Актуальные проблемы обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях

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.

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

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

U 

— 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

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. 

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 

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.