Стандартизация и проблемы качества электроэнергии

Анонс: Реальное состояние с качеством электроэнергии в силовых сетях и его причины. Ключевые международные стандарты и их отечественные аналоги (при наличии), обеспечивающие качество электроэнергии в силовой сети.

Проблемы, связанные с качеством электроэнергии в настоящее время вызывают все большую озабоченность, что обусловлено, как масштабным применением в силовых сетях электронного оборудования (информационно-технологическое, силовое, включая приводы с регулируемой скоростью (ASD), программируемые логические контроллеры (PLC), энергоэффективное освещение и пр.), полностью меняющего характер электрических нагрузок, так и трендом перехода на цифровые (автоматические, автоматизированные) энергосистемы.

В целом проблемы качества электроэнергии уже стали общемировыми, а потому международными организациями (IEC, CENELEC и IEEE), как и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии были разработаны нормативно-правовые акты, формализующие нормы, требования, методики и т.д. для обеспечения параметров, соответствующих самой концепции качества.

Вместе с тем, у нас в стране отмечается низкий уровень использования стандартов (отечественных, международных), что объясняют, как введением в действие ст. 15 № 247-ФЗ от 31.07.2020 («регуляторная гильотина») и переходом от технических регламентов РФ на ТР ТС - 004 – 2011, ТР ТС - 010 – 2011, ТР ТС - 020 – 2011, так и малой информированностью производителей, торговых компаний, интеграторов оборудования, устройств, потребителей о de facto мощной нормативно правовой базе. Хотя:

• в Постановлении Правительства РФ N 1473 от 09.09.2023 (по утверждению Программы энергосбережения и повышения энергоэффективности) формализованы действующие (на момент текущего года) Указы, Стратегии, Планы, Программы, а в их числе Энергетическая стратегия и федеральные стандарты, исполнение требований которых является обязательным;
• de facto нереально выпускать какой-либо продукт и заявлять о его высоком качестве, если он не соответствует нормированным в стандартах свойствам (параметрам);
• буквально нереально устранить или снизить риски аварийности энергосистемы без выполнения норм действующих стандартов, а мониторинг нормативно-правовой базы – прямая обязанность подразделений главного энергетика, которые должны курироваться менеджментом производственного (или непроизводственного) объекта.

Ключевые международные стандарты и их отечественные аналоги (при наличии), обеспечивающие качество электроэнергии в силовой сети.

С учетом текущего состояния силовых сетей объектов разного назначения, где априори присутствуют гармонические искажения основных параметров электроэнергии, как из-за эмиссии, так и трансмиссии гармоник, базовыми стандартами контроля и повышения качества можно признать:

• IEEE 519-2022 (IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems), в котором сохранились ключевые принципы ранних версий - электроэнергетические компании несут ответственность за обеспечение высококачественного электроснабжения, а потребители должны ограничивать гармонические токи, генерируемый в своей силовой сети.
  Стандарт устанавливает пределы гармонических искажений в точке общего присоединения (PCC), а также формализовал ряд терминов, формул и методик расчетов баланса мощностей;
• IEC 61000-3-2:2018/AMD1:2020 (Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-2: Limits - Limits for harmonic current emissions (equipment input current ≤16 A per phase)) (у нас ГОСТ IEC 61000-3-2-2017) с поправкой 2020 года.
  Стандарт устанавливает нормы эмиссии гармонических составляющих тока от оборудования с входным током не более 16 А включительно на фазу и предназначенного для подключения к общественным низковольтным распределительным сетям;
• IEC TS 61000-3-4:1998 (Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-4: Limits - Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A) (у нас ГОСТ Р 51317.3.4-2006 Совместимость технических средств электромагнитная. Ограничение эмиссии составляющих тока техническими средствами с потребляемым током более 16А, подключаемыми к низковольтным системам электроснабжения).
  Стандарт помогает оценить оборудование на предмет гармонических искажений и принять решение о допустимости подключения оборудования в силовую сеть;
• IEEE 141-1993 (Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants).
  В стандарте представлена рекомендуемая практика проектирования электрооборудования промышленных объектов, есть таблицы, диаграммы и другая информация, извлеченная из норм, стандартов и другой технической литературы, способные оказать реальную помощь инженерам, разрабатывающим проекты (или исправляющим ошибки проектирования);
• IEEE 142-2007 (IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems).
  В стандарте представлено тщательное исследование проблем заземления и методов решения этих проблем. Рассмотрены вопросы о подключении рам и корпусов электрических аппаратов, таких как двигатели, распределительные устройства, трансформаторы, шины, кабели, кабелепроводы, каркасы зданий и переносное оборудование к системе заземления;
• IEEE 493-2007 IEEE (Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems).
  В стандарте представлены основы анализа надежности энергосистемы применительно к планированию и проектированию промышленных и коммерческих систем распределения электроэнергии. Приведены основные понятия анализа надежности вероятностными методами, основы оценки надежности энергосистемы, экономическая оценка надежности, данные о надежности оборудования, примеры анализа. Кроме того, рассматриваются вопросы аварийного и резервного электроснабжения, профилактического обслуживания электрооборудования, а также оценки и повышения надежности существующей установки;
• IEEE 1100-2005 (IEEE Recommended Practice for Powering and Grounding Electronic Equipment).
  Рекомендуемая практика питания и заземления чувствительного электронного оборудования Рекомендуемые методы проектирования, установки и технического обслуживания электропитания и заземления (включая шум, связанный с питанием и сигналом) чувствительного электронного технологического оборудования, используемого в коммерческих и промышленных силовых сетях;
• IEEE 1346-1998 (IEEE Recommended Practice for Evaluating Electric Power System Compatibility With Electronic Process Equipment).
  Рекомендуемая IEEE методика оценки совместимости электроэнергетической системы с электронным технологическим оборудованием, используемая в качестве инструмента планирования для количественной оценки среды просадки напряжения и чувствительности процесса;
• IEEE 1159-2019 (IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality).
  Рекомендуемая IEEE методика мониторинга качества электроэнергии однофазных и многофазных систем питания переменного тока. В методике описываются номинальные условия и отклонения (от этих номинальных условий), которые могут возникать в источнике питания или нагрузке или же в результате взаимодействия между источником и нагрузкой. Кроме того, здесь рассматриваются устройства контроля качества электроэнергии, методы их применения и интерпретация результатов мониторинга;
• IEEE 1250-2018 (IEEE Guide for Identifying and Improving Voltage Quality in Power Systems).
  Руководство IEEE по определению и улучшению качества напряжения в энергосистемах, по обслуживанию оборудования, чувствительного к кратковременным побоям напряжения. Описаны кратковременные помехи напряжения, возникающие в системах распределения и использования переменного тока, их потенциальное влияние на новое, чувствительное пользовательское оборудование, а также рекомендации по смягчению этих последствий. Также обсуждаются пределы гармонических искажений;
• IEEE 1668-2017 (IEEE Recommended Practice for Voltage Sag and Short Interruption Ride-Through Testing for End-Use Electrical Equipment Rated Less than 1000 V).
  Рекомендуемая IEEE практика для испытаний на провисание и кратковременные перерывы напряжения для конечного электрооборудования с напряжением менее 1000 В, где подробно описаны рекомендации по просадке, перебои напряжения, эксплуатационным характеристикам и испытаниям на соответствие требованиям для всего электрического и электронного оборудования, подключенного к низковольтным системам электроснабжения, которое может выйти из строя или отключиться в результате снижения напряжения питания продолжительностью менее одной минуты;
• IEC TR 61000-2-8:2002 (Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-8: Environment - Voltage dips and short interruptions on public electric power supply systems with statistical measurement results).
  IEC TR 61000-2-8:2002 описывает явления электромагнитных помех при провалах и перебоях напряжения с точки зрения их источников, последствий, мер по устранению последствий, методов измерения и результатов измерений (в той мере, в какой они доступны);
• IEEE SA - P1564/D19 (2013 года) (IEEE Guide for Voltage Sag Indices).
  Этот нормативно-правовой акт - руководство по индексам просадки напряжения, где определены соответствующие индексы и характеристики просадки, а также методы их расчета. Представлены методы количественной оценки отдельных событий, производительности в конкретном месте (индексы одного узла) и всей системы (системные индексы);
• IEEE 1453-2022 (IEEE Standard for Measurement and Limits of Voltage Fluctuations and Associated Light Flicker on AC Power Systems).
  Стандарт IEEE для измерения и пределов флуктуаций напряжения и связанного с ними мерцания света в системах питания переменного тока, содержит справочную информацию о колебаниях напряжения питания, вызванных изменениями в потребляемой мощности установок;
• IEEE C57.18.10-2021 (IEEE Standard Practices and Requirements for Semiconductor Power Rectifier Transformers).
  В стандарте формализованы методики и требования IEEE к полупроводниковым силовым выпрямительным трансформаторам, приведены практические рекомендации и требования к полупроводниковым силовым выпрямительным трансформаторам для специализированных нагрузок с номинальной мощностью 100 кВт и выше и трехфазной мощностью 100 кВт и выше;
• IEEE C57.21-2021 «IEEE Standard Requirements, Terminology, and Test Code for Shunt Reactors Rated Over 500 kVA).
  Документ устанавливает требования IEEE, терминологию и правила испытаний для шунтирующих реакторов мощностью более 500 кВА (жидкостные или сухие, однофазные или трехфазные, открытые или закрытые);
• IEEE C37.20.1-2015 (IEEE Standard for Metal-Enclosed Low-Voltage (1000 Vac and below, 3200 Vdc and below) Power Circuit Breaker Switchgear).
  Стандарт IEEE для низковольтных распределительных устройств в металлическом корпусе (1000 В переменного тока и ниже, 3200 В постоянного тока и ниже), устанавливающий нормы номинального напряжения, тока, условия эксплуатации, температурные ограничения и классификацию изоляционных материалов, требования к выдерживаемому напряжению изоляции (диэлектрика) и т.д.;
• стандарты семейства IEC 61000 по электромагнитной совместимости и их отечественные аналоги ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, ГОСТ Р 51317.4.15-2012 (МЭК 61000-4-15:2010) и др.