CC BY
83Энергетика. Автоматика
УДК 621.31
Н.С. Бодруг
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РОССИЙСКИХ СТАНДАРТОВ И СТАНДАРТОВ ЕВРОСОЮЗА ПО КАЧЕСТВУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В статье предпринята попытка провести сравнительный анализ российского стандарта и стандартов Евросоюза по качеству электроэнергии, рассмотрены показатели качества электроэнергии.
Ключевые слова: качество электроэнергии, стандарт, показатели качества электроэнергии, нормы, электрическая энергия.
THE COMPARATIVE ANALYSIS OF THE RUSSIAN STANDARDS AND STANDARDS OF THE EUROPIAN UNION ON QUALITY OF THE ELECTRIC POWER
The article gives a comparative analysis of the Russian standards and standards of the European Union on quality of the electric power. It is also spoken in detail about the merit indexes of the electric power.
Key words: quality of the electric power, standard, merit indexes of the electric power, rate, electric power.
В качестве государственного стандарта Российской Федерации Постановлением Государственного Комитета РФ по стандартизации, метрологии и сертификации от 28 августа 1998 г. № 338 был введен в действие с 01.01.1999 г. межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
ГОСТ 13109-97 соответствует международным стандартам МЭК 868, МЭК 1000-3-2, МЭК 1000-3-3, МЭК 1000-4-1 и публикациям МЭК 1000-2-1, МЭК 1000-2-2 в части уровней электромагнитной совместимости в системах электроснабжения и методов измерения электромагнитных помех [1].
Данный стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).
Нормы КЭ, устанавливаемые стандартом ГОСТ 13109-97, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей электрической энергии (приемников электрической энергии).
Нормы, установленные стандартом ГОСТ 13109-97, подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей электрической энергии и в договоры на пользование электрической энергией между электроснабжающими организациями и потребителями электрической энергии.
21 декабря 2010 г. Министерством промышленности и торговли Российской Федерации, Федеральным агентством по техническому регулированию метрологии был введен приказ № 904-ст «Об утверждении национального стандарта» в соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Утвержден для добровольного применения национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», дата введения - 2014 г. Стандарт закреплен за Управлением технического регулирования и стандартизации [2].
Данный стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжения систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц.
В стандарте учтены основные нормативные положения европейского стандарта ЕН 50160:2010 «Характеристики напряжения электричества, поставляемого общественными распределительными сетями» (EN 50160:2010 «Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks») [3].
Настоящий стандарт предназначен для применения при установлении и нормировании показателей КЭ, связанных с характеристиками напряжения электропитания, относящимися к частоте, значениям и форме напряжения, а также к симметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения. Данные характеристики напряжения подвержены изменениям из-за изменений нагрузки, влияния кондуктивных электромагнитных помех, создаваемых отдельными видами оборудования, и возникновения неисправностей, вызываемых, главным образом, внешними событиями. В результате возникают случайные изменения характеристик напряжения во времени в любой отдельной точке передачи электрической энергии пользователю электрической сети, а также случайные отклонения характеристик напряжения в различных точках передачи электрической энергии в любой конкретный момент времени.
Нормы КЭ, установленные в настоящем стандарте, не рассматриваются в качестве уровней электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех и предельных значений кондуктивных электромагнитных помех, создаваемых оборудованием электроустановок потребителей электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
В Европе основной регламентирующий документ для оценки качества напряжения -EN50160:2010 («Характеристики напряжения электричества, поставляемого общественными распределительными сетями»).
Нормы ЕН 50160:2010 разработаны для сетей низкого напряжения - трехпроводных сетей 230 кВ и сетей среднего напряжения 1-35 кВ.
Данный стандарт поддерживается ассоциацией из нескольких стран (Франция, Германия, Венгрия, Италия, Польша, Россия, Скандинавия, Испания, Великобритания, Бенилюкс). С 1994 г. стандарт ЕN 50160 имеет статус норм ФРГ; эти нормы приняты также (с 15.06.1995 г.) в качестве национального стандарта Норвегии. Нормы ЕN 50160 действуют в Дании и Польше.
Американский стандарт 1ЕЕЕ Std 519 разработан Национальным институтом стандартизации АNSI и Институтом инженеров-электриков и электронщиков IEEE. Кроме собственно стандарта, представлены также руководство для пользования и рекомендации для практики [4].
Австралийский стандарт в разделе, относящемся к электрооборудованию промышленности (AS/NZS 61000.3.6:2001 Electromagnetic compatibility (EMC) - Limits - Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems (IEC 61000-3-6:1996)), имеет три части. Первая и третья определяют возможность и порядок подключения электрооборудования к сети. Во второй даны нормы, определяющие допустимые значения отдельных параметров качества электроэнергии
[5].
Стандарт ЮАР («ЕSКОМ») основан на стандартах МЭК с учетом условий эксплуатации энергосистем в Южной Африке и распространяется на сети напряжением 1,1 - 44 кВ. МЭК разработан ряд документов, нормирующих уровни ВГ в электрических сетях бытового назначения, а также в промышленных сетях. Стандарт №С 1000-2-4 относится к сетям низшего и среднего напряжения; допустимые уровни ВГ определены в зависимости от класса электрической сети. Различают три класса.
I класс - электрические сети с оборудованием, весьма чувствительным к различного рода неполадкам (например, ФКУ, БК и т.д.);
II класс относится к узлам питания со стороны ЭС и узлам внутризаводской сети [6];
III класс относится только к внутризаводским сетям с ВП.
Швеция, принимавшая активное участие в разработке стандарта ЕN 50160, тем не менее, продолжает использовать установленный ранее стандарт SS4211811 [7].
Нормы качества электроэнергии Китая указаны в стандарте GВ/Т 15543-2008 [8].
В табл. 1-6 сопоставлены нормы качества электроэнергии указанных в стандартах ГОСТ 13109-97, ГОСТ 32144-2013, ЕН 50160:2010, 1ЕЕЕ Std 519, AS/NZS 61000.3.6:2001, 1ЕС 1000-2-4, SS4211811, ОВ/Т 15543-2008.
Таблица 1
Отклонение частоты
Документ Отклонение частоты. Нормы и требования
ГОСТ 13109-97 Нормально допустимые значения - + 0,2 Гц, Предельно допустимые - + 0,4 Гц (за 20 сек.)
ГОСТ 32144-2013 Нормально допустимые значения - + 0,2 Гц в течение 95% времени в неделю, предельно допустимые - + 0,4 Гц в течение 100% времени в неделю (за 10 сек.)
ЕН 50160:2010 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 1% (+ 0,5 Гц) в течение 95 % времени в неделю и 4-6 % (+ 2 - - 3 Гц) в течение 100% времени в неделю
1ЕЕЕ Std 519 4 % от величины наименьшего фазного напряжения
AS/NZS 61000.3.6 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 1% + 1 % (+ 0,5 Гц) в течение 95% времени в неделю + 1 % (+ 0,5 Гц) в течение 95% времени в неделю + 2 % (+ 1 Гц) в течение 95% времени в неделю
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 Класс 2 Класс 3
SS4211811
ОВ/Т 15543-2008 Нормально допустимые значения - + 0,2 Гц в течение 95% времени в неделю, предельно допустимые - + 0,4 Гц
Таблица 2 Отклонение напряжения
Документ Отклонение напряжения. Нормы и требования
1 2
ГОСТ 13109-97 Нормально допустимые значения на зажимах ЭП - + 5% номинального напряжения, предельно допустимые - + 10%
ГОСТ 32144-2013 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10%, номинального - в течение 100% времени в неделю (10 мин.)
ЕН 50160:2010 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10% номинального в течение
95% времени в неделю (10 мин.)
1ЕЕЕ Бга 519 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 5 %
ЛБ/ЫгБ 61000.3.6 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 5%
Продолжение табл. 3
1 2
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 Класс 2 Класс 3 Для сетей низкого напряжения - + 8 % Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10 % Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10^15% (если отклонения напряжения длятся более 60 с, то их значение не должно превышать + 10%)
ББ4211811 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10%
ОВ/Т 15543-2008 Для сетей низкого и среднего напряжения - + 10%
Таблица 3 Быстрые изменения напряжения
Документ Быстрые изменения напряжения. Нормы и требования
Размах изменения напряжения (рис., кривые 1 и 2). Нормируются допустимое значение в точках общего присоединения к электрическим сетям
ГОСТ 13109-97 Доза фликера: кратковременная - 1,38 и 1,0 (при лампах накаливания и высоких требованиях к освещенности), длительная - 1,0 и 0,74 (нормируются в точках общего присоединения) Провал напряжения. Стандартные значения не определены
ГОСТ 32144-2013 Доза фликера: длительная - не более 1,0 в течение 100% времени в неделю, кратковременная - не более 1,38 в течение 100% времени в неделю Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения не более 5%, для сетей среднего напряжения - не более 4%
Размах изменения напряжения (рис., кривая 2)
ЕН 50160:2010 Доза фликера: длительная - не более 1,0 в течение 95% времени в неделю Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения 10-50%, для сетей среднего напряжения - 10-15%
1ЕЕЕ Бга 519 Провал напряжения от 0,5 периода до 1 мин.
ЛБ/ЫгБ 61000.3.6 Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения 10-50%, для сетей среднего напряжения - 10-15%
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 и 2 Размах изменения напряжения (рис., кривая 2)
Класс 2 Доза фликера: длительная - не более 1,0
Класс 1 Провал напряжения. Длительность - до 10 мс, при глубине до 100%
Класс 2 и 3 Провал напряжения. Длительность - от 10 мс до 3 с, при глубине до 100%
Размах изменения напряжения (рис., кривая 2)
ББ4211811 Доза фликера: длительная - не более 1,0 в течение 95% времени в неделю Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения 10-50%, для сетей среднего напряжения - 10-15%
ОВ/Т 15543-2008 Провал напряжения. Для сетей низкого напряжения 10-50%, для сетей среднего напряжения - 10-15%
Стандартом ГОСТ 13109-97 нормируется значение коэффициента п-й гармонической составляющей в электрических сетях трехфазного и однофазного тока общего назначения. Предельно
600 300 120 60 30 12 6 3 1,5 I 0,6 0,3 0,1 0,06 0.03 0,012 допустимое значение принимается равным полуторакратному значению в сравнении с приведенным
в ГОСТ. Расчетное время составляет 24 часа. Эти значения, соответствующие вероятности 95%, также не должны превышать нормально допустимых значений, приведенных в указанных таблицах Кривые зависимости предельно допускаемых размахов изменения напряжения от чистоты повторения этих изменений за минуту колебаний, имеющих форму меандра: 1, 2 - при низких и высоких уровнях освещенности.
Таблица 4
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
Документ Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Нормы и требования
ГОСТ 13109-97 Для сетей 0,38 кВ: нормально допустимое - 8%, предельное - 12%; для сетей 6 - 20 кВ: нормально допустимое - 5%, предельное - 8%; для сетей 35 кВ: нормально допустимое - 4%, предельное - 6 %; для сетей 110 - 330 кВ: нормально допустимое - 2%, предельное - 3%
ГОСТ 32144-2013 Для напряжения 0,38 кВ - не более 8%, 6-25 кВ - не более 5%, 35 кВ - не более 4%, 110-220 кВ - не более 2% в течение 95% в неделю. Для напряжения 0,38 кВ - не более 12%, 6-25 кВ - не более 8%, 35 кВ - не более 6%, 110-220 кВ - не более 3% в течение 95% в неделю.
ЕН 50160:2010 Для сетей низкого и среднего напряжения (0,38 - 35 кВ) - 8% в течение 95% в неделю
1ЕЕЕ 8га 519 Для сетей низкого и среднего напряжения (0,38 - 35 кВ) - 8% в течение 95% в неделю
Л8/Ж8 61000.3.6 Для напряжения не более 33 кВ - 5%, 22-66 кВ - 3%, более 100 кВ - 1,5%
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 Класс 2 Класс 3 Для сетей низкого напряжения - 5% в течение 95 % времени в неделю Для сетей 0,38 - 35 кВ - 8% в течение 95% времени в неделю Для сетей 0,38 - 35 кВ - 10% в течение 95% времени в неделю
884211811 На все напряжения не более 6%
ОВ/Т 15543-2008 Для напряжения 0,38 кВ - не более 5%, 6-10 кВ - не более 4%, 35-66 кВ - не более 3%, 110-220 кВ - не более 2%
Таблица 5 Коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения
Документ Коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения. Нормы и требования
ГОСТ 13109-97 Таблица 5.1
ГОСТ 32144-2013 Таблица 5.2, 5.3, 5.4
ЕН 50160:2010 Таблица 5.5
1ЕЕЕ Бга 519 Таблица 5.6
ЛБ/ЫгБ 61000.3.6 Для нечетных гармоник: до 33 кВ - 4%, 22-66 кВ - 2 кВ, не более 100 кВ -1%. Для четных гармоник: до 33 кВ - 2%, 22-66 кВ - 1 кВ, не более 100 кВ - 0,5%.
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Не допускаются
ББ4211811 Для каждой из нечетных ВГ - 4%, четных - 1%, в течение 10-мин. интервала в сутки
ОВ/Т 15543-2008 Для нечетных гармоник: 0,38 кВ - 4%, 6-10 кВ - 3,2 кВ, 35-66 кВ - 2,4%, 110220 кВ - 1,6% Для четных гармоник: 0,38 кВ - 2%, 6-10 кВ - 1,6 кВ, 35-66 кВ - 1,2%, 110220 кВ - 0,8%
Таблица 6 Кратковременные перерывы питания
Документ Кратковременные перерывы питания. Нормы и требования
ГОСТ 13109-97 Не нормируются
ГОСТ 32144-2013 Для сетей от нескольких десятков до нескольких сотен в год. Длительные прерывания - более 3 мин. и кратковременные - менее 3 мин.
ЕН 50160:2010 Для сетей низкого и среднего напряжения (до 3 мин.) от нескольких десятков до нескольких сотен в год, продолжительностью 70% из них - не более 1 сек.
1ЕЕЕ Бга 519 Малой длительности - 0,5-30 периодов Средней длительности - от 30 периодов до 2 сек Большой длительности - от 2 сек. до 2 мин. Продолжительные - более 2 мин.
ЛБ/ЫгБ 61000.3.6
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 Класс 2 Класс 3 Не допускаются Не нормируются Допускаются до 60 с
ББ4211811 Для сетей низкого и среднего напряжения (до 3 мин.) от нескольких десятков до нескольких сотен в год, продолжительностью 70% из них - не более 1 сек.
ОВ/Т 15543-2008 Не нормируются
Для ГОСТ 32144-2013 значение коэффициента п-й гармонической составляющей установлены следующие нормы:
а) значения гармонических составляющих напряжения, усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать значений, установленных в таблицах ГОСТ, в течение 95% времени интервала в одну неделю;
б) значения гармонических составляющих напряжения, усредненные в интервале времени 10 мин., не должны превышать значений, установленных в таблицах ГОСТ, увеличенных в 1,5 раза, в течение 100% времени каждого периода в одну неделю.
Стандарт ЕК 50160 предусматривает, что в нормальных режимах в каждые сутки в любом 10-минутном интервале в течение 95% времени усредненные величины действующих значений ВГ
напряжения должны быть меньше или равны величинам, приведенным в стандарте. В документе отмечено, что величины ВГ порядков п> 25 не приведены, поскольку они обычно малы и их прогнозирование весьма затруднено в связи с резонансными явлениями. Нормы ЕК 50160 разработаны для сетей низкого напряжения - трехпроводных сетей 230 В и сетей среднего напряжения 1-35 кВ. В рассматриваемом документе отмечено возрастание уровней интергармоник как следствие расширения использования преобразователей частоты и подобных устройств. Допустимые уровни их не приводятся, необходимо накопление данных.
Стандарт 1ЕЕЕ Std 519 включает таблицы предельно допустимых значений ВГ тока, генерируемых потребителями распределительных сетей, сетей среднего (69-161 кВ) и высшего (более 161 кВ) напряжений, а также предельно допустимых искажений напряжения.
Таблица 7
Коэффициент несимметрии напряжения
Документ Коэффициент несимметрии напряжения. Нормы и требования
ГОСТ 13109-97 По обратной последовательности: нормально допустимое значение - 2%, предельное - 4% (3 сек.) По нулевой последовательности: нормально допустимое значение - 2%, предельное - 4% (3 сек.)
ГОСТ 32144-2013 По обратной и нулевой последовательности - 2% в течение 95% времени в неделю в интервале 10 мин. По обратной и нулевой последовательности - 4 % в течение 100% времени в неделю в интервале 10 мин.
ЕН 50160:2010 Нормируется только коэффициент несимметрии по обратной последовательности - 2% в течение 95 % времени в неделю
1ЕЕЕ Std 519 Коэффициент несимметрии по обратной последовательности - 2%
AS/NZS 61000.3.6 По обратной и нулевой последовательности - 2%
1ЕС 1000-2-4 (МЭК) Класс 1 Класс 2 Класс 3 Нормируется только коэффициент несимметрии по обратной последовательности: 2% в течение 95% времени в неделю 2% в течение 95% времени в неделю 3 % в течение 95% времени в неделю
SS4211811 Нормируется только коэффициент несимметрии по обратной последовательности - 2% в течение 95% времени в неделю
ОВ/Т 15543-2008 По обратной и нулевой последовательности - 2%
Анализ данных таблиц позволяет сделать следующие выводы:
1. Требования ГОСТ 13109-97 и ГОСТ 32144-2013к основным показателям качества электроэнергии (отклонение частоты и напряжения, коэффициент несинусоидальности) в 2-3 раза жестче, чем в странах МЭК и Евросоюза.
2. Существуют разные подходы к нормированию уровней ЭМС. Стандарты МЭК и Евросоюза устанавливают их в различных точках электрических сетей, к которым подключаются разные ЭП.
3. Согласно ГОСТ 32144-2013 все измерения должны быть проведены по ГОСТ 51317.4.302008. Это принципиальное отличие от стандарта ГОСТ 13109-97, именно оно позволяет выстроить единую систему требований к построению системы контроля качества электрической энергии.
4. В рассмотренных стандартах есть отличия по времени интеграции показателей качества электроэнергии:
медленные отклонения напряжения - время интеграции 10 мин. вместо 1 мин. в ГОСТ 13109-97; важно отметить, что в старом стандарте данный ПКЭ назывался «установившиеся отклонения напряжения»;
фликер - нет изменений по времени интеграции между старым и новым стандартом, 10 мин. для кратковременного и 2 часа - для длительного фликера;
несимметрия напряжений - время интеграции 10 мин. вместо 3 сек. в старом стандарте;
гармонические составляющие напряжения - время интеграции 10 мин. вместо 3 сек. в старом стандарте.
5. В новом ГОСТ 32144-2013 и стандартах Евросоюза введены новые категории событий:
интергармонические составляющие напряжения. Уровень интергармонических составляющих
напряжения электропитания увеличивается в связи с применением в электроустановках частотных преобразователей и другого управляющего оборудования. Допустимые уровни интергармонических составляющих напряжения электропитания находятся на рассмотрении;
напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям. Допустимые уровни напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям, и методы оценки соответствия находятся на рассмотрении.
6. В протоколе измерения ПКЭ, разработанном на основе ГОСТ 32144-2013, добавлены таблицы классификации провалов напряжения, прерываний напряжения и перенапряжений, которые имеются в стандартах МЭК и Евросоюза.
7. В ГОСТ 32144-2013 рассматривается вопрос о допустимых уровнях напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям, но методы оценки соответствия требованиям находятся еще на рассмотрении. В ЕН 50160: 2010 этот вопрос рассмотрен.
8. В новом стандарте для медленных отклонений напряжения убраны режимы наименьших и наибольших нагрузок. Кроме того, ранее для данного ПКЭ в старом стандарте существовали нормально допустимые и предельно допустимые значения: ±5 и ±10%, а выход за эти пределы фиксировался показателями Т1 и Т2. Теперь в протоколе указываются только предельно допустимые значения и время Т2. Сами пределы определяются границами ±10% от номинального напряжения.
1. ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». - М.: Стандартинформ, 2006. - 32 с.
2. ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». - М.: Стандартинформ, 2014. - 20 с.
3. EN 50160:2010 «Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution networks» (ЕН 50160:2010 «Характеристики напряжения электричества, поставляемого общественными распределительными сетями»).
4. IEE Std 519 - 1993 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems.
5. AS/NZS 61000.3.6:2001 Electromagnetic compatibility (EMC) - Limits - Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems (IEC 61000-3-6:1996) (Электромагнитная совместимость (ЭМС) -Ограничения - оценка предельных выбросов для нелинейной нагрузки на среднего и высокого напряжения питания (IEC 61000-3-6:1996)).
6. AC Sources for IEC 1000 Harmonics and Flicker Testing (Международый стандарт МЭК (Международная электротехническая комиссия) 1000).
7. SS4211811 (Стандарт качества электроэнергии в Швеции).
8. GB/T 15543-2008. Power quality - Three-phase voltage unbalance.
