В последнее десятилетие отмечается существенное развитие нормативной, методической и метрологической базы для решения задач контроля и управления качеством электрической энергии. Оценивая существующий нормативно-технический статус проблемы обеспечения КЭ в системах электроснабжения общего назначения, это можно назвать определенным прорывом в области качества электроэнергии. Сложнее обстоит дело с правовым регулированием. В статье рассматриваются результаты развития нормативно-технического и метрологического обеспечения в области качества электрической энергии в России за последнее десятилетие с оценкой состояния правового регулирования в данной области с выявлением основных проблем.
Оценивая существующий нормативно-технический статус проблемы обеспечения качества электрической энергии (КЭ) в системах электроснабжения общего назначения, необходимо отметить существенное развитие в последнее десятилетие нормативной, методической и метрологической базы для решения задач контроля и управления КЭ, которое можно назвать определенным прорывом в области КЭ. Сложнее обстоит дело с правовым регулированием в области КЭ. В статье рассматриваются результаты развития нормативно-технического и метрологического обеспечения в области качества электрической энергии в России за последнее десятилетие с оценкой состояния правового регулирования в данной области с выявлением основных проблем.
Развитие нормативно-технического и метрологического обеспечения
Почти до конца 90-х годов прошлого века в СССР и затем в Российской Федерации не было нормативных документов по методам измерения и контролю КЭ, технических требований к средствам измерения КЭ и практически самих специализированных средств измерения КЭ.
С введением в действие в 1999 году новой редакции ГОСТ 13109-97 потребовалась разработка руководящих документов отрасли по контролю и анализу КЭ с учетом требований ГОСТ 13109-97 [1, 2]. Выпуск этих документов был очень важен для организации и проведения работ по контролю и анализу КЭ. В [ 1] были детализированы требования к методам и средствам измерения показателей КЭ, цифровой обработке результатов измерения, метрологическим характеристикам, а также были установлены методические положения по контролю КЭ.
Введение в действие этих документов позволило, с учетом возросшего спроса на средства измерения КЭ, вызванного введением обязательной сертификации электрической энергии, в короткие сроки разработать необходимые средства измерения, наладить массовый выпуск их, начать организацию работ по испытаниям электрической энергии и контролю ее качества.
По существу впервые за годы существования ГОСТ 13109 были созданы реальные предпосылки для обеспечения управления и контроля КЭ в соответствии с требованиями стандарта с учетом разработки требуемых организационных структур энергокомпаний, методического обеспечения бизнес-процессов, влияющих на КЭ, массового оснащения энергокомпаний и испытательных лабораторий специальными средствами измерений.
В 2008 г. на основе [1], срок действия которого окончился, был разработан стандарт ГОСТ Р 53333-2008 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль КЭ в системах электроснабжения общего назначения», который установил основные положения по организации и проведению контроля КЭ в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97 и правила оценки соответствия показателей КЭ установленным нормам. Стандарт применялся при различных видах контроля КЭ, в том числе при проведении сертификационных и арбитражных испытаний электрической энергии, инспекционного контроля за сертифицированной электрической энергией, а также при осуществлении государственного надзора за КЭ.
Реформирование электроэнергетики привело к противоречиям ряда положений ГОСТ 13109-97 реалиям экономики и нормативно-правовых актов в области электроэнергетики.
С другой стороны в 2009 г. были разработаны стандарты по методам измерения показателей КЭ, модифицированные по отношению к международным стандартам: ГОСТ Р 51317.4.30–2008 «Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей КЭ» и ГОСТ Р 51317.4.7–2008 (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». Изложенные в них методы измерения показателей КЭ существенно отличались по ряду подходов от основополагающих положений ГОСТ 13109-97 и обусловливали необходимость изменения требований к составу показателей КЭ, точности их измерений, характеристикам средств измерений. Эти факты и обстоятельства обусловили разработку нового национального стандарта ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы КЭ в системах электроснабжения общего назначения» в рамках Национальной программы стандартизации 2009 года, вступившего в действие 01.01.2013 г.
В связи с переходом государств - членов Евразийского экономического сообщества на применение единых технических регламентов и единых межгосударственных стандартов разработанные национальные стандарты в области КЭ переоформляются в 2013 году в межгосударственные стандарты с теми же наименованиями и вводятся в действие на территории Российской Федерации в качестве национальных (Таблица 1) с одновременной отменой прежних национальных стандартов.
Однако в эту систему не вписывался в полной мере ГОСТ 32145 ‒ 2013 поскольку ряд его положений, ориентированных на применение требований ГОСТ 13109‒97, вступали в противоречия с требованиями ГОСТ 32144 и ГОСТ 30804.4.30.
По этим причинам в национальную программу стандартизации 2013-2014 г.г. была включена разработка нового межгосударственного стандарта ГОСТ 33073‒2014 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», проект которого прошел широкое обсуждение в субъектах электроэнергетики и других организациях. Стандарт введен в действие на территории Российской Федерации с 01.01.2015 г.
Существенным отличием ГОСТ 33073‒ 2014 стандарта от предыдущего является разделение области его применения на две различающиеся части:
1) установление положений по организации и проведению контроля КЭ с целью определения соответствия электрической энергии нормам, установленным в ГОСТ 32144-2013, условиям договоров на поставку электрической энергии и/или на оказание услуг по передаче электрической энергии;
2) установление положений по организации и проведению мониторинга КЭ в электрических сетях сетевых организаций и потребителей электрической энергии в целях обследования (наблюдений) для оценки и управления КЭ.
Разделение контроля КЭ и мониторинга КЭ не случайно. Объективно существуют два различающихся процесса (ГОСТ 30804.4.30-21013): оценка соответствия КЭ установленным нормам и обследование, наблюдение за показателями КЭ, характеризующиеся существенно различающимися требованиями к точности проводимых измерений.
Область контроля КЭ относительно узкая: при осуществлении государственного надзора, проведении сертификационных и арбитражных испытаний электрической энергии, инспекционном контроле за сертифицированной электрической энергией, при выполнении условий договора в части обеспечения КЭ.
Контроль КЭ с проведением точных измерений проводится, следовательно, только тогда, когда возникает необходимость подтверждения соответствия качества передаваемой/поставляемой электрической энергии установленным требованиям. С применением средств с параметрами отвечающим измерениям класса А.
При этом процедуры контроля КЭ осуществляются независимыми аккредитованными организациями.
Область мониторинга КЭ существенно шире: при проведении периодических испытаний электрической энергии по планам – графикам сетевых организаций и потребителей, при определении технических условий для технологического присоединения энергопринимающих устройств к электрической сети, подготовке электрических сетей к сертификации электрической энергии, допуске к эксплуатации энергопринимающих устройств потребителей, ухудшающих КЭ, разработке мероприятий для поддержания необходимого уровня КЭ в точках передачи/поставки электрической энергии и др.
Процедуры мониторинга КЭ разрабатывают и осуществляют сетевые организации и потребители. При этом не столь важно получить точные значения показателей КЭ, сколько оценить текущее состояние КЭ, необходимость корректирующих мероприятий. По сути мониторинг должен быть связан с задачами управления КЭ. При этом допускается использование средств измерения, отвечающим требованиям измерений класса А или S по выбору сетевой организации и потребителей.
В стандарте установлен порядок выбора пунктов контроля и мониторинга КЭ, пересмотрены требования к применяемым средствам измерений и продолжительности измерений при контроле и мониторинге КЭ, а также к порядку обработки и оформления результатов измерений и правилам оценки соответствия.
С вводом в действие ГОСТ 33073 ‒ 2014 завершился переход к новому этапу оценки и контроля КЭ, основанным на непротиворечивой системе нормирования КЭ и требований к методическому и техническому обеспечению измерений КЭ (Рисунок 2). Ожидается совершенствование нормативных документов, обновление и ввод новых стандартов в области КЭ.
Анализ и оценка правового регулирования в области качества электроэнергии
Развитие нормативно – технического, метрологического обеспечения в области КЭ способствует решению задач по обеспечению и управлению КЭ, передаваемой потребителям, но не является достаточным.
Главная проблема - в несовершенстве правового регулирования в Российской Федерации в области КЭ.
В рыночных условиях при наличии многих субъектов электроэнергетики, от деятельности которых зависит КЭ в точке поставки конечному потребителю, понятие «качество электрической энергии» становится необходимым элементом, который должен учитываться во взаимоотношениях указанных субъектов. Между тем, на законодательном уровне оно не определено.
Необходимость обеспечения КЭ и ответственности за это упоминается в ряде законодательных и нормативных правовых актов России: Гражданском Кодексе РФ, Федеральном законе «Об электроэнергетике» от 26 марта 2003 г. N 35-ФЗ, постановлениях Правительства РФ (№ 861 от 27.12.2004 г., № 982 от 1.12.2009 г., № 1220 от 31.12.2009 г., N 442 от 4 мая 2012 г. и др.)
С другой стороны ни в указанных документах, ни в других на правовой основе не установлено, что именно должно пониматься в федеральных законах и постановлениях Правительства Российской Федерации под этим термином. Стандарты - добровольного применения.
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 качестве электрической энергии, предусмотренного указанным законом (статья 28 «Государственное регулирование безопасности в сфере электроэнергетики», п.2).
В настоящее время в связи с формированием Единого экономического пространства (ЕЭП) и предусмотренном обеспечении в нем общего доступа в сфере электроэнергетики необходима разработка единого Технического регламента о качестве электрической энергии. Однако пока этого нет в плане разработки проектов технических регламентов Евразийской комиссии. Его разработка является необходимым условием обеспечения КЭ в Российской Федерации и странах-участницах ЕЭП.
Обеспечение электромагнитной совместимости технических средств (ЭМС ТС) требует, с одной стороны, ограничения кондуктивных электромагнитных помех (ЭМП) в электрической сети питания, а с другой стороны, ограничения кондуктивных ЭМП, создаваемых нелинейными энергопринимающими устройствами потребителей, в том числе проникающих в сеть питания.
Правовые нормы, относящиеся к изготовителям технических средств, способных ухудшить КЭ, введены Техническим регламентом Таможенного союза ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств», который вступил в силу с 15.02.2013 г. Под «техническим средством» понимается при этом компонент, аппарат и установка, т.е. правовые документы в области ЭМС распространяются на электрооборудование и электрические установки.
В нем установлены требования к ТС по уровню устойчивости к электромагнитным помехам (помехоустойчивости), обеспечивающему его функционирование в электромагнитной обстановке, для применения в которой оно предназначено и требования к ТС по ограничению помехоэмиссии по условиям обеспечения ЭМС, виды электромагнитных помех, в том числе кондуктивных, типы ТС, на которые распространяются требования по ЭМС и по подтверждению соответствия, а также правила обращения на рынке, согласно которым ТС выпускается в обращение на рынке при его соответствии настоящему ТР ТС.
Нормы электромагнитных помех (ЭМП) различных видов, в том числе низкочастотных кондуктивных электромагнитных помех, а также методы испытаний и измерений установлены в стандартах, являющихся обязательным приложением к настоящему регламенту. Данные стандарты соответствуют международным и европейским стандартам. Так, в России введены в действие межгосударственные стандарты по ограничению кондуктивных помех - эмиссии гармоник токов ТС разных уровней мощности [3-5], а также изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера вызываемых оборудованием, подключаемым к электрическим сетям в низковольтных системах электроснабжения общего назначения [6-7]. Выполнение этих обязательных требований по эмиссии помех и помехоустойчивости должно обеспечиваться на этапе производства соответствующего оборудования.
Технические средства с эмиссией электромагнитных помех, превышающих установленные в данных стандартах нормы, не должны допускаться на рынок и соответственно приобретаться.
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.
Указанный выше Технический регламент Таможенного союза установил требования к ограничению допустимых кондуктивных электромагнитных помех от каждой единицы ТС соответствующего вида. Это важно, но может оказаться недостаточным для принятия решения о возможности технологического присоединения электроустановки потребителя с несколькими или многими ТС, создающими подобные помехи.
Необходимо, чтобы общий уровень эмиссии гармоник тока, создаваемый всеми одновременно работающими нелинейными ТС данного потребителя был такой величины, при которой вызванный ими уровень гармоник напряжения в сети не превышал допустимого (согласованного) уровня электромагнитной совместимости. Это означает, что для обеспечения требуемых показателей КЭ должны быть установлены на правовом уровне обязанности потребителей по ограничению эмиссии помех в электрическую сеть.
Международные рекомендации по условиям подключения потребителей к системам электроснабжения низкого, высокого и крайне высокого напряжения с оценкой допустимых норм электромагнитной эмиссии содержатся в технических отчетах IEC [8-10]. При этом сетевая организация должна располагать необходимыми сведениями о нагрузках потребителя для проведения расчетов.
Но здесь мы имеем дело с другими проблемами у нас по управлению обеспечению КЭ
Согласно правилам технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии к электрической сети, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 г. № 861 от потребителей с энергопринимающими устройствами мощностью вплоть до 750 кВт в заявке на технологическое присоединение не требуется указывать никаких сведений о характере нагрузок и их нелинейных свойствах. То же - и в документе «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии», утвержденном постановлением Правительства РФ от 4 мая 2012 г. № 442, в котором указанная мощность снижена до 670 кВт, что не меняет дела по существу. Получается, что все потребители с оборудованием в указаных диапазонах мощности освобождены от каких либо обязательств в части ограничения общего уровня эмиссии помех в сеть. При этом сетевая организация не имеет права запроса от потребителя ни состава нагрузок, ни данных по гармоническому составу токов, без чего невозможно судить о последующем влиянии их на КЭ.
Установление в России требований к потребителям электрической энергии в части КЭ при подключении их энергопринимающих устройств к электрическим сетям -давно назревшая и нерешенная задача.
В странах Европейского союза (ЕС) действуют различные нормативные правовые акты (законы, директивы, сетевые кодексы, регламенты) в области электроэнергетики, устанавливающие обязательные требования к качеству электрической энергии и обязанности поставщиков и потребителей электрической энергии по обеспечению выполнения этих требований.
Обязательные требования, применяемые в странах ЕС к качеству напряжения (качеству электрической энергии) соответствуют требованиям стандарта EN 50160:2010 и устанавливаются путем ссылки на нормы EN 50160:2010 в нормативных правовых документах или непосредственного введения в них норм EN 50160:2010.
В отсутствии в России нормативно-правовых документов, определяющих взаимотношения сетевых компаний и потребителей по обеспечению требуемых норм КЭ, полезно учесть опыт стран Евросоюза, в частности, Великобритании по условиям технологического присоединения потребителя к электрической сети, определяемым правовым документом «Условия подключения потребителя» в составе «Кодекса распределительных сетей». При этом процедуры оценки возможности подключения потребителя к сети и конкретные требования к потребителям изложены в Инженерной рекомендации G5/4-1 [11]. В этом документе установлены уровни планирования искажений гармонического напряжения, которые сетевой компании и потребителям необходимо использовать в процессах технологического присоединения нелинейного оборудования к распределительной сети с учетом уровней ЭМС, и описывается процесс установления норм для эмиссии гармоник тока для конкретного потребителя. Нормы направлены на ограничение искажений напряжения в распределительной сети до уровней ниже уровней помехоустойчивости, при которых функционирование и рабочие показатели оборудования могут ухудшится.
По методике Инженерной рекомендации G5/4-1 согласование присоединения оборудования потребителя, имеющего нелинейную нагрузку, например, к распределительной сети низкого напряжения, может происходить по одной из трех схем при соблюдений соответствующих условий, установленных для применения каждой из них с учетом суммарного тока нагрузки потребителя.
В одних случаях может использоваться упрощенная разрешительная схема, не требующая проведения отдельной оценки влияния подключаемого оборудования на увеличение уровней гармоник напряжения в сети. В других случаях потребитель обязан предоставить собственнику электрической сети сведения о гармоническом составе суммарного тока, потребляемого его оборудованием, а собственник электрической сети должен принять решение о возможности подключения на основе анализа этих данных.
Возможна ситуация, когда для получения разрешения от собственника электрической сети на подключение нагрузки потребитель должен провести необходимые технические мероприятия по снижению эмиссии гармоник тока до уровней, приведенных в Инженерных рекомендациях G5/4-1, на которые ссылаются британские «Условия подключения потребителей». В любом случае решение о возможности присоединения оборудования по той или иной схеме принимает собственник сети, который имеет право установить допустимые пределы для уровней эмиссии гармоник токов.
Анализ зарубежного законодательства показывает, что Россия сильно отстает от других стран по правовому регулированию в области КЭ, как в части установления обязательных требований к КЭ, так и к ответственности за невыполнение их.
Выводы:
1. В направлении развития нормативно-технической, методической и метрологической базы для решения задач контроля и управления КЭ в России достигнуты заметные результаты: разработаны и введены в действие новые стандарты по требованиям к КЭ, по современным методам измерения показателей КЭ, по контролю и мониторингу КЭ. На их основе разработаны новые средства измерения КЭ с освоением промышленного выпуска.
2. Система мер государственного регулирования в отношении субъектов электроэнергетики в России, влияющих на качество электрической энергии, не имеет в настоящее время законченного характера, а понятие «качество электрической энергии» на законодательном уровне до сих пор не определено.
3. 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.
4. Необходима разработка Технического регламента о качестве электрической энергии, с установлением обязательных для исполнения требований в отношении:
- качества электрической энергии в сетях организаций всех уровней напряжений,
- субъектов электроэнергетики и потребителей по обеспечению выполнения требований регламента на стадиях проектирования электрических систем, присоединения потребителей электрической энергии и эксплуатации систем передачи электрической энергии,
а также с определением форм и схем оценки соответствия электрической энергии установленным требованиям.
5. Целесообразно изучить и использовать европейский опыт решения вопросов обеспечения требуемого качества напряжения в электрической сети при подключении к ней потребителей с нелинейными нагрузками.
Литература:
[1] РД 153-34.0-15.501-00 «Методические указания по контролю и анализу КЭ в системах электроснабжения общего назначения Часть 1. Контроль КЭ». Утв. Госэнергонадзором 27.12.2000
[2] РД 153-34.0-15.502-2002 «Методические указания по контролю и анализу КЭ в системах электроснабжения общего назначения Часть 2. Анализ КЭ». Утв. Госэнергонадзором 15.07.2002
[3] ГОСТ 30804.3.2-2013 (IEC 61000-3-2:2009) Совместимость технических средств электромагнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний
[4] ГОСТ Р 51317.3.4-2006 (МЭК 61000-3-4-1998) Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничение эмиссии гармонических составляющих тока техническими средствами с потребляемым током более 16 А, подключаемыми к низковольтным системам электроснабжения. Нормы и методы испытаний
[5] ГОСТ 30804.3.12-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничение гармонических составляющих тока, создаваемых техническими средствами с потребляемым током более 16 А, но не более 75 А (в одной фазе), подключаемыми к низковольтным системам электроснабжения общего назначения. Нормы и методы испытаний
[6] ГОСТ 30804.3.3-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера в низковольтных системах электроснабжения общего назначения. Технические средства с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемые к электрической сети при несоблюдении определенных условий подключения. Нормы и методы испытаний
[7] ГОСТ 30804.3.11-2013 Совместимость технических средств электромагнитная. Колебания напряжения и фликер, вызываемые техническими средствами с потребляемым током не более 75 А (в одной фазе), подключаемыми к низковольтным системам электроснабжения при определенных условиях. Нормы и методы испытаний
[8] IEC TR 61000-3-6:2008 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-6: Limits - Assessment of emission limits for the connection of distorting installations to MV, HV and EHV power systems
[9] IEC/TR 61000-3-7:2008 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-7: Limits - Assessment of emission limits for the connection of fluctuating installations to MV, HV and EHV power systems
[10] IEC/TR 61000-3-14 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-14: Assessment of emission limits for harmonics, interharmonics, voltage fluctuations and unbalance for the connection of disturbing installations to LV power systems
[11] Engineering Recommendation G5/4-1 Planning levels for harmonic voltage distortion and the connection of nonlinear equipment to transmission systems and distribution networks in the United Kingdom. Energy Network Association, Oct. 2005.
