3. Характеристики измененного стандарта СССР на качество электрической энергии
ГОСТ 13109—67 явился первым и пока единственным в мировой практике документом, регламентирующим значения комплекса ПКЭ по напряжению и частоте. Использование ГОСТа позволило в ряде случаев предотвратить процессы ухудшения КЭ в промышленных электрических сетях. Это оказалось возможным благодаря использованию стандарта проектными организациями, разработавшими отраслевые методики расчета ПКЭ и предусматривающие схемные и иные решения, направленные на обеспечение значений ПКЭ в допустимых пределах. Однако в процессе применения выявились и определенные недостатки стандарта в части организационных и технических задач контроля значений ПКЭ в условиях эксплуатации.
В последние годы в мировой электротехнической практике появились нормативные документы, отражающие современные тенденции развития вопросов КЭ. В первую очередь следует отметить Европейский стандарт стран Общего рынка ЕМ10.006, рекомендации Международного союза по электротермии и др. Эти документы послужили основой для разработки международных стандартов в области электромагнитной совместимости (ЭМС) техническим комитетом 77 МЭК. Естественно, что нормы отечественного стандарта должны в той или иной мере соответствовать требованиям этих нормативных документов. Таким образом, появилась необходимость усовершенствования ГОСТ 13109—67 как в части технических, так и организационных требований.
Рис. 1. Допустимые размахи колебаний напряжения в зависимости от частоты или интервала между изменениями напряжения
Десятилетие, прошедшее после введения этого стандарта, характеризуется широким внедрением резкопеременных, нелинейных и несимметричных нагрузок, в связи с чем неизмеримо возросла значимость строгой регламентации ПКЭ, характеризующих эти режимы. Поэтому в наибольшей мере стандарт подвергся корректировке (изменения 1979 г.) в части, относящейся к нормированию этих показателей, и в первую очередь — колебаний напряжения.
Принятая в ГОСТ 13109—67 зависимость допускаемых размахов колебаний б К от числа их п (в час) в виде 6К= 1 + 6/л при средней частоте колебаний / ^ 1 Гц и более свидетельствовала о независимости 8V от частоты, что противоречит энергетической сущности процесса зрительного восприятия [331. Кривая существенно отличается от зависимостей, полученных в других странах, в частности, от кривых, приведенных в стандарте ЕМЮ.006. Указанное обстоятельство привело к тому, что кривая, приведенная в ГОСТ 13109—67 с точки зрения допустимой энергии колебаний оказалась почти на порядок более «жесткой», чем соответствующие кривые AIEE в США. Это влекло за собой существенное удорожание мероприятий и технических средств, направленных на компенсацию колебаний. Кривая допустимых значений размахов колебаний напряжения (рис. 1) была введена в изменение ГОСТ 13109—67 на основании материалов AIEE. Из рис. 1 видно, что средняя частота колебаний определяется за секунду, минуту или час.
В скорректированном стандарте указывается также, что должны учитываться изменения напряжения, происходящие с размахом более 1 % от номинального напряжения в секунду. Последнее условие всегда выполняется при изменениях напряжения любой формы для частот более 0,1 Гц. При меньших частотах периодические изменения напряжения синусоидальной и треугольной форм, очевидно, не должны причисляться к колебаниям напряжения даже в случае, если размах их превосходит допустимый (согласно кривой рис. 1).
Как отмечалось в параграфе 2, в зарубежной практике для оценки допустимости колебаний на частотах более 0,5—1 Гц используется показатель, основанный на энергетических представлениях о зрительном процессе — «доза» колебаний. Введение этого или подобного показателя не представлялось возможным из-за ограниченного характера задач корректировки ГОСТ 13109—67, это означало бы введение нового ПКЭ. Однако значения ординат кривой (рис. 1) соответствуют средней мощности колебаний (0,4—0,6%)2, что близко нормам EN 50.006 (значения напряжения взяты в процентах от номинального). Таким образом, использование принятой в скорректированном варианте стандарта кривой допустимых значений размахов колебаний напряжения от частоты не противоречит энергетической сущности процесса восприятия колебаний и не исключает возможности использования соответствующих критериев оценки их. Для этой цели необходима разработка методик, основанных на требованиях ГОСТа. В измененном ГОСТе допустимые значения размахов колебаний напряжения оцениваются также в зависимости от интервала между последующими колебаниями. При этом если интервал времени между концом одного колебания и началом следующего (происходящего в том же направлении), менее 0,04 с, эти колебания следует рассматривать как одно, последнее объясняется слиянием ощущений, обусловленных каждым колебанием. Требования стандарта в отношении колебаний напряжения не распространяются на радиоприборы, как это было ранее.
В измененной редакции стандарта вместо показателя «напряжение нулевой последовательности» введен коэффициент неуравновешенности напряжений е0 как отношение напряжения нулевой последовательности основной частоты к номинальному фазному напряжению. Значение этого коэффициента не должно превышать величин, при которых (с учетом других влияющих факторов — отклонения, несимметрии и несинусоидальности напряжения) действующие значения напряжений не выходят за допустимые пределы.
Важнейшей особенностью внесенного в стандарт изменения явилось введение длительностей (периодов) измерений при контроле ПКЭ, дифференцированных для различных ПКЭ и видов электроприемников. Эти длительности могут использоваться при проектировании сетей энергосистем, распределительных сетей и электроустановок. Установление этих периодов основывается на имеющемся достаточно большом статистическом материале и известных результатах обработки его, включающих сведения о характере случайного процесса изменения того или иного ПКЭ и интервалах стационарности [13].
Для того, чтобы результаты контроля были однозначными и сопоставимыми, необходимо, чтобы контроль ПКЭ выполнялся по единой методике, в которой помимо единообразия периодов измерения, должен быть правильный выбор интервалов дискретизации (шагов квантования), т. е. времени между следующими друг за другом замерами. Кроме того следует использовать приборы, отвечающие единым требованиям с точки зрения диапазона (шкалы) измерений ПКЭ, класса точности и быстродействия [251. В настоящее время соответствующие методики применительно ко всем ПКЭ представлены во «Временных методических указаниях по контролю КЭ» разработанных ВНИИЭ, Главлатвэнерго, ИЭД АН УССР и Ждановским металлургическим институтом.
Существенным изменением стандарта на КЭ явилась регламентация допустимых значений ПКЭ не только на зажимах электроприемников, но и в пунктах раздела балансовой принадлежности сетей энергоснабжающей организации и потребителя. Однако в указанных пунктах значения ПКЭ могут выходить за пределы, установленные для потребителей. Согласно требованиям скорректированного ГОСТ 13109—67 электроснабжающая организация обеспечивает значения ПКЭ, установленные договором на пользование электрической энергией, в пунктах раздела балансовой принадлежности.
Серьезное значение имеет вновь введенное в стандарт положение, согласно которому значения ПКЭ, выходящие за допустимые пределы с интегральной вероятностью не более 0,05, должны в случае необходимости ограничиваться по величине и длительности отраслевыми и ведомственными нормами, согласованными с Минэнерго СССР. Таким образом, в некоторых специальных случаях значения ПКЭ могут выходить за пределы, допустимые согласно ГОСТ 13109—67. Так, в сетях прокатных станов с вентильным электроприводом при отсутствии других нагрузок несинусоидальность и колебания напряжения ограничиваются значениями соответствующих показателей, допустимыми для вентильных преобразователей и систем импульсно-фазового управления, а также устройств релейной защиты и автоматики. Однако в этом случае у потребителей, подключенных к этому же узлу сети, значения ПКЭ, обусловленные влиянием преобразователей прокатного стана, должны быть в допустимых пределах. Допустимые значения ПКЭ в отмеченных и аналогичных случаях должны регламентироваться с учетом допустимых уровней помех для электрооборудования и систем управления.
К числу важных уточнений относится ограничение коэффициента несимметрии и коэффициента синусоидальности значениями соответственно 2 и 5% на зажимах любого электроприемника. Допустимое значение коэффициента несимметрии относится к трехфазным симметричным приемникам электроэнергии. Коэффициент несинусоидальности, по аналогии с коэффициентом несимметрии, может определяться по отношению к номинальному напряжению сети. При оценке коэффициентов несинусоидальностк и определяемого аналогичным образом коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения номер последней из учитываемых гармоник не указан, он определяется допустимой погрешностью оценки соответствующей величины. Эту погрешность можно принимать равной 5%.
В новой редакции ГОСТ 13109—67 внесены также некоторые изменения в части требований к организации и обеспечению контроля ПКЭ. В новой редакции стандарта отмечена равная степень ответственности энергоснабжающей организации и потребителя за поддержание значений ПКЭ в пунктах раздела балансовой принадлежности в пределах, указанных в договоре на пользование электрической энергией. При отклонениях ПКЭ от этих значений виновная сторона должна нести материальную ответственность. Виновность стороны и обоснованность финансовых претензий определяют при участии представителей четырех организаций: Госстандарта СССР, Госэнергоназдора, энергоснабжающей организации и потребителя.
