О показателях качества электрической энергии. Нормы ГОСТ 32144-2013

УДК 621311 А. В. ДЕД

А. В. ПАРШУКОВА

Омский государственный технический университет

О ПОКАЗАТЕЛЯХ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. НОРМЫ ГОСТ 32144-2013

Рассмотрены актуальные вопросы нормативной документации, характеризующей нормы показателей качества электрической энергии. Ключевые слова: качество электрической энергии, отклонение напряжения, отклонение частоты.

Электрическая энергия является одним из основных компонентов, необходимых для процесса производства. Качество электроэнергии оказывает значительное влияние на технико-экономические характеристики и надежность работы электрооборудования. Показатели, характеризующие качество электрической энергии, выходя за допустимые пределы в совокупности с другими факторами приводят к экономическим потерям из-за неоптимальной работы электроприемников и увеличению брака продукции.

Качество электроэнергии характеризуется таким понятием, как показатели качества электроэнергии, для каждого из которых установлены свои соответствующие нормы.

Начиная с 1967 года и в последующих редакциях 1987 г. и 1997 г. единственным нормативным документом, устанавливающим в России номенклатуру и нормы показателей качества электрической энергии, и основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей качества электроэнергии, был 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 средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Тем не менее ввиду объективных трудностей по выполнению требований ГОСТ Р 54149-2010, в том числе и необходимости модернизации приборного парка, позволяющего проводит измерения на соответствие вышеуказанному ГОСТу, Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), в соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническомрегулировании», 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 54149-2010 или 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 EN 50160:2010 и, несмотря на идентичность структуры этих двух стандартов, нормы по отдельным показателям качества электроэнергии значительно отличаются [3].

Это вызвано тем, что в ГОСТ 54149-2010 оставлена часть прежних показателей из ГОСТ 13109-97.

В результате приказом Росстандарта от 22 июля 2013 г. № 400-ст с 1 июля 2014 года ГОСТ Р 541492010 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]. Оценка соответствия нормам проводится в течение расчетного интервала в одну неделю

Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для рабо-ты 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 [6].

Если 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, запланированных 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.

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 актуальнымявля-ется 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].

Показателями качества электрической энергии, относящимся 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 возмож-

№

ных 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. Неблагоприятная обстановка в области нормативной базы по контролю, анализу и средствам измерения качества электроэнергии привела к потери интереса к контролю качества электроэнергии не только в промышленности, но и в других отраслях нашей экономики.

Тем не менее нельзя не учитывать тот факт, что с введением ГОСТ 32144-2013 вопрос о поддержании качества электрической энергии, в условиях нынешнего состояния энергосистем, становится актуальным не только для энергоснабжающих организаций, но также и для потребителей.

Теперь 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. — Введ. 1999.01.01. — М. : Изд-во 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]. - URL: http://docs.cntd.ru/ document/902377181 (дата обращения: 30.09.2014).

3. EN 50160:2010. Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. — URL: http://shop. bsigroup.com/ProductDetail/?pid = 000000000030240038 (дата обращения: 30.09.20140).

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. — Введ. 2014.07.01. — М. : Стандартин-форм, 2013. - 10 с.

6. ГОСТ Р 50397-2011. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения. — Введ. 2012.08.01. — М. : Стандартинформ, 2013. — 62 с.

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. Лютаре-вич, 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, В. Н. Горюнов, А. А. Планков, О. А. Сидоров // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2011. — № 3 (103). — С. 214 — 217.

10. Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электрической энергии / А. Г. Лютаревич, В. Н. Горюнов, С. Ю. Долингер, К. В. Хацевский // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 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. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2009. — № 1 (77). — С. 133 — 138.

12. Дополнительные потери мощности в электрических сетях при несимметричной нагрузке / А. В. Дед, А. И. Волынкин, М. Ю. Денисенко, Н. В. Кириченко, Е. С. Сухов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2013. — № 1 (117). — С. 157 — 158.

ДЕД Александр Викторович, старший преподаватель кафедры электроснабжения промышленных предприятий.

Адрес для переписки: ded_av@mail.ru ПАРШУКОВА Александра Витальевна, магистрант гр. ЭЭМ-514 факультета элитного образования и магистратуры.

Адрес для переписки: ded_av@mail.ru

Статья поступила в редакцию 01.10.2014 г. © А. В. Дед, А. В. Паршукова