Актуальные проблемы обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях

Page 1
background image

Page 2
background image

28

Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

ТУЛЬСКИЙ В.Н., 

заведующий научно-исследовательской лабораторией, к.т.н.,

КАРТАШЕВ И.И., 

заместитель заведующего кафедрой, к.т.н.,

НАСЫРОВ Р.Р., 

младший научный сотрудник, к.т.н.,

СИМУТКИН М.Г., 

аспирант,

 кафедра «Электроэнергетические системы» НИУ «МЭИ»

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 
В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

1

Д

оклад является результатом работы 
научно-исследовательской лаборатории по 
вопросам качества электрической энергии 

и надёжности электроснабжения за последние 
15 лет в области обеспечения качества элек-
трической энергии в распределительных сетях и 
включает в себя материалы, опубликованные в 
источниках [3, 4, 5, 6, 7, 10].

Вопрос обеспечения качества электрической 

энергии (КЭ) на сегодняшний день становится 
всё более актуальным в связи с тем, что россий-
ская электроэнергетика окончательно перешла 
на рыночные отношения между субъектами. 
Электроэнергия как товар обладает некоторыми 
свойствами, которые определяют её качество. 
Товарные отношения регулируются законами 
рынка и юридическими нормами и требованиями, 
определяющими права, обязанности и ответ-
ственность субъектов рынка электроэнергии в 
части обеспечения её качества [1].

Статья 542 Гражданского кодекса РФ устанав-

ливает, что качество подаваемой электроэнергии 
должно соответствовать требованиям, установ-
ленным в соответствии с законодательством 
Российской Федерации, в том числе с обязатель-
ными правилами, или предусмотренным догово-
ром энергоснабжения. Федеральный закон «Об 

электроэнергетике» № 35-ФЗ от 26 марта 2003 г. 
возлагает ответственность на энергосбытовые 
организации, гарантирующих поставщиков и 
территориальные сетевые организации (в преде-
лах своей ответственности) перед потребителями 
за надёжность электроснабжения и качество 
поставляемой электроэнергии в соответствии с 
требованиями технических регламентов и иными 
обязательными требованиями. Технические 
регламенты с учётом степени риска причинения 
вреда устанавливают минимально необходимые 
требования, обеспечивающие электромагнитную 
совместимость в части обеспечения безопасно-
сти работы приборов и оборудования [2]. 

Потребители электроэнергии, защищая свои 

права и пользуясь отсутствием чётких требований 
в договорах электроснабжения, всё чаще отстаи-
вают свои интересы по вопросам бесперебойных 
поставок электроэнергии и её качества в суде. 
Государственные надзорные структуры следят 
за качеством работы крупных монополий. Так, 
по данным РИА Новости (от 10 января 2012 г.), 
арбитражный суд Ярославской области оставил 
в силе постановление ярославского УФАС о 
штрафе в 14 миллионов рублей с ОАО «Межре-
гиональная распределительная сетевая компа-
ния Центра» за то, что на приусадебном участке 
ярославской дачницы было низкое электрическое 
напряжение, не соответствующее требованиям 
ГОСТ 13109-97.

1

  Работа выполнена при поддержке гранта Президен-

та РФ МК – 6416.2012.8.


Page 3
background image

29

6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск

Однако и сам потребитель электрической 

энергии может выступать источником искажений 
в электрической сети. Содержащиеся у потре-
бителя электроприёмники с нелинейной воль-
тамперной характеристикой вносят искажения в 
кривую напряжения, при этом ущерб от снижения 
качества электроэнергии несёт как потребитель, 
так и электросетевая компания. 

На сегодняшний день должного внимания к 

требованиям по обеспечению качества электро-
энергии в типовом договоре электроснабжения, 
предусматривающем права и ответственность 
сторон в части обеспечения КЭ, не уделяется. 

Правовая сторона этой проблемы может 

рассматриваться только как необходимое усло-
вие. Тогда как организационные и технические 
мероприятия, определяющие достаточные усло-
вия в типовом договоре, являются предметом 
конкретной разработки сторон по отношению к 
точке присоединения потребителя к сети. Эти 
мероприятия должны формулироваться в прило-
жении к договору, но, к сожалению, практика 
показывает, что приложения отсутствуют. Зача-
стую в договорах электроснабжения электро-
сетевая компания добровольно берёт на себя 
ответственность обеспечения качества электри-
ческой энергии в соответствии с требованиями 
ГОСТ 13109-97, хотя фактически никаких работ 
по обеспечению КЭ не производится. 

Вместе с тем многочисленные измерения пока-

зателей КЭ указывают на нарушения требований 
ГОСТ 13109-97 как в сетях потребителей, так и 
в сетях электроснабжающих органи-
заций.

Самым распространённым нару-

шением в распределительных сетях 
является несоблюдение требова-
ний ГОСТ 13109-97 по показателю 
качества электрической энергии — 
установившееся отклонение напряже-
ния. Можно считать весьма распро-
странёнными случаи превышения 
коэффициентов 

n

-ой гармонической 

составляющей напряжения (

K

U(n)

), 

коэффициента искажения синусои-
дальности кривой напряжения (

K

U

) и 

коэффициента несимметрии напря-
жения по обратной и нулевой последо-
вательности (

K

2U

 

и 

K

0U

). Для каждого 

из перечисленных показателей КЭ характерны 
специфические условия, при которых возникают 
превышения нормативных значений.

Установившееся отклонение напряжения 

(

U

н

).

 

В соответствии с требованиями ГОСТ 

13109-97 отклонения напряжения нормируются 
на зажимах электроприёмника (ЭП) и составля-
ют: ±5% от 

U

ном

 (нормально допустимый уровень) 

и ±10 % от 

U

ном

 (предельно допустимый уровень). 

Из этого условия и необходимо исходить при 
контроле КЭ в любых точках сети, не являющих-
ся зажимами ЭП, учитывая потери напряжения 
от этих точек до ЭП в режимах наибольшей и 
наименьшей нагрузки. 

Опыт измерения показателей качества элек-

троэнергии в распределительных сетях свиде-
тельствует о том, что автоматика регулирования 
напряжения в центрах питания (ЦП) часто отклю-
чена, а все переключения РПН производятся по 
команде диспетчера. Такое регулирование не 
может обеспечить приемлемый уровень напря-
жения для всех потребителей.

Также в распределительной сети часто 

неправильно выбрано положение ПБВ на транс-
форматорах 6(10)/0,4 кВ. Изменение положения 
ПБВ происходит только при наличии жалоб со 
стороны потребителей на высокое или низкое 
значение напряжения.

Отклонение напряжения влияет на количе-

ство потребляемой потребителем энергии, срок 
службы оборудования и электроприёмников и на 
потери электроэнергии в сети.

Несинусоидальность напряжения


Page 4
background image

30

Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

Регулирование напряжения является суще-

ственным моментом, если учесть, что, с одной 
стороны, поддержание отклонений напряжения 
в заданных пределах возлагается на электро-
снабжающую организацию, а с другой — авто-
матизированные средства регулирования 
напряжения не функционируют. Проведённые 
измерения показывают, что для решения этой 
проблемы необходимо выполнение следующих 
условий:



в службах транспорта электроэнергии должны 
быть известны параметры сети и нагрузки её 
потребителей в объёме, позволяющем прово-
дить вариантные расчёты режимов сети, то 
есть необходимо иметь соответствующее 
программное обеспечение;

•  на основе этих расчётов необходимо выделить 

контрольные точки измерений ПКЭ, обеспечи-
вая в дальнейшем периодический контроль;

• по результатам измерений и дополнительных 

уточняющих расчётов определяются требуемые 
отпайки на ПБВ трансформаторов 6-10/0,4 кВ и 
уставки регулятора РПН в центрах питания;

•  рассчитанные диапазоны отклонения напряже-

ния должны вноситься в договоры энергоснаб-
жения.

Коэффициенты несимметрии напряжения 

по обратной (K

2U

) и нулевой (K

0U

) последова-

тельности:

 

характеризуют трёхфазную систему 

напряжений основной частоты по отклонению 
фазных (междуфазных) напряжений от симме-
трии, причём 

K

0U

 — только для четырёхпро-

водных сетей 380 В.

Причиной несимметрии напряжения является 

несимметричная загрузка по фазам фидеров 
и трансформатора. Согласно статистике, соби-
раемой в лаборатории, по показателю КЭ 

K

0U

 

на 

каждой второй подстанции превышает требова-
ния ГОСТ, по

 K

2U 

процент нарушений меньше (на 

каждой десятой подстанции). 

Нарушения по коэффициенту несимметрии по 

нулевой последовательности носят, как правило, 
систематический характер и обусловлены несим-
метричной загрузкой по фазам и большим сопро-
тивлением нулевых проводников. В отличие от 
них, нарушения по обратной последовательности 
зачастую имеют непродолжительный характер, 
но значительны по амплитуде и часто связаны с 
неодновременностью расхождения полюсов трёх-
фазных коммутационных аппаратов.

Несимметрия напряжения отрицательно сказы-

вается на трехфазных потребителях (электро-
привод), а несимметричная нагрузка вызывает 
дополнительные потери электроэнергии и напря-
жения от токов нулевой последовательности. 

Коэффициенты искажения синусои-

дальности кривой напряжения (K

U

) и n-ой 

гармонической составляющей (K

U(n)

): 

харак-

теризуют искажение формы кривой в отличие 
от синусоидальной, что вызвано наличием 
нелинейных электроприёмников в электрической 
сети. Коэффициент 

n

-ой гармонической состав-

ляющей напряжения характеризует каждую из 
учитываемых гармоник напряжения в процентах 
по отношению к основной гармонике.

Процент нарушений по данным показателям 

следующий: по 

K

— на каждой пятой подстанции, 

по 

K

U(n) 

— на каждой третьей. Причём с каждым 

годом количество нарушений увеличивается из-за 
распространения нелинейных электроприёмни-
ков у потребителей. В частности, увеличилась 
доля информационно-вычислительной техники, 
являющейся источником высших гармоник. 
Высшие гармоники тока и напряжения, обуслов-
ленные работой нелинейных электроприёмников, 

Влияние высших гармоник тока на работу 

трансформаторов


Page 5
background image

31

6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск

негативно влияют на оборудование электри-
ческой сети: создают дополнительные потери 
активной мощности, ускоряют старение изоля-
ции электрооборудования и сокращают срок его 
службы. В некоторых случаях помехи от высших 
гармоник напряжения могут являться причиной 
ложного срабатывания релейных защит. Отдель-
но необходимо выделить вопрос, связанный с 
электроснабжением электроприёмников первой 
и первой особой группы по надёжности электро-
снабжения. В современных условиях возможна 
ситуация, когда в отсутствие перерывов в элек-
троснабжении потребителя из-за низкого каче-
ства электроэнергии происходит сбой в работе 
ответственных электроприёмников, что может 
привести к существенным экономическим убыт-
кам, а также угрожать жизни и здоровью людей.

Особое влияние на оборудование электриче-

ских сетей оказывают гармоники, кратные трём. 
Как известно [8], гармоники тока и напряжения, 
кратные трём, не имеют фазного сдвига. Это 
приводит к тому, что в нулевом проводнике кабе-
ля или воздушной линии, идущем от шин транс-
форматорной подстанции до ввода в здание, 
действующее значение тока может достигать 
значений в 1,5—1,7 раза больше фазного тока. 
При этом необходимо учитывать, что большая 
доля электрических сетей 380 В селитебных 
территорий спроектирована и построена по 
нормам двадцатилетней давности, которые 
рекомендовали выбирать сечение нулевого 
проводника в два-три раза меньше фазного. 
При этом стоит отметить, что, в соответствии с 
требованиями нормативных документов (ПУЭ 
п. 3.1.17), для обеспечения безопасности людей 
запрещается устанавливать автоматический 
выключатель в нулевой жиле. С учётом того, что 
состав электроприёмников потребителя меняет-
ся без реконструкции электрической сети, можно 
ожидать перегорания нулевых проводников из-за 
протекания токов, кратных третьей гармонике. 

Для определения влияния высших гармоник 

тока на кабельные линии была проведена оценка 
уровней помех, создаваемых нелинейными потре-
бителями. Для исследования были выбраны три 
типа непромышленных нелинейных потребителей 
и определены для них спектры высших гармоник 
тока: торговый центр (специализирующийся на 
продаже оргтехники), административное здание 

и жилой дом. Для каждого типа потребителей 
произведены серии измерений параметров 
качества электроэнергии по напряжению и току 
на различных питающих фидерах. Результаты 
измерений показали, что на протяжении длитель-
ного времени (до 8—9 часов) нагрузка кабельной 
линии может оставаться практически на одном и 
том же уровне, при этом в фазных жилах кабеля 
протекает несинусоидальный ток с широким 
спектром высших гармоник тока. В таблице 
представлены значения токов высших гармоник 
в часы наибольшей нагрузки, осреднённых на 
получасовом интервале для различных типов 
потребителей.

Таблица. Спектр гармоник тока для различных 

типов потребителей

Номер 

гармоники

Торговый 

центр,

 I

(n)

,

%

Офисное 

здание,

 I

(n)

,

%

Жилой 

дом,

 I

(n)

,

%

3

31,2

29,3

10,3

5

18,5

13,9

6,3

7

12,7

10,2

4,8

9

8,6

15,2

5,5

11

5,4

9,5

4,6

13

3,2

8,2

3,2

15

2,7

3,9

1,9

17

1,7

4,6

19

1,1

2,2

21

0,7

1,4

Для оценки влияния высших гармоник тока на 

тепловые процессы были выбраны четырёхжиль-
ные кабели марки АСБ как наиболее распростра-
нённые в Московских кабельных сетях. Для этих 
кабелей в программном комплексе Elcut были 
разработаны модели для решения тепловых 
задач.

Одним из вариантов учёта высших гармоник 

тока на этапе проектирования и эксплуатации 
является введение понижающего коэффициента 
для допустимых длительных токов, протекающих 
в фазных жилах кабеля. 

Результаты расчётов понижающих коэффици-

ентов для рассматриваемых типов потребителей 
показали , что для кабелей марки АСБ 3хХХ+1хХХ 
в зависимости от типа нелинейной нагрузки 
рассчитанные результаты можно осреднить вне 
зависимости от сечения фазной жилы кабеля. 


Page 6
background image

32

Сборник докладов XIX заседания Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

Так, для торгового центра осреднённый коэф-
фициент нелинейной нагрузки можно принять 
равным 0,777, для офисного здания — 0,764, а 
для жилого дома — 0,958. Для четырёхжильного 
кабеля с одинаковыми фазными жилами можно 
также получить осреднённое значение коэффици-
ента (для торгового центра и офисного здания — 
0,885, для жилого дома — 0,977).

Офисное здание и торговый центр оказывают 

приблизительно одинаковое влияние на кабели 
распределительной сети 380 В из-за близкого 
состава нелинейных электроприёмников, находя-
щихся у потребителя.

Неучёт протекающих высших гармоник тока 

приводит к перегреву кабеля, что может приве-
сти к обрыву нулевого провода. В результате это 
приведёт к смещению нейтрали в случае несим-
метрии по фазам, а в конечном счёте — к выходу 
из строя электроприёмников. Так, на одном из 
предприятий Москвы мощная вычислительная 
техника крупного потребителя привела к пере-
грузке кабеля, идущего от шин ТП к главному 
распределительному щиту. В результате пере-
грелся и разрушился нулевой проводник, роль 
которого выполняла оболочка трёхжильного 
кабеля. Вследствие этого произошло смеще-
ние нейтрали, а возникшее перенапряжение 
повредило блоки питания вычислительной 
техники. При этом убытки по ремонту и простою 

оборудования компен-
сировало предприятие-
арендодатель.

В трёхфазных транс-

форматорах 6—10/0,4 кВ 
магнитные потоки, создан-
ные токами гармонических 
составляющих, кратных 
трём, направлены навстре-
чу друг другу во всех трёх 
стержнях магнитопровода, в 
связи с чем они замыкаются 
через кожух трансформа-
тора [9]. Всё это приводит 
к дополнительному нагреву 
трансформаторов и линий 
электропередачи, в резуль-
тате чего сокращается их 
срок службы и пропускная 
способность.

К руководству и специалистам электрических 

сетей постепенно приходит понимание того, что 
проблему высших гармонических составляющих 
напряжения необходимо решать в ближайшем 
будущем. На сегодняшний день предлагает-
ся много решений этой проблемы. Наиболее 
распространённое — установка пассивных 
фильтров. Однако установка таких устройств без 
учёта особенностей частотных характеристик 
сети и информации об источниках искажения 
может привести к возникновению резонансных 
явлений.

В вопросах обеспечения качества электриче-

ской энергии в электрической сети существуют 
проблемы не только технических аспектов, но и 
организационных и методических. К ним отно-
сятся:
•  недостаток специалистов в области качества 

электроэнергии; 

• отсутствие подразделений в электросетевых 

компаниях, занимающихся проблемами каче-
ства электроэнергии;

•  формальный подход к обязательной сертифи-

кации электрической энергии;

•  отсутствие взаимодействия между электросе-

тевыми и электросбытовыми организациями в 
области качества электроэнергии и т.д.
В части методического обеспечения деятель-

ности субъектов рынка электроэнергии в 


Page 7
background image

33

6–8 февраля 2013 г. Ханты-Мансийск

области качества электроэнергии также суще-
ствуют проблемы. В советские времена была 
чётко выстроенная структура разработки, 
утверждения и внедрения всех методических 
указаний и руководств. Занималось этим 
централизованно Министерство энергетики РФ 
совместно с ведущими отраслевыми институ-
тами. Существовала Фирма «ОРГРЭС», зани-
мавшаяся распространением лучшего опыта 
эксплуатации электрических сетей. Сегодня в 
рыночных отношениях ситуация поменялась, 
и распространять методические указания на 
безвозмездной основе никакая организация не 
будет. Созданием методического обеспечения 
должны заниматься, помимо самих электроэнер-
гетических компаний, саморегулирующие орга-
низации (СРО). Однако, к сожалению, этого не 
происходит.

В завершение необходимо отметить две акту-

альные задачи в области качества электрической 
энергии, на которые должны быть направлены 
усилия.

1. Создание системы мониторинга качества 

электрической энергии.

2. Разработка методического обеспечения: 

•  по регулированию напряжения в распредели-

тельных сетях 110—0,38 кВ, направленного на 
обеспечение качества и оптимизацию потре-
бления электрической энергии; 

• по оценке влияния электроустановок потре-

бителей на качество электрической энергии в 
системе электроснабжения; 

•  по учёту качества электроэнергии в договорах 

электроснабжения; 

•  по оценке потерь электроэнергии, вызванных 

работой нелинейной и несимметричной нагру-
зок потребителей; 

• 

нормативных требований к показателям 
качества тока, протекающего по отдельным 
элементам системы электроснабжения.
Решение поставленных задач позволит повы-

сить качество электроэнергии, отпускаемой 
конечному потребителю, и эффективность пере-
дачи и потребления электроэнергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. И.И. Карташев, В.Н. Тульский, Р.Г. Шамонов 

и др.; под ред. Ю.В. Шарова. Управление 

качеством электроэнергии: учебное пособие 
для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2008 г.

2. Федеральный закон № 184-ФЗ от 27.12.2002 

«О техническом регулировании».

3. Карташев И.И., Пономаренко И.С., Тульский 

В.Н., Шамонов Р.Г., Масленников Г.К., Васи-
льев В.В. Качество электрической энергии в 
муниципальных сетях Московской области. 
Промышленная энергетика. Ежемесячный 
производственно-технический журнал, № 8, 
2002 г., с. 42—47.

4. Тульский В.Н., Карташев И.И., Симуткин М.Г., 

Насыров Р.Р. Оценка теплового режима 
кабеля, питающего нелинейную нагрузку. 
Промышленная энергетика. Ежемесячный 
производственно-технический журнал, № 7, 
2012 г. с. 42—45.

5. Карташев И.И., Тульский В.Н., Кузнецов Н.М., 

Симуткин М.Г., Насыров Р.Р. Оценка работы 
фильтров в системе электроснабжения горно-
добывающего предприятия по результатам 
контроля качества электроэнергии // Научо-
аналитический и производственный журнал 
«Горное оборудование и электромеханика», 
№ 7, 2012 г., с. 16–19.

6. Асанов А.К., Демидов А.Д., Симуткин М.Г., 

Тульский В.Н., Шведов Г.В. Электромагнитная 
совместимость систем электроснабжения и 
электроприёмников жилых и общественных 
зданий. Труды шестой международной школы-
семинара молодых учёных и специалистов 
«Энергосбережение. Теория и практика». 
Москва, 2012 г.

7. Тульский В.Н., Карташев И.И., Кузнецов Н.М., 

Симуткин М.Г., Назиров Х.Б. Управление каче-
ством электроэнергии в электрических сетях. // 
Горный журнал, № 12, 2012 г.

8. Шидловский А.К., Жаркин А.Ф. Высшие гармо-

ники в низковольтных сетях. Киев: изд. Науко-
ва думка, 2005 г.

9. Каминский Е.А. Звезда, треугольник, зигзаг. 

М.: Энергоатомиздат, 1984 г.

10. Симуткин М.Г., Тульский В.Н., Шведов Г.В. 

Влияние современных бытовых электроприём-
ников на качество электроэнергии в системах 
электроснабжения // Труды пятой междуна-
родной школы-семинара молодых учёных и 
специалистов «Энергосбережение. Теория и 
практика». Москва, 2010 г. 


Читать онлайн

Вопрос обеспечения качества электрической энергии (КЭ) на сегодняшний день становится всё более актуальным в связи с тем, что российская электроэнергетика окончательно перешла на рыночные отношения между субъектами. Электроэнергия как товар обладает некоторыми свойствами, которые определяют её качество. Товарные отношения регулируются законами рынка и юридическими нормами и требованиями, определяющими права, обязанности и ответственность субъектов рынка электроэнергии в части обеспечения её качества.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Анализ особенностей расчета потокораспределения и потерь мощности реальной распределительной сети низкого напряжения по измерениям интеллектуальных счетчиков

Управление сетями / Развитие сетей Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Стенников В.А. Голуб И.И. Болоев Е.В. Анфиногенов А.Ю. Бучинский А.Л. Масленников А.Н.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Результаты оценки токов и напряжения высших гармоник на основе моделирования системы электроснабжения предприятия

Энергоснабжение / Энергоэффективность Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Назиров Х.Б. Абдулкеримов С.А.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 3(72), май-июнь 2022

Оценка уровня нелинейных искажений электроустановок на основе моделирования длительности импульса их входного тока

Энергоснабжение / Энергоэффективность Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тукшаитов Р.Х. Семенова О.Д. Новокрещенов В.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 2(71), март-апрель 2022

О предельных значениях отклонения частоты напряжения генерирующих установок ТЭЦ и гистограммах ее распределения

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тукшаитов Р.Х. Семенова О.Д. Иванова В.Р.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»