того, имеется класс В, установленный для того, чтобы избежать признания существующих
средств измерений устаревшими. Для каждого класса установлены методы измерения различных показателей КЭ и требования к характеристикам средств измерений.
Средства измерений класса А могут применяться при проведении точных измерений - сертификационных, претензионных испытаниях, при проверке соответствия условиям договоров и т.д. Приборы класса S допускаются к применению при проведении обследований и непрерывного мониторинга, при оценке КЭ с использованием статистических методов, в том числе при ограниченной номенклатуре показателей. Требования точности действующего ГОСТа существенно ниже, чем требования нового. Так, неопределенность измерения значения и установившегося отклонения напряжения класса А ±0,1 % (по ГОСТ 13109-97 ± 0,2 %), значения и отклонения частоты ± 0,01 Гц (по ГОСТ 13109-97 ± 0,03 Гц). Требования к точности измерений класса S примерно в пять раз ниже, чем класса А.
Неопределенность установки времени
В ГОСТе Р 51317.4.30-2008 установлены требования к точности установки времени для измерений по классу А. Значение неопределенности измерений времени не должно превышать ± 20 мс. Это возможно достигнуть периодической синхронизацией с помощью приемников ГЛОНАСС, GPS или другим способом приема радиосигналов единого точного времени. В случае нарушения синхронизации допустимое отклонение текущего времени при измерениях по классу А не должно превышать 1 с за 24 часа. При сертификационных испытаниях, когда используется более чем одно средство измерения класса А, устанавливаемые в разных местах, требование 20 мс неопределенности является необходимым. Для класса S синхронизация не требуется, но неопределенность измерения текущего времени не должна превышать ± 5 с за 24 часа.
Интервалы объединения
По ГОСТу 13109-97 показатели КЭ определяются на различных основных интервалах времени: от 0,1 до 0,5 с при усреднении на интервале времени 3 с, 20 с (отклонение частоты) или 1 мин (для отклонений напряжения) в течение каждых 24 часов недельного цикла измерения.
ГОСТ Р 51317.4.30-2008 устанавливает нормы показателей КЭ в виде значений, измеренных на едином интервале времени измерений класса А, равном 10 периодам напряжения сети 50 Гц (0,2 с) с объединением (ранее - усреднением) результатов измерений на каждом интервале времени 10 мин в течение недели. Объединение означает нахождение корня квадратного из среднего значения квадратов объединяемых значений. Объединенное значение величины на интервале, времени 10 минут должно включать метку текущего времени. Кроме того, требуется информация на объединенных интервалах времени 3 с и 2 ч.
Для классов точности А пропуски интервалов времени не допускаются. Приборы, соответствующие ГОСТу 13109-97, допускают применение интервалов измерения от 5 до 25 периодов с возможностью пропусков между ними.
Маркирование результатов измерения
Требование маркирования результатов измерений при наличии провалов, прерываний напряжения и перенапряжений в ГОСТе 13109-97 отсутствует. В новые ГОСТы оно введено для устранения возможности получения недостоверного результата. Суть его сводится к тому, что во время обнаружения провала напряжения, перенапряжения или прерывания напряжения остальные измеряемые параметры маркируются. Это позволяет избежать учета единственного события более чем один раз для различных показателей (например, учета единственного провала напряжения как одновременного провала напряжения и отклонения несимметрии напряжения, © Проблемы энергетики, 2012, № 3-4
частоты и т.д.). Маркирование требуется выполнять при проведении измерений с характеристиками классов А и S показателей КЭ, относящихся к частоте, значению напряжения, дозе фликера, несимметрии напряжений, гармоникам и интергармоникам напряжения, напряжениям сигналов передачи данных и при измерениях отрицательного и положительного отклонений напряжения.
Изменен расчетный интервал времени измерений показателей КЭ для оценки их соответствия требованиям стандарта - 1 неделя. Интервал оценки показателей КЭ равный 24 часам не используется.
Кроме того, в новых ГОСТах установлен ряд показателей КЭ, отсутствующих в ГОСТе 13109-97, в том числе, для сигналов, передаваемых по электрическим сетям, провалов напряжения, перенапряжений и прерываний напряжения.
Выводы:
1. Средства измерения показателей КЭ, используемые в настоящее время удовлетворяющие требованиям ГОСТ 13109-97 с 1.01.2013 г., не могут быть допущены для проведения сертификационных испытаний, так как они не удовлетворяют требованиям к точности получаемых результатов измерений, процедурам объединения результатов измерений и т. д.
2. Необходимо провести анализ номенклатуры имеющихся средств измерений и анализаторов показателей КЭ, внесенных в Государственный реестр средств измерений с целью выбора средств измерения класса А.
3. Аккредитованные испытательные лаборатории, желающие и в дальнейшем проводить сертификационные испытания КЭ, либо должны приобрести новый парк средств измерений класса А, либо модернизировать имеющиеся средства измерений.
4. Требуется не только модернизация аппаратной части и программного обеспечения, но и, согласно новым требованиям, обеспечение с помощью систем Глонас или GPS временной синхронизации с системой единого времени.
5. Учитывая серьезные изменения модернизированных и новых средств измерений КЭ, изменения программного обеспечения, потребуется внеочередное повышение квалификации специалистов аккредитованных испытательных лабораторий.
6. Продолжительность сертификационных испытаний остается неизменной, но периодические контрольные испытания потребуют существенно большего времени. Так, по ГОСТ 13109-97 периодические испытания проводятся в течение 3 суток. По новому ГОСТу все виды испытаний должны проводиться не менее 7 полных суток.
Все это означает увеличение стоимости и трудоемкости сертификационных и периодических испытаний КЭ, затраты на которые должны относиться на себестоимость электрической энергии. Но эти затраты неизбежны и необходимы, так как способствуют улучшению КЭ и установлению требований КЭ, близких к показателям европейских стран.
Summary
New State Standard of electrical energy quality GOST R54149-2010 "Electrical energy. Electromagnetic compatibility of technical means. Quality norms of electrical energy in the electric supply systems of general purpose." is coming into force in the Russian Federation since January, 2013. The Standard 13109-97 under the same name is still in force at present. This article is discussing the main differences of standards, and transition to the new standard outcome for the network organizations as well as for those carrying out electrical energy quality certifying and periodical testing.
Key words: indices, norms, quantity, triphase, monophase, alternating current.
Литература
1. ГОСТ Р 54149-2010 "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии (КЭ) в системах электроснабжения общего назначения". М.: Стандартинформ. 2010.
2. ГОСТ Р 51317.4.30-2008 (МЭК 61000-4-30:2008). Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. М.: Стандартинформ. 2008.
3. ГОСТ Р 51317.4.7-2008 (МЭК 61000-4-30:2008). Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандартинформ. 2008.
4. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 1998.
5. ГОСТ Р 53333-2008. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 2009.
Поступила в редакцию 07 марта 2012 г.
Наумов Анатолий Алексеевич - д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (842)5194275. E-mail: naumov@hitv.ru.
Жуков Виталий Геннадьевич - заведующий отделом ЗАО «Республиканский сертификационный методический центр Тест-Татарстан».
Кубарев Юрий Григорьевич - д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Даутов Осман Шакирович - д-р техн. наук, профессор кафедры «Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
Тарасова Наталья Александровна - канд. техн. наук, доцент кафедры "«Теоретические основы электротехники» (ТОЭ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
