Энергосбережение

Более сорока лет единственным в стране нормативным документом, устанавливающим в России как номенклатуру показателей качества электрической энергии (КЭ) и нормы КЭ, так и основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей КЭ, является стандарт ГОСТ 13109 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (последовательно в редакциях 1967, 1987 и 1997 гг.).
С 2013 года в действие вступит новый стандарт - ГОСТ Р 54149-2010. Подробнее о его основных положениях и отличиях от ныне действующего документа – в материале одного из разработчиков стандарта Владимира Васильевича Никифорова.

НОВЫЙ СТАНДАРТ ПО КАЧЕСТВУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Основные положения и отличия от ГОСТ 13109-97

Владимир Никифоров, заместитель генерального директора, научный руководитель ООО «ЛИНВИТ», г. Москва

Значение ГОСТ 13109 для организации работ по обеспечению КЭ бесспорно, особенно в последнее десятилетие, когда появились новые средства измерения показателей КЭ (ПКЭ), основанные на требованиях ГОСТ 13109-97 и детализированных методах измерения и обработки результатов измерений в РД 153-34.0-15.501-00 «Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии». В немалой степени этому способствовало введение обязательной сертификации электроэнергии, обусловившее резкое повышение спроса на средства измерения КЭ и методы организации контроля и управления КЭ.

Однако в 2000-е годы произошли структурные изменения в электроэнергетике, осуществлен переход к рыночным отношениям. Принят ряд законодательных и нормативно-правовых актов, в том числе Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003 № 35-ФЗ, Федеральный закон от 26.03.2003 № 36 ФЗ «Об особенностях функционирования электроэнергетики в переходный период», Постановления Правительства РФ от 27.12.2004 № 861 и от 31.08.2006 № 530, в которых установлена необходимость обеспечения КЭ субъектами электроэнергетики в рамках своей ответственности.

Кроме того, в последние годы Международной электротехнической комиссией (МЭК) опубликованы новые стандарты, устанавливающие положения, относящиеся к номенклатуре показателей КЭ, методам и средствам измерения КЭ: МЭК 61000-4-30: 2008, МЭК 61000-4-7: 2002 с Изменением 1: 2008 [1, 2]. В связи с этим в РФ были введены в действие гармонизированные с международными стандартами ГОСТ Р 51317.4.30-2008 и 51317.4.7-2008 [3, 4]. Таким образом, у нас впервые появились специальные стандарты по методам измерения и требованиям к средствам измерения КЭ, которые, однако, существенно отличаются от ГОСТ 13109-97. В сентябре 2010 г. был утвержден европейский стандарт, устанавливающий нормы КЭ, применяемые в странах ЕС, – ЕН 50160: 2010 [5].

Наконец, масштабные испытания электрической энергии, проведенные в последние пять лет в распределительных сетях в различных регионах в рамках периодического контроля КЭ и сертификационных испытаний, выявили некоторые недостатки ГОСТ 13109-97, требующие исправления. К ним, в частности, относится неучет отличий требований к КЭ в локальных изолированных системах электроснабжения общего назначения от требований к КЭ в системах электроснабжения общего назначения, присоединенных к Единой энергетической системе России, ответственности потребителей за обеспечение КЭ, сложности обеспечения нормативных требований к отклонениям напряжения на зажимах конечных электроприемников.
Эти факты и обстоятельства обусловили необходимость коренного пересмотра ГОСТ 13109-97, по сути, разработки нового стандарта по КЭ.

Цель разработки

Целью разработки стандарта было введение в действие в РФ нового нормативного документа по требованиям к КЭ, отвечающего рыночным отношениям в электроэнергетике и экономике страны, учитывающего рекомендации и положения международных стандартов и новых национальных стандартов по методам и средствам измерения и оценки показателей КЭ, а также сближение структуры и положений данного стандарта с европейским стандартом ЕН 50160: 2010.

Новый стандарт по КЭ ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» разработан ООО «ЛИНВИТ» и Техническим комитетом по стандартизации ТК 30 «Электромагнитная совместимость технических средств» в рамках Программы национальной стандартизации, утвержденной в 2009 году Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, предусматривающей пересмотр ГОСТ 13109–97.

Приказом Росстандарта ввод в действие ГОСТ Р 54149-2010 определен с 01.01.2013 с одновременным прекращением действия ГОСТ 13109-97.

Разработчики ГОСТ Р 54149-2010 ставили перед собой задачу сохранения преемственности с ГОСТ 13109 с учетом ряда основных нормативных положений ЕН 50160: 2010.

Структура нового ГОСТа

Основные отличия ГОСТ Р 54149-2010 от действующего ГОСТ 13109-97 относятся к:

• области применения стандарта;
• его структуре и содержанию;
• терминам и их определениям;
• определениям и нормированию ПКЭ;
• ответственности за КЭ сетевых организаций и потребителей;
• учету требований к КЭ в изолированных системах электроснабжения;
• требованиям к контролю и измерениям ПКЭ.

Структуру и содержание ГОСТ Р 54149-2010 определяют следующие разделы:

• Область применения.
• Нормативные ссылки.
• Термины и определения.
• Показатели и нормы качества электрической энергии.
• Справочные приложения (статистические данные).

Разделы о методах расчетов и измерений показателей КЭ, о требованиях к соответствующим средствам измерений, методам контроля КЭ в системах электроснабжения, содержащиеся в ГОСТ 13109-97, в настоящем стандарте отсутствуют. Они содержатся в указанных выше специальных национальных стандартах ГОСТ Р 51317.4.30-2008 и ГОСТ Р 51317.4.7-2008.

Таким образом, структура ГОСТ Р 54149-2010 приведена в соответствие с общепринятой международной практикой: требования к КЭ – в одних стандартах, методы измерения и требования к средствам измерения, отвечающим этим методам, – в других. В этом смысле новый стандарт по структуре сближен с ЕН 50160: 2010.

Область применения ГОСТ Р 54149-2010: настоящий стандарт устанавливает 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.

Это требование существенно отличает новый стандарт от ГОСТ 13109-97, в котором нормы КЭ отнесены к точкам общего присоединения (за исключением установившегося отклонения напряжения), и более отвечает условиям рыночной экономики. Именно в точках передачи происходит обращение электроэнергии в соответствии с договором на поставку или на услуги по передаче электроэнергии установленного качества, ответственность за которое несет сетевая организация. Положение стандарта согласуется с ФЗ «Об электроэнергетике» и Постановлением Правительства РФ от 27.12.2004 № 861. К тем же пунктам отнесены нормы КЭ, установленные в европейском стандарте ЕН 50160: 2010.

Нормы установившегося отклонения напряжения в ГОСТ 13109-97 отнесены к выводам электроприемников, которые присоединены, как правило, к сетям потребителей, на которые не распространяется сфера ответственности сетевой компании. ГОСТ Р 54149-2010 обязывает потребителя на своей стороне обеспечить условия, при которых отклонения напряжения питания на выводах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений, если выполняются требования настоящего стандарта к КЭ в точке передачи электрической энергии. То есть на потребителей также возлагается ответственность за обеспечение требуемого КЭ. Это согласуется с требованиями, чтобы поставщики электроэнергии несли ответственность за обеспечение КЭ, поставляемой потребителям, а изготовители электроустановок и электротехнического оборудования и потребители, приобретающие его, несли ответственность за то, чтобы указанные оборудование и установки при вводе в эксплуатацию не создавали недопустимых кондуктивных электромагнитных помех в сетях питания.

Нормы КЭ в ГОСТ Р 54149-2010 установлены как для электрических сетей систем электроснабжения общего назначения, присоединенных к Единой энергетической системе России, так и для изолированных систем электроснабжения общего назначения. В требованиях ГОСТ 13109-97 различий норм для показателей КЭ в указанных системах электроснабжения не установлено, что приводило, например, к невозможности обеспечения установленных норм по отклонениям частоты в электрических сетях, питаемых от автономных источников переменного тока (например, дизельных генераторов), для которых эти нормы оказываются неоправданно жесткими.

В отличие от ГОСТ 13109-97, нормы КЭ, установленные в новом стандарте, не рассматриваются в качестве уровней электромагнитной совместимости (ЭМС) для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения. Требования к уровням ЭМС технических средств – предмет отдельных нормативных документов.

Термины и определения

В раздел «Термины и определения» включены некоторые новые термины и уточнены прежние с учетом отношений участников рынка электроэнергии. В частности:

• сетевая организация – организация, владеющая на праве собственности или на ином установленном федеральными законами основании объектами электросетевого хозяйства, с использованием которых оказывающая услуги по передаче электрической энергии и осуществляющая в установленном порядке технологическое присоединение энергопринимающих устройств (энергетических установок) юридических и физическихиц к сетям, а также осуществляющая право заключения договоров об оказании услуг по передаче электроэнергии с использованием объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих другим собственникам и иным законным владельцам;

• пользователь электрической сети – сторона, получающая электрическую энергию от электрической сети либо передающая электрическую энергию в электрическую сеть. К пользователям электрических сетей относят сетевые организации и иных владельцев электрических сетей, потребителей электрической энергии, а также генерирующие организации;

• потребитель электрической энергии – юридическое или физическое лицо, осуществляющее пользование электрической энергией (мощностью) на основании заключенного договора;

• точка передачи электрической энергии – точка электрической сети, находящаяся на линии раздела объектов электроэнергетики между владельцами по признаку собственности или владения на ином предусмотренном федеральными законами основании, определенная в процессе технологического присоединения;

• согласованное напряжение электропитания U_с – напряжение, отличающееся от стандартного номинального напряжения сети по ГОСТ 29322 [6], согласованное для конкретного пользователя электрической сети при технологическом присоединении в качестве напряжения электропитания;

• качество электрической энергии – степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ;

• маркированные данные – термин, применяемый для обозначения результатов измерений показателей КЭ и результатов их усреднения на временных интервалах, в пределах которых имели место прерывания, провалы напряжения или перенапряжения. При оценке соответствия электрической энергии нормам КЭ, установленным в настоящем стандарте, маркированные данные не учитывают.

Характеристики электроэнергии

Изменения характеристик электрической энергии, относящиеся к частоте, значениям, форме напряжения и симметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения, разделены в 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. Применительно к продолжительным изменениям характеристик напряжения электропитания в настоящем стандарте установлены показатели и нормы КЭ.

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 КЭ

Определения ряда показателей КЭ в настоящем стандарте отличаются от применяемых в ГОСТ 13109-97.

Так, показатели КЭ, относящиеся к отклонениям напряжения, определены как значения отрицательного и положительного отклонения напряжения электропитания от номинального/согласованного действующего значения напряжения, включая гармоники, интергармоники, информационные сигналы в электрических сетях и т.д., что соответствует международным стандартам и соответственно ГОСТ Р 51317.4.30-2008:

где U_m(–), U_m(+) – значения напряжения электропитания, меньшие U₀ и большие U₀ соответственно, усредненные в интервале времени 10 мин в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51317.4.30, подраздел 5.12;
U₀ – напряжение, равное стандартному номинальному напряжению U_nom или согласованному напряжению U_с.

Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: 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.

В ГОСТ 13109-97 установившееся отклонение напряжения рассчитывается с учетом только 1-й гармоники напряжения U_{(1 )}:

и характеризуется нормально допустимыми и предельно допустимыми значениями на выводах электроприемников, равными соответственно ±5 и ±10%.

Нормы (численные значения) для допустимых отклонений частоты в синхронизированных системах электроснабжения те же, что и в ГОСТ 13109-97: ±0,2 Гц в течение 95% времени интервала в одну неделю и ±0,4 Гц в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Нормы для допустимых отклонений частоты в изолированных системах электроснабжения с автономными генераторными установками, не подключенных 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.

Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения, являются:

• значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка К_U(n) в процентах напряжения основной гармонической составляющей U₁ 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) K_U, % в точке передачи электроэнергии.

Нормы (численные значения) показателей КЭ, относящиеся к несинусоидальности и несимметрии напряжений, в настоящем стандарте сохранены без изменений теми же, что и в ГОСТ 13109-97, но показатели КЭ, относящиеся к несинусоидальности напряжений, измеряются и оцениваются с учетом влияния не только высших гармоник, но и групп близко расположенных комбинационных (интергармонических) составляющих в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.7-2008, подразделы 3.2, 3.3.

С учетом требований ГОСТ Р 51317.4.30-2008 к классам и средствам измерений показателей КЭ настоящий стандарт 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 усреднением на каждом интервале времени 10 мин в течение недели.

По требованиям ГОСТ 13109-97 показатели КЭ должны измеряться на основном интервале времени от 0,1 до 0,5 с с усреднением на интервале времени 3 с или 1 мин (для отклонений напряжения) в течение каждых 24 часов недельного цикла.

Таким образом, расчетный интервал времени измерений показателей КЭ для оценки соответствия их требованиям нового стандарта – 1 неделя, а не 24 часа, как требовал ГОСТ 13109-97.

РОССИЙСКИЙ И ЕВРОПЕЙСКИЙ СТАНДАРТЫ

Основные отличия ГОСТ Р 54149-2010 от европейского стандарта ЕН 50160: 2010 состоят в требованиях к ряду ПКЭ: в EN 50160 отсутствуют предельно допускаемые значения для части показателей КЭ, важный для наших сетей показатель – коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, введены менее жесткие по сравнению с ГОСТ Р 54149-2010 требования к отклонениям частоты и напряжения, необоснованные для российских сетей, неполные данные к показателям КЭ в сетях высокого напряжения и др.

Требования европейского стандарта рассчитаны на применение в электрических сетях стран, имеющих иные требования к проектированию электрических сетей и иной по сравнению с российским уровень состояния этих сетей.

При пересмотре ГОСТ 13109-87 и разработке редакции ГОСТ 13109-1997 года показатели и нормы КЭ подробно анализировались и обсуждались и были обоснованно приняты. В период с ввода ГОСТ 13109-1997 в действие (1999 г.) техническое состояние наших сетей не дает пока оснований для пересмотра норм КЭ в направлении их смягчения и гармонизации с европейскими.

Что же касается структуры и содержания стандарта, общих подходов к нормированию КЭ и требований к методам измерения показателей КЭ, то положения новых отечественного и европейского стандартов достаточно близки.

Утвержденный ГОСТ Р 54149-2010 включен в программу национальной стандартизации Российской Федерации для переоформления его в межгосударственный стандарт организации ЕврАзЭС.

ЛИТЕРАТУРА

1. МЭК 61000-4-30: 2008 Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-30: Testing and measurement techniques – Power quality measurement methods.
2. МЭК 61000-4-7: 2002 Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-7: Testing and measurement techniques – General guide on harmonics and interharmonics measurement and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto.
3. ГОСТ Р 51317.4.30–2008 (МЭК 61000-4-30:2008). Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии.
4. 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.
5. EN 50160:2010 Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks.
6. ГОСТ 29322-92. Стандартные напряжения.