Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

Номинальное напряжение

Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

Номинальное напряжение – действующее его значение в рассматриваемой цепи.

Благодарности

Сердечно благодарим Джеймса Кинга за рассказ об истории развития гальванических источников напряжения.

Стандартные номиналы

В РФ использовалось сетевое напряжение со средним действующим значением 220 В и частотой 50 Гц. Сказанное означает, что амплитуда напряжения переменная, но допустимо заменить постоянным, равным 220 В при расчётах потребляемой мощности и прочих параметров.

В быту распространены лампочки на 12 В переменного напряжения, которые по правилам (ГОСТ 50571.11) применяются на территории ванных комнат и санузлов. А постоянные 12 В царят среди автомобильных аккумуляторов. Заметим, что батарею с таким номиналом уже пора отдать на свалку. Рабочий аккумулятор заряжается до 14 В.

В литературе часто приходится сталкиваться с понятиями линейного и фазного напряжений. Это номиналы. Первый измеряется между двумя фазами, второй между любой фазой и нейтралью. Для сети 220 В цифры, соответственно, равны 380 и 220 В. Это средние действующие значения, амплитуда в корень из двух раз больше.

Согласно новым стандартам страна переходит сейчас на напряжение 230 В. Ни 380 В, ни 220 В в розетке больше обнаружить нельзя. Это противозаконно, согласно ГОСТу, поставщик отвечает за качество поставляемой энергии.

Шаги предприняты правительством, чтобы бесперебойно работала импортная техника. В 10-х годах XXI века стали запрещать использование лампочек накала. Повышение напряжения сети лишь на 10% снижает срок их службы примерно вдвое.

Нарушители, втихую использовавшие приборы, теперь платить станут чаще.

Переходите на светодиодное освещение! Одновременно плата за свет снизится вдесятеро.

Обозначенная спецификация

Эталон напряжения

14 июля 1729 года произошло великое событие: Стивен Грей догадался проводить статическое электричество по шёлковым нитям и прочим материалам, создав первую цепь. До внедрения электричества предприятиям приходилось располагаться прямо на берегах рек. Что неудобно. Гораздо проще строить заводы вблизи ресурсов.

Сложно вести разработку природных ресурсов вдали от источников энергии. Людская сила не заменит электричество. Первой попыткой передать энергию на расстояние стал коммерческий телеграф в 1837 году длиной линии 20 км.

Этим доказано, что возможно передавать энергию на дальние расстояния и выполнять там при помощи неё работу. Пятью годами ранее сэр Джозеф Генри демонстрировал устройство с бухтой провода в милю.

Электромагнит поднимал весьма солидный даже по нынешнему времени груз.

Все совершалось при помощи вольтова столба – набора из кружков меди и цинка, разделённых слоем мокрой ткани, пропитанной солёной водой. Первая серьёзная конструкция появилась в 1836 году.

Она стала первым эталоном номинального напряжения, измерявшего прочие источники, к примеру, термоэлектрические генераторы. Джон Фредерик Дэниэл пытался решить затруднение выделения газа (водорода) гальваническим источником при работе.

Это привело его к идее использования двух электролитов вместо одного.

Дэниэл основывался на докладе профессора Дэви за 1801 год о химической природе вольтова столба, как результата оксидирования металла. Позднее тема затрагивалась Беккерелем. Дэниэл решил проверить электрохимические опыты Фарадея и искал подходящий источник. Как результат, появился новый тип гальванического элемента:

  1. В центре чаши находился цинковый стержень, окружённый бычьим пищеводом. Внутрь заливался слабый раствор цинковой кислоты.
  2. Вкруг пищевода шёл полый медный цилиндр диаметром 3,5 дюйма, заполненный слабым раствором сульфата меди. Цилиндр покрывался перфорированным диском, сквозь который в центре проходили пищевод быка и цинковый стержень.
  3. На нижней грани медного диска находились крупные кристаллы сульфата меди, не дававшие раствору выйти из насыщения.
  • Реконструкция (см. рис.):
  1. В центре чаши находится медный полый цилиндр (см. рис.), погруженный в раствор сульфата меди.
  2. Конструкция умещается внутри мембраны из пищевода быка.
  3. Снаружи располагался цинковый полый цилиндр, покрытый амальгамой и чуть меньшей высоты, окружённый слабым раствором серной кислоты.

Неизвестно, что привело учёного к столь экзотической конструкции, но она действовала потрясающе. За сто лет до события учёного точно обвинили бы в колдовстве.

В 1881 году на Международной конференции электриков решено, что напряжение, выдаваемое одной ячейкой Дэниэла, станет называться 1 В. Эта величина и сегодня используется для измерения номинального напряжения.

С оговоркой: действительный потенциал ячейки Дэниэла при температуре 25 градусов Цельсия равен 1,1 В.

Конструктор отмечал, что бычий пищевод возможно заменить фаянсом, но эксплуатационные характеристики ячейки становились хуже. Позже Джон Гасьё предложил использовать неглазированный фарфор в качестве пористой мембраны.

Высокое внутреннее сопротивление ячейки обуславливало малый ток, но постоянность потенциала (1,1 В) оказалась быстро замечена, и гальванический элемент использовался в качестве эталона до официального признания таковым в 1881 году.

С этого времени говорят о номинальном напряжении.

Поставки энергии

Уже в 1843 году Луис Делеуи при помощи ячеек Бунзена и электрической дуги осветил Площадь Согласия в Париже. Это важный момент, как видно дальше, на французские шоу равнялись прочие видные деятели того времени.

Считается, что первый магнето построен Пикси в 1832 году, но массового применения ток не нашёл. В 1844 году пару ручных генераторов создал Вулрич для гальванизации металлов, и это первые промышленные образцы.

В середине 50-х энергию стали использовать, получая её из пара и преобразуя при помощи коленвала и подобных штуковин в электричество.

Уже были известны двигатели Пейджа, совершавшие прямо противоположное, толкая составы поездов.

Двухтонный двигатель на 600 оборотов, построенный по проекту Блэквэлла считается первой попыткой создания полностью автоматического парового генератора тока.

В паре с ним использовался механический коммутатор для спрямления переменной составляющей. В 1858 году подобные генераторы начали использоваться в качестве оборудования английских маяков.

Результат не превзошёл ожидания, но совершился первый шаг к поставкам энергии для нужд человечества.

Параллельно шли демонстрации электрического освещения во Франции. Там новинка служила скорее для развлечения публики. К началу 70-х годов отдельные маяки прочно перешли на электричество, включая одесский.

На сцену выходят немцы, прежде остававшиеся в тени английских и французских экспериментов. Организатору и затейнику Оскару фон Миллеру захотелось превзойти иностранцев. Он заказал организовать передачу электрической энергии на расстояние 35 миль.

Что стало первой высоковольтной сетью в мире.

Номинал всегда обозначен

Зачем повышать номинал напряжения

В разделе о двухполюсных автоматах дан краткий экскурс в развитие цепей передачи. Показано, что вольтаж постоянно стремились повысить. Это требуется для обеспечения приемлемого КПД, который сегодня не опускается ниже 90%. Объясняется это через закон Ома для участка цепи:

  1. При прохождении тока по линии теряется энергия.
  2. Это происходит согласно закону Джоуля-Ленца.
  3. Величина потерь определяется током.

Согласно закону Ома эти величины, включая напряжение, связаны. Чем больше напряжение, тем меньше ток при аналогичной переданной мощности. Следовательно, пониже и потери.

Получается, при передаче энергии на большие расстояния сечение провода требуется повышать, как и номинальное напряжение. Уже в 1923 году по линии пропускали 220 кВ. Все 20-е немецкая компания RWE AG строила такие трассы.

Одна пересекает Рейн, переброшенная через два пилона высотой 138 метров в районе Фёрде. С 20-х годов необходимость располагать предприятия рядом с электростанциями отпала окончательно.

Параллельно шёл процесс электрификации США. Первая ГЭС на Ниагаре построена ещё в 90-х годах XIX века, не трёхфазная. Система Николы Теслы состояла из 4-х проводов и легко могла быть переоборудована. За описанными событиями номиналы напряжений линий передач росли:

  1. Германская линия в Роммерскирхене оказалась первой на номинальное напряжение 380 кВ. Одновременно аналогичная трасса, проложенная через Мессинский пролив, введена в эксплуатацию в Италии.
  2. США, СССР и Канада одновременно вводят в эксплуатацию линии номинальным напряжением 750 кВ в 1967 году.
  3. В 1982 году самая высоковольтная линия введена между Электросталью и Экибастузом. Три фазы переменного тока номинальным напряжением 1,2 МВ.
  4. В 1999 году Япония строит линию Кита-Иваки номинальным напряжением 1 МВ.

С начала XXI века за постройку высоковольтных линий взялся Китай.

Известные номиналы напряжений

Все функционирующие сегодня ЛЭП большой протяжённости работают на номинальных напряжениях 115 – 1200 кВ трёхфазного тока.

Дальнейшее повышение вольтажа неэффективно, приводит к появлению обильных коронных разрядов, обнаруживающих тенденцию перерастать в дугу. Самые большие потери возникают на низковольтной части.

К примеру, во Франции ежегодные потери оцениваются в 325 ГВт часов, что составляет 2,5%, в США они достигают 7,5%. Это объясняется разницей номинального напряжения – 220 В против 110.

На 1980 год экономически эффективная длина линии составляла 7000 км, но реально существующие намного короче указанной цифры. На значительных расстояниях начинают играть роль ёмкостное и индуктивное сопротивление.

Вместе они образуют реактивный импеданс, не дающий поставить энергию пользователям. Это блуждающие туда и сюда токи, представляющие собой целиком паразитный эффект.

Этим определяется фактор мощности линии, не слишком большой.

Сегодня доказано, что выгоднее на больших дистанциях поставлять постоянный ток, не затекающий в индуктивные сопротивления – ёмкостное, образованное проводом и землёй, и индуктивное. Отсутствует понятие реактивной мощности. Доказывается факт, что Никола Тесла вёл борьбу за переменный ток преимущественно для причинения ущерба Эдисону.

Учитывая сэкономленное, выгодно строить на концах мощных линий преобразовательные станции для перевода токов. Одновременно уходят потери на излучение, просачивание сквозь экран в землю, снижается уровень коронного разряда.

Уже сегодня кабели для подзарядки аккумуляторов подводных лодок питаются постоянным током, передавать по ним переменный нецелесообразно уже на расстоянии 30 км. Сегодняшние линии имеют в 20 раз большую протяжённость, успешно эксплуатируются.

Для передачи переменного тока ограничения зависят от расстояния:

  1. На малых линиях – тепловые потери, призванные не разрушить изоляцию провода.
  2. На средних дистанциях учитывается падение напряжения, нельзя брать слишком высокое.
  3. На дальних дистанциях в силу вступают факторы реактивной мощности, определяющие устойчивость системы.

Допустимое отклонение напряжения по ГОСТ: допустимые значения

Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

При проектировании электроприборов, в том числе и бытовой техники, учитываются номинальные характеристики сети, от которой они будут работать. Но в системах электроснабжения могут происходить процессы, вызывающие отклонения от номинальных параметров.

Допустимое отклонение напряжения в сети, частоты, а также других характеристик, регулируется требованиями ГОСТ 13109-97 (международный стандарт, принятый в России, Республике Беларусь, Украине и в большинстве других стран СНГ).

Приведем информацию о допустимых нормах отклонений и вызывающих их причинах.

Нормы напряжения в электросети по ГОСТу

В нормативном документе определено несколько показателей, позволяющих характеризовать качество электроэнергии в точках присоединения (ввод в сети потребителей). Перечислим наиболее значимые параметры и приведем допустимые диапазоны отклонений для каждого из них:

  • Для установившегося отклонения напряжения не более 5,0% от номинала (допустимая норма) при длительном временном промежутке и до 10% для краткосрочной аномалии (предельно допустимая норма). Заметим, что данные показатели должны быть прописаны в договоре о предоставлении услуг, при этом указанные нормы должны отвечать действующим нормам. Например, для бытовых сетей (220 В) быть в пределах 198,0-220,0 В, а для трехфазных (0,40 кВ) – не менее 360,0 В и не более 440 Вольт.
  • Перепады напряжения, такие отклонения характеризуются амплитудой, длительностью и частотой интервалов. Нормально допустимый размах амплитуды не должен превышать 10,0% от нормы. К перепадам также относят дозу фликера (мерцание света в следствии перепадов напряжения, вызывают усталость), это параметр измеряется специальным прибором (фликометром). Допустимая краткосрочная доза – 1,38, длительная – 1.Пример устоявшегося отклонения и колебания напряжения
  • Броски и провалы. К первым относятся краткосрочные увеличения амплитуды напряжения, превышающие 1,10 номинала. Под вторым явлением подразумевается уменьшение амплитуды на величину более 0,9 от нормы, с последующим возвращением к нормальным параметрам. Ввиду особенностей природы процессов данные отклонения не нормируются. При частом проявлении рекомендуется установить ограничитель напряжения (для защиты от бросков) и ИБП (при частых провалах).
  • Перенапряжение электрической сети, под данным определением подразумевается превышение номинала на величину более 10% длящееся свыше 10-ти миллисекунд.Примеры перенапряжения и провала (А), бросков (В)
  • Несимметрия напряжения. Допустимое отклонение коэффициента несимметрии от нормы – 2,0%, предельное – 4,0%.
  • Несинусоидальность напряжения. Определяется путем расчета коэффициента искажения, после чего полученное значение сравнивают с нормативными значениями.Пример нарушения синусоидальности напряжения
  • Отклонения частоты. Согласно действующим требованиям нормально допустимое отклонение этого параметра 0,20 Гц, предельно допустимое – 0,40 Гц.

Основные причины возникновения отклонения напряжения в сети

Теперь рассмотрим, что могло вызвать изменение характеристик сети:

  • Установившиеся отклонения напряжения связывают со следующими причинами:
  1. Увеличение величины нагрузки из-за подключения одного или нескольких мощных потребителей. Характерный пример – сезонное увеличение нагрузки на энергосистемы ввиду подключения обогревательного оборудования, а также суточные пики.
  2. Увеличение числа потребителей без модернизации энергосистемы.
  3. Обрыв или недостаточное качество контакта нулевого кабеля в трехфазных системах.

При ситуациях, описанных в первом пункте, поставщик нормализует напряжение, используя специальные средства регулирования. В остальных случаях производятся ремонтные работы.

  • Причина перепадов напряжения связана с потребителями электрической энергии, с резко изменяющейся нагрузкой (как правило, при этом изменяется и реактивная мощность). В качестве примера можно привести металлургические предприятия, оборудованные дуговыми печами. Подобный эффект можно наблюдать при работе сварочного электрооборудования или поршневых компрессорных установок.
  • Причины минимального напряжения (провалы) в большинстве случаев связаны с КЗ, которые могут возникнуть в сети дома, на линиях ввода или ЛЭП. Длительность провалов варьируется от миллисекунд до секунд, при этом напряжение может уменьшаться до 90% от нормы. Наиболее чувствительна к таким изменениям электроника, нормализовать ее работу можно при помощи ИБП.
  • Возникновение импульсных напряжений может быть вызвано коммутационными процессами, ударом молнии в ВЛ, а также другими причинами. При этом величина импульса может многократно превышать стандартное напряжение в квартире по ГОСТу. Естественно, что существенное увеличение максимальных значений этого параметра приведет к выходу из строя подключенного к сети оборудования, чтобы не допустить этого, следует использовать ограничитель перенапряжения. Принцип работы этого защитного устройства и схему установки можно найти на нашем сайте.Конструкция ограничителя перенапряжения (ОПН)
  • При кратковременных перенапряжениях уровень отклонений значительно ниже, чем при бросках, но, тем не менее, это может стать причиной выхода из строя оборудования, включенного в розетки. ОПН в этом случае не спасет, но поможет реле напряжения, которое произведет защитное отключение и после нормализации ситуации восстановит подключение. Пределы изменения срабатывания (диапазон регулирования) можно задать самостоятельно или использовать настройки по умолчанию. Что касается причин, вызывающих перенапряжение, то они связаны с коммутационными процессами и КЗ.
  • Несимметрия происходит вследствие перекоса нагрузки между фазами. Ситуация исправляется путем транспозиции питающих линий.
  • Нарушение синусоидальности возникает в тех случаях, когда к энергосистеме подключается мощное оборудование, для которого характерна нелинейная ВАХ. В качестве такового можно привести промышленные преобразователи напряжения с тиристорными элементами.
  • Частота сети напрямую связана с равновесием активных мощностей источника и потребителя. Если происходит дисбаланс, связанный с недостаточной мощностью генераторов, наблюдается снижение частоты в энергосистеме до тех пор, пока не будет установлено новое равновесие. Соответственно, при избыточных мощностях, происходит обратный процесс, вызывающий повышение частоты.

Последствия отклонения от стандартов

Отклонение от номинальных напряжений может вызвать много нежелательных последствий, начиная от сбоев в работе бытовой техники и заканчивая нарушениями производственных техпроцессов и созданием аварийных ситуаций. Приведем несколько примеров:

  • Долгосрочные отклонения напряжения сверх установленной нормы приводят к снижению срока эксплуатации электрооборудования.
  • Броски с большой вероятностью могут вывести из строя электронные приборы и другую технику, подключенную к сети.
  • При провалах происходят сбои в работе вычислительных мощностей, что увеличивает риски потери информации.
  • Перекос фаз приводит к критическому повышению напряжения, что вызовет, в лучшем случае, срабатывание защиты в оборудовании, а в худшем – полностью выведет его из строя.
  • Изменение частоты моментально отразится на скорости вращения асинхронных двигателей, а также приведет к снижению активной мощности. Помимо отклонения приведут к изменению ЭДС генераторов, что вызовет лавинный процесс.

Мы привели только несколько примеров, но и их вполне достаточно, чтобы стало понятно насколько важно придерживаться норм, указанных в настоящих стандартах и ПУЭ.

Обсудить на форуме

Класс напряжения — Wiki Power System

Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

Класс напряжения — это типовое значение линейного (междуфазного) напряжения в электрических сетях, которое является номинальным для различных групп оборудования: трансформаторов, линий, генераторов, реакторов и прочих. Класс напряжения определяет требуемый уровень электрической изоляции электрооборудования.

Порядок класса напряжения определяет то, для каких целей и задач применяется это оборудование.

В частности, низкие напряжения используются для распределения мощности между мелкими потребителями на малые расстояния, средние классы — для распределения мощности между средними потребителями и группами потребителей на умеренной дистанции, высокие и сверхвысокие классы — для распределения мощности между крупными потребителями и для передачи мощности на большие расстояния. Иными словами низкие и средние классы напряжения характерны для распределительных сетей, в то время как высокие и сверхвысокие классы — для системообразующих сетей, связывающих отдельные энергосистемы.

Необходимость применения различных классов напряжения

Энергосистема на разных классах напряжения

На заре электроэнергетики, когда идея объединенных энергосистем ещё не возникла, электрические сети использовались изолированно на отдельных предприятиях, аналогично тому, как до этого применялись механические передаточные системы.

Каждое из предприятий стремилось построить свою собственную станцию и управлять её самостоятельно. Идею электростанции, как независимого объекта, имеющего своей целью исключительно выработку и продажу электроэнергии как товара, одним из первых предложил Сэмюэль Инсулл[1].

И если прежде низких классов напряжения, которые могли быть различны, было достаточно для нужд промышленности, поскольку задачи совместной работы предприятий не стояло, то теперь в новых реалиях возникло два ключевых вопроса: как передать мощность от электростанций сразу нескольким потребителям — проблема удаленности источников электроэнергии от районов потребления, и как обеспечить совместимость по напряжению всех используемых установок?

Если второй вопрос разрешился с точки зрения электроэнергетики сравнительно просто: был введен стандарт на классы напряжения, что обеспечило их совместимость, то первый из них оказывается напротив крайне сложным, поскольку передача на большое расстояние создает сразу несколько инженерных проблем. Ниже приводятся основные их них:

Чем выше напряжение, тем меньше потери мощности. Данную закономерность хорошо описывает формула потерь в элементе сети по параметрам конца передачи:

[math]\displaystyle\Delta\dot{S} = \frac{P2+Q2}{V2}(R+jX),[/math]

где [math]\Delta\dot{S}[/math] — потери мощности в передаче, МВА; [math]P[/math], [math]Q[/math] — мощности в конце передачи, МВт и МВар; [math]V[/math] — модуль напряжения в конце передачи, кВ; [math]R[/math], [math]X[/math] — активное и реактивное сопротивления передачи, Ом. Эта формула очевидно показывает, что при передаче одной мощности при увеличении напряжения потери мощности квадратично уменьшаются.

Чем выше напряжение, тем выше предел передаваемой мощности. Для любой передачи существует предел передаваемой активной мощности, определяемые статической устойчивостью, который в простейшем случае на основании уравнения угловой хараткеристки передачи определяется следующим выражением:

[math]\displaystyle P_{max} = \frac{U_1 \dot U_2}{X},[/math]

где [math]U_1, U_2[/math] — напряжения по концам передачи, кВ; [math]X[/math] — реактивное сопротивление передачи, Ом; [math]P_{max}[/math] — предел передаваемой мощности мередачи, МВт. Нетрудно видеть, что с ростом напряжения предел передаваемой мощности квадратично растет.

Классификация классов напряжения

По уровню напряжения все классы напряжения условно разделяют на следующие группы:

  • Ультравысокий класс напряжения – от 1000 кВ.
  • Сверхвысокий класс напряжения – от 330 кВ до 750 кВ.
  • Высокий класс напряжения – от 110 кВ до 220 кВ.
  • Средний класс напряжения – от 1 кВ до 35 кВ.
  • Низший класс напряжения – до 1 кВ.

Максимально допустимые рабочие напряжения превышают номинальные значения на 15% [math](U_{\text{ном}}\le 220\text{ кВ})[/math] , на 10% [math](220 \lt U_{\text{ном}} \lt 500\text{ кВ})[/math] и на 5% [math](500 \le U_{\text{ном}}\text{ кВ})[/math].

Шкалы номинальных напряжений генераторов и вторичных обмоток трансформаторов выбраны выше на 5—10% номинальных напряжений потребителей, линий электропередачи, первичных обмоток трансформаторов с целью облегчения поддержания номинального напряжения у потребителей.

Классы напряжения Класс напряжения, кВ

Максимально допустимое рабочее напряжение, кВ

Электрические сети, кВ

Генератор, кВ

Первичная обмотка трансформатора, кВ

Вторичная обмотка трансформатора, кВ

0,22 0,38 0,66 3 6 10 13,8 15,75 18 20 35 110 150 220 330 500 750 1150
0,2530,4370,759 3,6 6,9 11,5 15,87 18,11 20,7 23 40,5 126 172 252 363 525 787 1207,5
0,22 0,38 0,66 3 6 10 20 35 110 150 220 330 500 750 1150
0,23 0,4 0,69 3,15 6,3 10,5 13,8 15,75 18 20
0,22 0,38 0,66 3; 3,15 6; 6,3 10; 10,5 13,8 15,75 18 20 35 110; 115 150; 158 230 330 500 750 1150
0,23 0,4 0,69 3,15; 3,3 6,3; 6,6 10,5; 11 22 36,75; 38,5 115; 121 158; 165 242 347 525 787

Выбор класса напряжения при проектировании сетей

Границы равноэкономичности классов напряжения: 1 – 1150 и 500 кВ; 2 – 500 и 220 кВ; 3 – 220 и 110 кВ; 5 – 750 и 330 кВ; 6 – 330 и 150 кВ Границы равноэкономичности классов напряжения: 4 – 110 и 35 кВ; 7 – 150 и 35 кВ

Выбор класса напряжения при проектировании сетей является комплексным и требует совместного решения задач обеспечения надежного электроснабжения с одной стороны и минимума капитальных и эксплуатационных затрат. В частности, очевидно, что внутренние сети промышленного предприятия или населенного района не следует выполнять на сверхвысоком классе напряжения, например 500 кВ, и тому есть ряд причин: колоссальные затраты на ввод оборудования не приведут к существенному снижению потерь, поскольку эти потери зависят от напряжения квадратично, но приведут к усложнению эксплуатации, а также нерациональными расходами на содержание и обновление оборудования. В этой связи для выбора класса напряжения могут быть использованы типовые кривые равноэкономичности, которые очерчивают границы оптимального применения классов напряжения на основании расстояния, на которое требуется передать мощность в системе, и мощности, которую требуется передать[2]. Указанные кривые фактически формируют зоны, в которых каждый из классов напряжения наиболее экономически обоснован.

Рассмотрим следующий простейший пример: необходимо выбрать класс напряжения для передачи 300 МВт на расстояние 400 км. Эта точка попадает в две зоны: зону 220 кВ (между кривыми 2 и 3) и в зону 330 кВ (между кривыми 5 и 6), таким образом между этими двумя классами напряжения и следует производить выбор: формировать варианты развития сети и выполнять проверочные расчёты.

Тем не менее, указанные кривые не являются панацеей с точки зрения выбора номинального напряжения передачи, поскольку имеют целью описать ситуацию в целом без учета конкретных особенностей.

Возвращаясь к ранее представленному примеру с недопустимостью применения напряжения 500 кВ в распределительных сетях, можно также указать на то, что при всей парадоксальности предложенного выбора, выбрать между напряжениями 20 и 35 кВ значительно сложнее, поскольку они слишком близки, чтобы принимать в отношении них экспертное решение без дополнительных расчётов.

Аналогично, нужно понимать необходимость анализа каждой ситуации в отдельности: в ряде случаев переход на более высокие классы напряжения может стать решением проблем с потерями мощности и напряжения, и наоборот решение о применении низкого класса напряжения позволит значительно сократить затраты на ввод и эксплуатацию оборудования, хотя последний случай менее предпочитителен: всегда должен действовать принцип “выбора на перспективу развития”, иными словами – лучше потратиться сейчас, чем в последствии перестраивать систему под новые нужды.

Последние факты указывают на то, что кривые равноэкономичности могут и должны служить инструментом предварительной оценки, но не могут считаться источником истинно верного решения, поскольку всегда требуется дополнительныя оценка схемно-режимной ситуации, в частности, в данном случае серии проверочных расчётов установившихся режимов.

Отклонения от номинального напряжения электрических сетей

Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

Скачки напряжения в электрической сети жилого дома быстрее всего закономерность, чем неожиданность. Но правильно необходимо сказать не скачки, а отклонение от номинального напряжения электрических сетей от ГОСТ. В Российской Федерации номинальное напряжение электрической сети для бытовых потребителей должно быть:

δUyнор = ± 5 % и δUyпред= ± 10 % , где

δUyнор – номинальное напряжение в однофазной сети, в России с начала 2 000-х годов равняется 230 В, для трехфазной 380 В

± 5 % —  отклонение от 230 В (380) в нормальном режиме

δUyпред= ± 10 % — отклонение от номинального в послеаварийном режиме

Хотя диапазон допустимого напряжения по старому ГОСТ считается 198 — 242 В, это  ± 10 % от величины 220 В.

Именно на номинальное напряжение рассчитаны электробытовые приборы. Если оно превышает заданные параметры, то электроприборы выходят из строя. В первую очередь это телефоны с определителем номера,  холодильник, во многих случаях телевизоры. Пониженное напряжение так же отрицательно влияет на электробытовые приборы, в частности на холодильник (тяжелый пуск компрессора).

Ответственность за качество напряжения несет энергоснабжающая организация. В многоквартирном доме это обслуживающая фирма (ЖКХ, ТСЖ). Но доказать что электроприборы вышли по их вине будет довольно сложно.

Основные причины отклонения от номинального перенапряжения в многоквартирном доме

Много жилых домов проектировалось до середины 90 – х годов прошлого века без учета сегодняшних реалий и в первую очередь электроснабжение.

В то время не учитывалось микроволновая печь, второй холодильник, телевизор, компьютер и так далее. Сегодня это атрибуты обыкновенной квартиры. Но электрическая проводка осталась без изменений.

По этой причине на электрическую сеть воздействует увеличенная нагрузка, и она не выдерживает.

При прохождении по кабелю рабочего тока больше, чем его номинальный, он начинает греться. Как мы знаем из школьных курсов Физики, при нагревании материал расширяется. Алюминиевая или медная жила кабеля не исключение.

Когда вечером люди с работы они включают электробытовые приборы, это тем самым влияет на кабель, он расширяется, а потом сужается, контакты в месте соединения расслабляются или вообще могут отгореть если они плохо сделаны.

Основная причина перенапряжения в многоквартирных домах это ослабление нулевого рабочего проводника (ноль) или его отгорание в результате перегрузки или несвоевременного проведения ППР (планово-предупредительный ремонт).

Если нулевой проводник отгорел в РЩ (распределительный щит) в жилом доме, то отклонение от номинального будет по всему дому. Если в этажном щите на первом этаже в подъезде, то от него и выше по всем квартирам. То есть перенапряжение будет в квартирах от места отгорания нулевого проводника. Величина может колебаться от 140 В до 360 В, это зависит от нагрузки, которая включена в квартирах.

Отклонение от номинального напряжения в частном секторе

  • Отгорание нулевого рабочего проводника в трансформаторной подстанции
  • Несимметричная нагрузка по линии электропередач. В основном по улице проходит 3 фазы и энергетики стараются равномерно распределить нагрузку по фазам. Очень часто бывает, что это было сделано давно и не соответствует действительности. В итоге получается, что одна фаза перегружена и происходит падение напряжения, может 190 В или 180В, но тем не менее это не соответствует норме.
  • Сварочные работы у соседа могут повлиять на величину напряжения
  • Удар молнии

Справочная информация. Если дом находится вблизи трансформаторной подстанции, то величина напряжения может быть близка к 230 В и больше, но это в пределах нормы.

Это специально делают энергетики, что бы в конце линии не было сильного падения напряжения.

Запомните! Коммутационно-защитная аппаратура (пакетный переключатель, автоматический выключатель, УЗО) не защищает электрическую сеть от перепадов напряжения.

Защита бытовой электрической сети

Для защиты электробытовых приборов от возможного перенапряжения на рынке существует большой выбор.

Это реле от перенапряжения РН – 111, РН – 113, огромное количество стабилизаторов.  Они устанавливаются как на весь дом или квартиру, так и на отдельные электрические приборы.

Для защиты от импульсных перенапряжений (молния) в частном доме рекомендуется установить УЗИП.

Для энергоснабжающей организации необходимо четкое соблюдение ППР. В жилых домах электромонтер должен постоянно проводить осмотр нулевых контактов и своевременно их поджимать. Там где к этому относятся не нужным образом, возможность отгорания нулевого проводника существенно увеличивается.

Основные понятия электрических сетей: номинальные напряжения, режимы работы нейтрали

Что означает номинальное напряжение. Номинальные напряжения элементов электрических сетей

На отечественных электростанциях вырабатывается электроэнергия трехфазного переменного тока частотой 50 Гц. Постоянный ток получают в основном от преобразователей, поэтому энергия постоянного тока всегда дороже энергии переменного тока на величину стоимости преобразования.

Для достижения наилучших технических и экономических показателей работы и обеспечения потребителей электроэнергией электростанции объединяют в энергосистемы (районные, объединенные и др.)

Производство электроэнергии в зависимости от применяемых генераторов, передача и распределение в зависимости от величин передаваемых мощностей и расстояний, на которые они передаются, использование электроэнергии в зависимости от применяемых электроприемников осуществляются на различных номинальных напряжениях.

Под номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, электроприемников понимается напряжение, на которое они рассчитаны в нормальных длительных условиях работы, сопровождающихся наивысшими технико-экономическими показателями.

По признаку напряжения все электроустановки подразделяются на две группы: до 1 кВ и выше 1 кВ.

Для согласования работы всех электроустановок энергосистем, систем электроснабжения — от генераторов станций и до электроприемников — номинальные напряжения стандартизированы. Величины номинальных напряжений для электроустановок до 1 кВ приведены в табл. 1.1, в табл. 1.2 — для электроустановок выше 1 кВ. Для источников и преобразователей указаны междуфазные напряжения трехфазного тока.

ГОСТ 21128-83 для специальных целей предусматривает применение дополнительных номинальных напряжений, например, для электрических сетей и приемников тока: 24, 42, 127 В.

Шкала номинальных напряжений определяется уровнем развития народного хозяйства и с течением времени корректируется. Так, в последних ГОСТах введены напряжения 0,66 и 20 кВ, которые для питания крупных узлов нагрузок и электроприемников более экономичны, чем напряжения 0,38 и 10 кВ.

Передача больших мощностей на значительное расстояние обусловила необходимость использования высоких и сверхвысоких напряжений (500, 750, 1150 кВ).

На электростанциях электрическая энергия производится на напряжении (3,15); (6,3); 10,5; 21 кВ. Эти номинальные напряжения называются генераторными.

Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, питающих электрические сети, и номинальные напряжения генераторов на 5… 10 % выше номинальных напряжений сети. Это предусмотрено с целью компенсировать потери напряжения в линиях и трансформаторах.

Важным при работе электрической сети является режим ее нейтрали, а также возможность иметь линейные (междуфазные) и фазные напряжения для электроприемников до 1 кВ.

Под нейтралью электрической сети понимается совокупность нейтральных точек обмоток трансформатора (нулевой потенциал обмоток, соединенных в звезду) и соединяющих их проводников. Нейтраль может быть изолирована от земли, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления, а также глухо заземленной.

Выбор режима работы нейтрали

Выбор режима работы нейтрали определяется надежностью и экономичностью работы электроустановок, безопасностью их обслуживания. Электроустановки напряжением до 1 кВ выполняются с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Глухое заземление нейтрали может выполняться на напряжении 220/ 127, 380/220, реже — 660/380 В. Нулевой провод в четырехпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприемников.

Трехфазные сети с заземленной нейтралью позволяют питать совместно трех- и однофазные нагрузки, например, трехфазные — на линейном напряжении 380 В, однофазные — на фазном напряжении 220 В.

: Установки с изолированной нейтралью применяются в условиях с повышенными требованиями к безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки), Электроустановки напряжением выше 1 кВ по виду режима нейтрали подразделяются на: электроустановки в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше используется эффективное заземление нейтрали.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой (или двух других) фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Электрические сети напряжением 6—35 кВ выполняются с изолированной или компенсированной, т.е. соединенной, например, через индуктивность (дугогасящую катушку), нейтралью.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю через место повреждения будут проходить емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз.

Включение в нейтраль активных или реактивных сопротивлений вызвано необходимостью ограничения емкостных токов на землю.

Так, эти токи не должны превышать в нормальных режимах: в сетях 3—20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях, и во всех сетях 35 кВ — 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: при напряжении 3—6 кВ — 30 А, при 10 кВ — 20 А, при 15—20 кВ — 15 А.

Особенности сетей с изолированной нейтралью

  1. При неравномерной загрузке фаз трехпроводной электрической сети имеет место напряжение смещения нейтрали, при этом каждая из фаз будет находиться под напряжением, отличным от фазного. Особенно это важно учитывать для сетей напряжением до 1 кВ.

  2. Замыкание одной фазы на землю считается не аварийным, а лишь анормальным режимом. При его возникновении сеть и поврежденная линия могут оставаться включенными и в течение некоторого времени продолжать работу. Замыкание на землю практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режим работы электроприемников.

    Таким образом увеличивается надежность электроснабжения потребителей.

  3. При замыкании на землю одной фазы напряжение двух других фаз относительно земли увеличивается в л/3 раз. В связи с этим изоляция всех фаз предусмотрена на линейное напряжение. При напряжении до 35 кВ это не вызывает существенного удорожания сети.

  4. При больших токах однофазного замыкания дуга в месте короткого замыкания устойчиво и длительно горит, вызывая перенапряжения, опасные для изоляции неповрежденных фаз, и переход однофазного короткого замыкания в междуфазное.

При глухом заземлении нейтрали всякое замыкание одной фазы на землю является однофазным коротким замыканием и должно привести к срабатыванию защитных аппаратов, отключающих поврежденный участок от сети.

Системы электроснабжения сооружаются на нескольких напряжениях. Критерием оптимально принятой системы электроснабжения служит минимум приведенных затрат на ее сооружение и последующую эксплуатацию.

Затраты на сооружение системы электроснабжения во многом определяются количеством трансформаций напряжения и используемыми номинальными напряжениями.

Обычно в системах электроснабжения применяется 2— 3 трансформации напряжения.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.