![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO001.jpg)
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO002.jpg)
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.
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO003.jpg)
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
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO004.jpg)
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
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO005.jpg)
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.
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO006.jpg)
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
![background image](https://eepir.ru/wp-content/uploads/html-articles/aktualynye-problemy-obespecheniya-kachestva-elektricheskoy-energii-v-raspredelitelynyh-setyah/Vwg6lO007.jpg)
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.
Оригинал статьи: Актуальные проблемы обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях
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.