Автор: В.В. Никифоров (ООО «ЛИНВИТ»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №12/2016
Качество электрической энергии в электрических сетях связано, с одной стороны, с деятельностью сетевых организаций и других субъектов электроэнергетики, а с другой – с функционированием технических средств, подключаемых к сетям, являющихся источниками кондуктивных помех, а также чувствительными к воздействию подобных помех. По мере все увеличивающегося объема нагрузок таких технических средств и старения объектов электросетевого хозяйства возрастает и актуальность решения рассматриваемой задачи.
Реформирование электроэнергетики, переход к рыночным отношениям в рамках оптового и розничного рынков электроэнергии (мощности) с реструктуризацией РАО ЕЭС» с разделением энергоснабжающих организаций на отдельные субъекты электроэнергетики с функциями производства, передачи, распределения и продажи/сбыта электрической энергии привело к противоречиям положений действовавшего стандарта по нормам качества электрической энергии ГОСТ 13109–97 сложившимся реалиям.
С учетом этих условий был разработан новый национальный стандарт ГОСТ Р 54149–2010, преобразованный затем в межгосударственный стандарт ГОСТ 32144–2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
Введение ГОСТ 32144–2013 позволило устранить неоднозначность в определении точки измерения показателей качества электрической энергии (ПКЭ), имевшуюся в ГОСТ 13109–97. Он устанавливал ПКЭ и нормы в точках общего присоединения (ТОП), к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии. Согласно этому, потребитель мог получать электрическую энергию в одной точке присоединения к электрической сети (точке поставки согласно договору, находящейся на границе балансовой принадлежности поставщика и данного потребителя), а ее качество допускается контролировать в другой точке этой сети: на границе балансовой принадлежности поставщика и другого потребителя.
Кроме того, сетевая организация не может отвечать за качество электрической энергии на вводах электроприемников в сети потребителей (по установившемуся отклонению напряжения, как это установлено в ГОСТ 13109–97), поскольку эти точки находятся вне балансовой принадлежности сети электроснабжения сетевой организации и соответственно вне сферы ее ответственности. ГОСТ 32144–2013 устанавливает ПКЭ и нормы качество электрической энергии в точках передачи/поставки электрической энергии пользователям электрических сетей, что и устраняет неоднозначность в определении точки измерения ПКЭ и необходимость пересчета норм, установленных в ТОП, к точке передачи.
В ГОСТ 32144–2013 установлены показатели и нормы качества электрической энергии, относящиеся к продолжительным изменениям характеристик напряжения – отклонениям частоты, медленным изменениям напряжения, колебаниям напряжения, несинусоидальности напряжений и несимметрии напряжений в трехфазных системах.
В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 1 декабря 2009 г. №982 «Об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждение соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии» и Информацией о продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия (в форме обязательной сертификации) требования ГОСТ 32144–2013 по двум показателям качества (п. 4.2.1 и п. 4.2.2) установлены с 01.07.2014 г. в качестве обязательных с подтверждением допустимых отклонений частоты и отклонений напряжения в точках поставки электрической энергии путем обязательной сертификации.
Другие законодательно установленные требования к качеству электрической энергии в точках поставки в настоящее время в Российской Федерации отсутствуют.
Нормы качества электрической энергии, относящиеся к другим нормированным показателям, установленные в ГОСТ 32144–2013, могут быть использованы для оценки качества электрической энергии, поставляемой потребителям, только в том случае, если они по согласованию между поставщиком и потребителем электроэнергии включены в договор поставки/передачи электрической энергии.
Для случайных событий – провалов, прерываний напряжения, перенапряжений и импульсных напряжений показатели и нормы качества электрической энергии в ГОСТ 32144–2013 не установлены.
Такое же положение имеет место в зарубежных стандартах по качеству электрической энергии, в том числе в европейском стандарте EN 50160–2010. Невозможно установить представительные статистические оценки вероятности появления и параметров провалов, прерываний и перенапряжений, на основе которых возможно установление предельных значений (норм) качества электрической энергии, охватывающих различные регионы, различные сети и различные точки поставки.
Указанные события, безусловно, относятся к важным характеристикам качества электрической энергии, так как их возникновение может приводить к ущербу для энергопринимающих устройств потребителя и/или нарушению технологических процессов производства.
При этом возникновение их непредсказуемо и неопределенно по месту и времени, а ежегодная частота появлений различна и зависит от типа системы электроснабжения и точки наблюдения. Кроме того, распределение их во времени года может быть крайне нерегулярным.
Вероятность этих событий может рассматриваться как прогноз по результатам длительных наблюдений и измерений.
В настоящее время учет влияния случайных событий на качество электрической энергии является предметом заключения договоров на поставку или оказание услуг по передаче электрической энергии, что принято в зарубежной практике. Если электрооборудование потребителя восприимчиво к возникновению провалов напряжения и/или временных перенапряжений определенных уровней и длительности в сети питания, то для предупреждения возможных негативных последствий их предельные допустимые значения должны быть согласованы сторонами с учетом технических возможностей сетевой организации. Одновременно по согласованию сторон могут быть предусмотрены дополнительные технические меры по обеспечению требуемого качества электрической энергии.
Для того чтобы принимать обоснованные решения по учету и ограничению влияния случайных событий на качество электрической энергии необходимо располагать статистической информацией по их количественным характеристикам, полученным за длительный период наблюдений в сетях данного региона. ГОСТ 32144–2013 поддержан странами ЕвроАзЭС, применяется в практике заключения договоров на поставку и/или оказание услуг на передачу электрической энергии, органами государственного контроля качества электрической энергии, органами по сертификации электрической энергии и испытательными лабораториями.
При общей в целом положительной оценке применения ГОСТ 32144–2013 выявилась необходимость внесения некоторых поправок и изменений в стандарт, учитывая, что со времени разработки ГОСТ Р 54149–2010, на основе которого подготовлен межгосударственный стандарт ГОСТ 32144–2013, прошло значительное время, в действие введен ряд новых нормативных правовых актов в области электроэнергетики, обновленных стандартов, появились некоторые замечания и предложения из опыта применения стандарта. Они касаются уточнения области применения ГОСТ, корректировки некоторых терминов и определений, а также требований к нормированию некоторых ПКЭ (отклонений частоты и отклонений напряжения) и актуализации перечня нормативных документов.
Существенным при этом является предложение об отказе установления норм отклонений напряжения в точках поставки электрической энергии потребителям услуг по передаче электрической энергии, не являющимся потребителями электрической энергии (рис. 1, точки 1, 2 «сеть–сеть»). Значения показателя «положительные и отрицательные отклонения» напряжения от номинального значения применительно к указанным точкам могут сильно зависеть от условий нагрузки, что не позволяет установить единые рекомендуемые нормы. Допускаемые отклонения напряжений в этих точках могут устанавливаться сетевыми организациями с учетом обеспечения норм, установленных стандартом в точке поставки электрической энергии потребителю (см. рис. 1, точка 3).
Оценивая существующий нормативно-технический статус проблемы обеспечения качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения, можно отметить существенное развитие в последнее десятилетие нормативного, методического и метрологического обеспечения для решения задач контроля и управления качеством электрической энергии.
Кроме ГОСТ 32144–2013 были разработаны и введены в действие межгосударственные стандарты ГОСТ 30804.4.30–2008(МЭК 61000-4-30: 2008) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии» и ГОСТ 30804.4.7–2008 (МЭК 61000-4-7:2002) «Совместимость технических средств электромагнитная.
Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств», а также новый ГОСТ 33073�2014 «Электрическая энергия.
Совместимость технических средств электромагнитная контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», введенный в действие на территории Российской Федерации в качестве национального стандарта с 01.01.2015 г.
С вводом в действие ГОСТ 33073�2014 завершен переход к новому этапу оценки и контроля качества электрической энергии, основанном на внутренне непротиворечивой системе нормирования качества электрической энергии и требований к методическому и техническому обеспечению измерений его показателей (рис. 2).
и метрологическое обеспечение в области измерений и контроля качество электрической энергии
Главной проблемой в области качества электрической энергии остается несовершенстве правового регулирования в Российской Федерации в этой сфере.
Прежде всего, на законодательном уровне не установлены требования к качеству электрической энергии.
Стандарты же – это документы добровольного применения. При этом три Федеральных закона содержат положения о необходимости обеспечения требуемого качества электрической энергии и ответственности за него:
Гражданский Кодекс, Закон «О защите прав потребителей» и Закон «Об электроэнергетике».
В каждом из приведенных законодательных актов, как и в других нормативных правовых актах, содержатся положения об обязанности субъектов электроэнергетики обеспечивать выполнение обязательных требований к качеству электрической энергии в сферах своей ответственности. Однако сами обязательные требования к качеству электрической энергии на правовом уровне не установлены, и потому остается неопределенным то, что надо обеспечивать.
Отношения, возникающие при разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований к электрической энергии как продукции, и оценке соответствия регулируются Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании».
При этом обязательные для применения и исполнения требования к электрической энергии как объекту технического регулирования устанавливаются техническим регламентом о качестве электрической энергии. Однако ответственные министерства в настоящее время разработку такого технического регламента не проводят.
Единственный правовой документ в области качества электрической энергии, относящийся к обязательной сертификации электрической энергии, �постановление
Правительства РФ от 1.12.2009 г. №982 «Об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждение соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии», в который (в части обязательной сертификации) включена электрическая энергия в системах электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц. В целях его реализации Росстандарт опубликовал «Информацию о продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия, с указанием нормативных документов, устанавливающих обязательные требования». В ней указаны обязательные требования только к двум ПКЭ: по отклонениям частоты переменного тока и отклонениям напряжения согласно ГОСТ 32144–2013, пункты 4.2.1 и 4.2.2 (из 8 нормированных ПКЭ).
Обеспечение требуемого качества электрической энергии – часть общей задачи обеспечения электромагнитной совместимости в электроэнергетике. Она может быть решена путем регулирования качества электрической энергии и ЭМС технических средств. Правовые документы должны регулировать деятельность изготовителей технических средств и потребителей, приобретающих и использующих их и электрическую энергию, а также поставщиков электрической энергии по обеспечению нормального или оптимального функционирования в условиях электромагнитных помех технических средств (энергопринимающих устройств), подключенных к электрическим сетям поставщиков электрической энергии (рис. 3).
При этом поставщик электрической энергии несет ответственность за напряжение питания и его характеристики, а потребитель – за ток, который принадлежащие ему энергопринимающие устройства потребляют из сети или передают в сеть, имея в виду ограничение до допустимого уровня гармоник тока, приводящих к искажению формы напряжения в сети.
Правовые нормы, относящиеся к изготовителям технических средств, способных ухудшить качество электрической энергии, введены Техническим регламентом
Таможенного союза ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств», который вступил в силу с 15.02.2013 г.
Указанный Технический регламент Таможенного союза распространяется на выпускаемые в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза технические средства, способные создавать электромагнитные помехи и (или) качество функционирования которых зависит от воздействия внешних электромагнитных помех.
Он устанавливает требования по электромагнитной совместимости технических средств в целях обеспечения на единой таможенной территории Таможенного союза защиты жизни и здоровья человека, имущества, а также предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей (пользователей) технических средств.
В нем установлены требования к техническим средствам по уровню устойчивости к электромагнитным помехам (помехоустойчивости), обеспечивающему его функционирование в электромагнитной обстановке, для применения в которой оно предназначено, а также по ограничению помехоэмиссии по условиям обеспечения ЭМС, виды электромагнитных помех, в том числе кондуктивных, типы технических средств, на которые распространяются требования по ЭМС, а также правила обращения на рынке, включающие обязательное подтверждение соответствия технических средств установленным требованиям по ЭМС.
Таким образом, в Российской Федерации приняты меры технического регулирования в отношении изготовителей технических средств, способных ухудшить качест-во электрической энергии. Они аналогичны мерам, введенным европейской Директивой 2004/108/EC от 16 декабря 2004 г., декларирующей, что электрические распределительные сети должны быть защищены от электромагнитных помех, которые могут также воздействовать на подключаемое оборудование.
В соответствии с положениями Федерального закона «О техническом регулировании» электрическая энергия, поставляемая потребителям всех категорий (физическим и юридическим лицам), является объектом установления, применения и исполнения обязательных требований и объектом обязательного подтверждения соответствия. Это связано с опасностью данного вида продукции для жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, муниципального и государственного имущества и окружающей среды. Качество электрической энергии определяет меру опасности этой продукции для жизни и здоровья граждан, имущества и природной среды. Соответственно необходимы разработка и принятие правовым актом технического регламента о качестве электрической энергии.
Положения о качестве электрической энергии, установленные в Федеральном законе «Об электроэнергетике» и в связанных с ним постановлениях Правительства Российской Федерации, могут практически применяться только после разработки технического регламента о КЭ, предусмотренного указанным законом (статья 28 «Государственное регулирование безопасности в сфере электроэнергетики», п.2). В техническом регламенте о КЭ должны быть установлены обязательные для исполнения требования в отношении:
- показателей и обязательных норм качества;
- субъектов электроэнергетики и потребителей по обеспечению выполнения требований регламента на стадиях проектирования электрических систем, технологического присоединения потребителей электрической энергии и эксплуатации систем передачи электрической энергии;
- определения форм и схем оценки соответствия электрической энергии установленным требованиям.
В настоящее время в связи с формированием Единого экономического пространства (ЕЭП) и предусмотренном обеспечении в нем общего доступа в сфере электроэнергетики разработка единого технического регламента о качестве электрической энергии – давно назревшая задача.
Однако положение с разработкой технического регламента о КЭ находится в противоречии с достигнутыми результатами в отношении введения в Российской
Федерации правовых норм, относящихся к изготовителям технических средств, способных ухудшить качество электрической энергии. До сих пор электрическая энергия даже не включена евразийской комиссией в единый перечень продукции, подлежащей обязательной регламентации.
В части правового регулирования в области качества электрической энергии Россия сильно отстает от окружающих ее стран.
Так, в странах Евросоюза правовое регулирование качества электрической энергии с применением нормативных правовых документов различного уровня (законы, директивы, сетевые кодексы, регламенты, постановления контролирующих органов в области электроэнергетики) включает такие важные положения, как установление обязательных требований к качеству напряжения (качеству электрической энергии) при передаче электрической энергии потребителям; установление ответственности сбытовых и сетевых организаций и потребителей электрической энергии за выполнение указанных требований; организацию и проведение мониторинга качества электрической энергии, в том числе непрерывного и информации потребителей о качестве электрической энергии; установление требований к потребителям по ограничению эмиссии искажающих токов в электрические сети и др.
Помимо проблемы правового регулирования в части установления обязательных требований к КЭ в России не решены задачи, относящиеся к обеспечению КЭ при технологическом присоединению энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии к электрической сети.
Режимы работы электроустановок с нелинейными характеристиками могут существенно влиять на КЭ, передаваемой по сетям. В настоящее время существенно выросли объемы техники, в том числе бытовой, с нелинейными характеристиками, являющейся источниками гармоник токов. Распространяясь по внутренним сетям питания и приводя при этом ко многим вредным последствиям, а также проникая во внешние распределительные сети, они ухудшают показатели КЭ в точках поставки/передачи.
В России действуют «Правила технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии к электрической сети, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям», утвержденные постановлением Правительства РФ от 27.12.2004 г. №861 с учетом приводимого выше постановления Правительства РФ №442 от 04.05. 2012 г., в которых установлены требования к содержанию и оформлению договоров и технических условий на технологическое присоединение энергопринимающих устройств к электрической сети.
Из них следует, что для технологического присоединения энергопринимающих устройствами максимальной мощностью до 100 кВт, а также свыше 100 кВт, но менее 670 кВт в заявке потребителя, как и в технических условиях, не предусмотрено предоставление информации по нелинейным характеристикам оборудования и эмиссии гармоник тока. Получается, что все потребители, имеющие энергопринимающие устройства с указанными мощностями, освобождены от каких-либо обязательств в части ограничения общего уровня эмиссии помех в сеть.
В требования заявки на технологическое присоединение энергопринимающих устройств максимальной мощностью от 670 кВт и выше включен п. 9 з): «заявляемый характер нагрузки (для генераторов – возможная скорость набора или снижения нагрузки) и наличие нагрузок, искажающих форму кривой электрического тока и вызывающих несимметрию напряжения в точках присоединения». Однако указание на наличие искажающих нагрузок еще не есть сведения о характеристиках эмиссии помех, без чего невозможно судить о последующем влиянии их на КЭ.
При этом согласно п. 11 Правил «сетевая организация не вправе требовать представления сведений и документов, не предусмотренных настоящими Правилами, а заявитель не обязан представлять сведения и документы, не предусмотренные настоящими Правилами».
Следует принимать во внимание также, что значения показателей, характеризующих несинусоидальность, несимметрию и колебания напряжения, зависят не только от уровней соответствующих искажений, создаваемых электроустановками потребителя, но и от импеданса электрической сети, к которой присоединена электроустановка.
Таким образом, в России на текущий момент отсутствует нормативно-правовая база для установления требований к потребителям, влияющим на КЭ, и позволяющая сетевым организациям корректно определять условия подключения их к электрической сети и соответственно решать проблемы КЭ.
В рамках государственного регулирования в электроэнергетике необходимо разграничение прав, обязанностей и ответственности субъектов электроэнергетики и потребителей за поддержание необходимого качества электрической энергии в системе: сетевые организации различного уровня – потребители.
