Номинальные напряжения распределительных сетей
Согласно ГОСТ 21128-83, номинальные линейные напряжения трехфазной сети переменного тока до 1000 В составляют 40, 220, 380 и 660 В. Соответственно фазные напряжения равны 23, 127, 220 и 380 В. Линейные напряжения сети выше 1000 В в соответствии с ГОСТ 721-77 равны 3, 6, 10 и 20 кВ.
Номинальные напряжения первичных обмоток трансформаторов равны номинальным напряжениям сети или номинальным напряжениям генераторов, к шинам которых они подключаются. Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов ТП на 5% выше номинального напряжения сети.
Выбор номинального напряжения систем электроснабжения основывается на технико-экономическом сравнении вариантов схем электроснабжения, при составлении которых стремятся максимально сокращать число трансформаций энергии.
Распределительные сети напряжением до 1000 В в настоящее время выполняются, как правило, трехфазными с глухим заземлением нейтрали напряжением 380/220 В.
Напряжение 660 В применяется в промышленных сетях при протяженных и разветвленных линиях (угольная, нефтяная и химическая промышленность), наличии электродвигателей приемников на данное напряжение, при необходимости снижения токов короткого замыкания на стороне вторичного напряжения мощных подстанций (1000 кВА и более).
Напряжение 6 кВ применяется в основном в городских и промышленных сетях. Использование его в промышленных сетях обусловлено наличием на предприятии электроприемников или электростанций с генераторным напряжением 6 кВ. Применение напряжения 6 кВ в городских сетях (до 60% всех сетей) сложилось исторически в связи с тем, что распределительные линии подключались к шинам соответствующего генераторного напряжения городских электростанций.
В настоящее время существующие городские сети напряжением 6 кВ при реконструкции переводят на 10 кВ, а новые проектируются исключительно на 10 кВ. Номинальное напряжение 10 кВ широко применяется в городских, сельских и промышленных сетях (для внутризаводского распределения энергии).
Напряжение 20 кВ находит применение преимущественно в сельских электрических сетях, а в промышленных сетях — для электроснабжения отдельных удаленных объектов (карьеров, рудников и т. п.).
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
220 или 230 вольт: каким должно быть напряжение в сети
Да и вообще, есть ли разница с точки зрения эксплуатации электрооборудования?
Уровень напряжения питающей электрической сети является определяющим параметром качества услуг электроснабжения. Бытовая и цифровая техника бесперебойно работает при условии строгого соответствия параметров напряжения заданным стандартам.
Каким должен быть уровень напряжения и какие отклонения допускаются от стандартной величины?
Нормы напряжения в электрической сети
На бывшем советском пространстве был принят стандарт напряжения бытовой электрической сети, равный 220 В. В 1992 году в России было принято решение о переводе электросетей на общеевропейские стандарты. Согласно этим стандартам, напряжение бытовой сети должно соответствовать величине 230 В с частотой 50 Гц. Изначально завершить переход на эти нормы планировалось к 2003 году.
Действующий российский ГОСТ 29322-2014 как раз и предусматривает использование напряжения 230 В. Но по факту во многих сетях по-прежнему остались 220 В, и ничего страшного в этом нет — такое значение находится в пределах допусков (о них чуть позже).
В европейских, азиатских странах, части африканских государств и Австралии приняты стандарты напряжения 220-230 В, реже встречается норма 240 В (в Афганистане, Кувейте, Нигерии и др.). Поэтому техника, которая поставляется в эти страны, рассчитана на работу именно с этими величинами.
В странах Северной и Южной Америки, а также ряде островных государств приняты нормативы напряжения 110 В, 115 В, 120 В и 127 В, в Японии в бытовых розетках напряжение соответствует уровню 100 В.
В постсоветском пространстве, в том числе РФ, Беларуси, Украине, Армении и прибалтийских странах официально действует стандарт 230 В, остальных бывших союзных республиках — 220 В.
Допустимые отклонения напряжения от стандарта
Опять-таки начнем с теории. Если внимательно прочитать все тот же ГОСТ 29322-2014, мы увидим, что вполне официально допускаются отклонения по напряжению до 10%. Это значит, что реальное напряжение может находиться в пределах 207-253 В. Формально именно так, но фактически поставщики электроэнергии стараются обеспечивать дельту не больше 5%. Что логично, поскольку в этом случае риск выхода из строя домашней техники минимален.
Всё об энергетике
Электрические сети. Номинальные напряжения. Допустимые отклонения
Номинальные напряжения электрических сетей, источников и приёмников электрической энергии постоянного и переменного тока промышленной частоты определяются комплексом документов: ГОСТ 23366, ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 6962 и ГОСТ 29322.
Ряд стандартных напряжений
Ряд стандартных напряжений установлен ГОСТ 23366 для постоянного и переменного тока промышленной частоты. Напряжение на выводах проектируемого оборудования должно соответствовать значениям этого ряда, за исключением некоторых случаев [3, п.2] . Ниже приведены стандартный ряд напряжений для потребителей электрической энергии [3, таб.1] . Основной ряд напряжений постоянного и переменного тока потребителей электрической представлен в таблице 1, вспомогательный ряд напряжений переменного тока — в таблице 2, а постоянного тока — в таблице 3.
| № п/п | U, В | № п/п | U, В |
| 1 | 0,6 | 14 | 1140 |
| 2 | 1,2 | 15 | 3000 |
| 3 | 2,4 | 16 | 6000 |
| 4 | 6 | 17 | 10000 |
| 5 | 9 | 18 | 20000 |
| 6 | 12 | 19 | 35000 |
| 7 | 27 | 20 | 110000 |
| 8 | 40 | 21 | 220000 |
| 9 | 60 | 22 | 330000 |
| 10 | 110 | 23 | 500000 |
| 11 | 220 | 24 | 750000 |
| 12 | 380 | 25 | 1150000 |
| 13 | 660 |
| № п/п | U, В |
| 1 | 1,5 |
| 2 | 5 |
| 3 | 15 |
| 4 | 24 |
| 5 | 36 |
| 6 | 80 |
| 7 | 2000 |
| 8 | 3500 |
| 9 | 15000 |
| 10 | 25000 |
| 11 | 150000 |
| № п/п | U, В | № п/п | U, В | № п/п | U, В | № п/п | U, В |
| 1 | 0,25 | 11 | 24 | 21 | 300 | 31 | 5000 |
| 2 | 0,4 | 12 | 30 | 22 | 400 | 32 | 8000 |
| 3 | 4,5 | 13 | 36 | 23 | 440 | 33 | 12000 |
| 4 | 1,5 | 14 | 48 | 24 | 600 | 34 | 25000 |
| 5 | 2 | 15 | 54 | 25 | 800 | 35 | 30000 |
| 6 | 3 | 16 | 80 | 26 | 1000 | 36 | 40000 |
| 7 | 4 | 17 | 100 | 27 | 1500 | 37 | 50000 |
| 8 | 5 | 18 | 150 | 28 | 2000 | 38 | 60000 |
| 9 | 15 | 19 | 200 | 29 | 2500 | 39 | 100000 |
| 10 | 20 | 20 | 250 | 30 | 4000 | 40 | 150000 |
Стандартный ряд напряжений для источников и преобразователей (например: генератор, трансформатор и т.п.) электрической энергии [3, таб.2] . Ряд напряжений для переменного тока приведен в таблице 4, для постоянного — в таблице 5.
| № п/п | U, В | № п/п | U, В |
| 1 | 6 | 15 | 10500 |
| 2 | 12 | 16 | 13800 |
| 3 | 28,5 | 17 | 15750 |
| 4 | 42 | 18 | 18000 |
| 5 | 62 | 19 | 20000 |
| 6 | 115 | 20 | 24000 |
| 7 | 120 | 21 | 27000 |
| 8 | 208 | 22 | 38500 |
| 9 | 230 | 23 | 121000 |
| 10 | 400 | 24 | 242000 |
| 11 | 690 | 25 | 347000 |
| 12 | 1200 | 26 | 525000 |
| 13 | 3150 | 27 | 787000 |
| 14 | 6300 | 28 | 1200000 |
| № п/п | U, В | № п/п | U, В |
| 1 | 4,5 | 8 | 230 |
| 2 | 6 | 9 | 460 |
| 3 | 12 | 10 | 600 |
| 4 | 28,5 | 11 | 1200 |
| 5 | 48 | 12 | 3300 |
| 6 | 62 | 13 | 6600 |
| 7 | 115 |
При выборе напряжения следует отдавать предпочтение основному ряду.
Номинальное напряжение электрооборудования до 1000 В
Номинальное напряжение оборудования до 1000 В регламентировано стандартом ГОСТ 21128. Ряд номинальных напряжений приведён в таблице 6 [2, с.2] .
| Род и вид тока | Номинальное напряжение, В | |
| источников и преобразователей | систем электроснабжения, сетей и приёмников | |
| Постоянный | 6; 12; 28,5; 48; 62; 115; 230; 460 | 6; 12; 27; 48; 60; 110; 220(230); 440 |
| Переменный: | ||
| однофазный | 6; 12; 28,5; 42; 62; 115; 230 | 6; 12; 27; 40; 60; 110; 220(230) |
| трёхфазный | 42; 62; 230; 400; 690 | 40; 60; 220(230); 380(400); 660(690); (1000) |
Примечание:
В скобках указаны значения напряжения для электрических сетей согласно [6, таб.1]
Номинальное напряжение электрооборудования свыше 1000 В
Номинальное напряжение электрооборудования свыше 1000 В регламентировано ГОСТ 721. Ряд номинальных напряжений приведён в таблице 7 [1, с.3] .
| Сети и приёмники, кВ | Генераторы и синхронные компенсаторы, кВ | Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН, кВ | Трансформаторы и автотрансформаторы с РПН, кВ | Наибольшее рабочее напряжение электрооборудования, кВ | ||
| Первичные обмотки | Вторичные обмотки | Первичные обмотки | Вторичные обмотки | |||
| (6) | (6,3) | (6) и (6,3)* | (6,3) и (6,6) | (6) и (6,3)* | (6,3) и (6,6) | (7,2) |
| 10 | 10,5 | 10 и 10,5* | 10,5 и 11,0 | 10,0 и 10,5* | 10,5 и 11,0 | 12,0 |
| 20,0 | 21,0 | 20,0 | 22,0 | 20,0 и 21,0* | 22,0 | 24,0 |
| 35 | — | 35 | 38,5 | 35 и 36,75 | 38,5 | 40,5 |
| 110 | — | — | 121 | 110 и 115 | 115 и 121 | 126 |
| (150)* | — | — | (165) | (158) | (158) | (172) |
| 220 | — | — | 242 | 220 и 230 | 230 и 242 | 252 |
| 330 | — | 330 | 347 | 330 | 330 | 363 |
| 500 | — | 500 | 525 | 500 | — | 525 |
| 750 | — | 750 | 787 | 750 | — | 787 |
| 1150 | — | — | — | 1150 | — | 1200 |
Примечание:
1. Напряжения указанные в скобках не рекомендуются для вновь проектируемых сетей и электроустановок;
2. Напряжения, обозначенные «*» для трансформаторов и автотрансформаторов, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряжения электростанций или к выводам генератора;
В РФ исторически сложились две системы напряжений (кВ):
- 110 — 330 — 750
- 110 — 220 — 500 — 1150
Первая система напряжений (110 — 330 — 750) преобладает в западной части РФ, а вторая (110 — 220 — 500 — 150) — в её восточной части. В сетях центральной части РФ нет явного преобладания одной системы напряжений на другой, это своего рода переходная зона.
Номинальное напряжение тяговых систем (электрифицированного транспорта)
Номинальное напряжение для электрифицированного транспорта регламентировано ГОСТ 6962 и ГОСТ 29322. В таблице 8 приведен ряд номинальных напряжений для тяговых подстанций и токоприемников электрифицированного транспорта [4, стр.3][6, таб.2] .
| Вид электрифицированного транспорта | Напряжение, В | |||
| на шинах тяговой подстанции | на токоприемнике электрифицированного транспорта | |||
| Железные дороги | ||||
| Магистральные: переменного тока | (27500) | 25000 | ||
| постоянного тока | (3300) | 3000 | ||
| Промышленные: подъездные и карьерные пути переменного тока | (27500) | 25000 | ||
| подъездные, карьерные и внутризаводские пути постоянного тока | (3300) (1650) (600) | 3000 1500 600 (550) | ||
| Городской электрифицированный транспорт | ||||
| метрополитен | (825) | 750 | ||
| трамвай, троллейбус | (600) | 600 (550) | ||
Примечание:
В скобках указаны значения напряжения согласно [4, стр.3]
Допустимые отклонения напряжения
В реальности, при эксплуатации электрических сетей, источников, преобразователей и потребителей электрической энергии напряжения на них отличается от номинальных параметров. Это может быть связано с нарушением нормального режима работы оборудования, потерями электроэнергии при передаче и т.п. ГОСТ 29322-2014 частично регламентирует допустимые значения отклонения напряжения.
Для электрооборудования напряжением 100 ÷ 1000 В этот диапазон ограничивается значением ±10% [6, таб.1] . Иными словами для чайника рассчитанного на номинальное напряжение 230 В допускается работа при повышении напряжения вплоть до 252 В и его просадке до 198 В. Подробнее ниже, в таблице 9 [6, таб.А.1] .
| Системы | Номинальная частота, Гц | Напряжение, В | |||
| Номинальное напряжение источников и приёмников электроэнергии | Наибольшее напряжение источников и приёмников электроэнергии | Наименьшее напряжение источников электроэнергии | Наименьшее напряжение приёмников электроэнергии | ||
| Трехфазные трех-, четырехпроводные системы | 50 | 230 | 253 | 207 | 198 |
| 230/400 | 253/440 | 207/360 | 198/344 | ||
| 400/690 | 440/759 | 360/621 | 344/593 | ||
| 1000 | 1100 | 900 | 860 | ||
| 60 | 120/208 | 132/229 | 108/187 | 103/179 | |
| 240 | 264 | 216 | 206 | ||
| 230/400 | 253/440 | 207/360 | 198/344 | ||
| 277/480 | 305/528 | 249/432 | 238/413 | ||
| 480 | 528 | 432 | 413 | ||
| 347/600 | 382/660 | 312/540 | 298/516 | ||
| 600 | 660 | 540 | 516 | ||
| Однофазные трехпроводные системы | 60 | 120/240 | 132/264 | 108/216 | 103/206 |
Допустимые отклонения напряжения для тяговых систем (электрифицированного транспорта) приведены в таблице 10 (источник — [6, таб.2] ).
| Вид системы | Частота, Гц | Напряжение, В | ||
| Номинальное | Наибольшее | Наименьшее | ||
| Системы постоянного тока | — | 600* | 720* | 400* |
| 750 | 900 (975) | 500 (550) | ||
| 1500 | 1800 (1950) | 1000 (1100) | ||
| 3000 | 3600 (3850) | 2000 (2200) | ||
| Однофазные системы переменного тока | 50 или 60 | 6250* | 6900* | 4750* |
| 16 2/3 | 15000 | 17250 | 12000 | |
| 50 или 60 | 25000 | 27500 (29000) | 19000 | |
Примечание:
1. Номинальные напряжения обозначенные «*» не рекомендуются для вновь проектируемых сетей и электроустановок;
2. В скобках указаны значения напряжения согласно [4, стр.3]
У электрооборудования напряжением 1 ÷ 35 кВ ГОСТ 29322-2014 устанавливает допустимое отклонение примерно ±10% [6, таб.3] .
Допустимые отклонения напряжения для электрооборудования 35 ÷ 230 кВ регламентированы ГОСТ 29322-2014 частично, а для электрооборудования напряжением свыше 230 кВ не регламентированы вовсе. Но это, вообще говоря, предмет отдельной статьи.
Историческая справка
Номинальные напряжения электрических сетей, источников и приёмников электрической энергии постоянного и переменного тока промышленной частоты до 1992 определялись комплексом документов ГОСТ 23366, ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 6962. ГОСТ 23366 устанавливал ряд стандартных напряжений для электроустановок, ГОСТ 21128 регламентировал номинальное напряжение в электроустановках до 1000 В, для электроустановок свыше 1000 В — ГОСТ 721, а ГОСТ 6962 — номинальные напряжения для городского электрифицированного транспорта и железных дорог.
В 1992 был издан ГОСТ 29322-92 «Стандартные напряжения» который по замыслу разработчиков должен был использоваться в комплексе с ГОСТ 721, ГОСТ 21128, ГОСТ 23366 и ГОСТ 6962 [5, с.1] . По своей сути ГОСТ 29322, являясь документом подготовленным методом прямого применения международного стандарта МЭК 38-83 [5, c.6] , предназначался для искоренения исторически и территориально сложившихся номинальных напряжений и их приведения к «европейскому» стандарту. В конечном итоге ГОСТ 29332 должен был заменить комплекс документов ГОСТ 721/21128/23366/6962.
Второе издание ГОСТ 29332 выпало на 2014 год. В этот раз ГОСТ 29332-2014 был составлен «методом перевода» стандарта IEC 60038:2009 и уже не опирался на ГОСТ 721/21128/23366/6962, хотя последние не утратили свою юридическую силу.
Напряжение в сети
Уровень стандартных напряжений за последние 100 лет постоянно изменялся, для отечественных бытовых сетей в зависимости от степени технологического развития. Так, на заре электрификации стран советского лагеря для потребителей электрической энергии устанавливался номинал на 127 В. Такая система номинальных параметров вошла в обиход благодаря разработкам Доливо-Добровольского, который и предложил трехфазную генерацию вместо устаревшей двухфазной. Следует отметить, что еще в конце 30-х годов прошлого века норма напряжения 127 В уже слабо соответствовала возросшим производственным нуждам, именно тогда возникли первые попытки заменить ее, но с началом Второй мировой войны эти планы так и не реализовались.
Но уже в 60-х годах начались масштабные работы по приведению номинального напряжения к новому стандарту 220/380 В вместо переменного трехфазного 127/220 В. Европейские сети, к тому моменту уже совершили массовый переход на новые номиналы, дабы избежать необоснованно затратной замены проводов на большее сечение. В попытке не уступать в эффективности советские страны также начали переход, который планировалось закончить за ближайшую пятилетку. Происходило строительство новых электростанций, замена трансформаторов и силовых агрегатов, но процесс перехода на нормы в 220 В фазного напряжения для бытовых потребителей затянулся до 80-х годов.
Номинал на розетке
В 1992 году ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) ввел новые нормы напряжения: 230 В фазного вместо 220 В и 400 В линейного вместо привычных 380 В.
Такой шаг преследовал стремление вывести собственную энергетическую систему в один ряд с зарубежными для:
- удобства работы с ближайшими соседями;
- возможности беспрепятственного выхода на мировые рынки;
- упрощения процедуры транзита.
Но, из-за несовершенства всей отечественной системы электроснабжения и отсутствия средств для полномасштабной реконструкции, эти нормы напряжения не установились и по сей день.
Разногласия в ГОСТах
Как же так, есть нормы, в стандарте приведены новые требования, а практическая реализация не наступила и почти что через тридцать лет. Причиной этому послужило постоянное наращивание мощности бытовыми приборами, их количеством и растущее потребление. Поэтому энергоснабжающие организации не могли достигнуть даже допустимых отклонений предыдущего стандартного номинального напряжения.
Первый из рассматриваемых нормативов – это ГОСТ 32 1 44-2013 , предназначенный для определения основных параметров качества электрической энергии. Как один из этих показателей, в стандарте установлены допустимые диапазоны для разности потенциалов.
Разумеется, рассматривать все пункты и их расчетную часть смысла не имеет, поэтому оговорим наиболее важные моменты:
- согласно п.4.2.2 номинальное напряжение считается 220 В между фазой и нулем, и 380 В для линейной нормы.
- провалы напряжения, которые, как правило, обуславливаются введением мощных потребителей, длительность провала не должна превышать 1 минуты;
- в соответствии с п.4.3.3 импульсные перенапряжения, которые могут обуславливаться атмосферными разрядами, составляют норму от 1 микросекунды до нескольких миллисекунд;
- несимметрия трехфазной сети согласно п.4.2.5 должна составлять не более 2 – 4% коэффициента несимметрии в десятиминутном интервале по недельной характеристике.
Для сравнения с предыдущими нормами, в действии находится ГОСТ 29322-2014 , который относится к международным стандартам и устанавливает номинальные характеристики рядов напряжения. Был разработан в соответствии с другими нормами — IEC 60038:2009 и аннулировал действие стандарта 1992 года. Но в нем, согласно п.3.1 номинал сетей бытовой энергии устанавливается на отметку 230 В и 400 В для электрических сетей с переменным током частотой 50 Гц. Стоит сказать, что для зарубежных сетей с частотой 60 Гц имеются некоторые отличия, но допустимое отклонение частоты всего 2%, поэтому для отечественных потребителей эти поправки неактуальны.
Какое напряжение в сети
С 2003 года в розетках наших квартир и частных домов должно было появиться стандартное напряжение 230В. Но на протяжении уже 17 лет этот переход никак не может завершиться.
С 30.09.2014 г. вместо ГОСТа 29322-92 был принят ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), устанавливающий, каким должно быть стандартное напряжение в России. Теперь его величина составляет 230 В (±10 %) при частоте 50Гц (±0,2). Но всё еще довольно часто в электросети присутствует 220 В вместо ожидаемых 230 В.
Номинальные параметры электросетей переменного тока до 1000 В указаны в таблице, приведенной в ГОСТ 29322-2014.
В первой и второй колонке меньшие величины – это напряжение между фазой и нейтралью (фазные), большие – между фазами (линейные). Если указана одна величина, то это напряжение между фазами трехфазной трехпроводной системы.
Стандартное напряжение 230/400 В появилось в результате эволюции системы 220/360 В и 240/415 В. В настоящее время система 220/360 уже не используется в Европе и других странах, но 220/380 В и 240/415 В до сих пор активно применяется.
Изменение стандартов было вызвано необходимостью приведения электроэнергии в полное соответствие с европейскими параметрами, для облегчения экспорта и импорта электроэнергии и электротехнических устройств.
Допустимые отклонения напряжения в сети
Не всегда в нашей сети ровно 230 Вольт.
Зачастую устаревшее сетевое оборудование, ошибки в проектировании сетей, некачественное обслуживание, износ самих сетей, большой рост потребления электроэнергии приводят к значительному отклонению от существующих стандартов.
В таблице (ГОСТ 29322-2014), фрагмент которой представлен ниже, нормируется наибольший и наименьший вольтаж в системах переменного тока до 1000 В.
По ГОСТу 29322-2014 в 2020 году в сети должно быть:
- 230 Вольт;
- допустимые отклонения 207 — 253 В.
Откуда берется напряжение
Чтобы подать электричество в розетку, необходимо его как-то сгенерировать. Для выработки электроэнергии до сих пор в большинстве применяются технологии конца 19 века – электромагнитная индукция, преобразующая механическую энергию в электрическую. Проще говоря – генераторы. Различие генераторов лишь в том, каким образом подают механическую энергию. Раньше это были громоздкие паровые машины. Со временем добавились гидротурбины для проточной воды (гидроэлектростанции) , двигатели внутреннего сгорания, ядерные реакторы.
Принцип действия генератора основан на магнитной индукции. Вращательное движение генератора превращается в электрический ток. То есть можно сказать, что генератор — это тот же самый электродвигатель, но обратного действия. Если на электродвигатель подать напряжение, то он начнет вращаться. Генератор работает наоборот. Вращательное движение вала генератора превращается в электрический ток. Поэтому, чтобы вращать вал генератора, нам потребуется какая-либо энергия извне. Это может быть пар, который раскручивает турбину, а она в свою очередь раскручивает вал генератора
Принцип работы ТЭС
либо это может быть сила потока воды, которая с помощью гидротурбины раскручивает вал генератора, а он в свою очередь также вырабатывает электрический ток
Принцип работы ГЭС
Ну или это может быть даже ветряк
Ветряная электростанция
Короче говоря, принцип везде один и тот же.
Кстати, ядерный реактор не способен самостоятельно выработать энергию. По сути, атомная энергоустановка является тем же самым примитивным паровым котлом, где рабочим телом является обыкновенный пар. Да, нынче существуют иные способы генерации электричества, на вроде тех же самых солнечных элементов, бетагальванических и изотопных ядерных батарей, «мифических» токомаков. Однако, вышеперечисленный «хайтэк» имеет существенные ограничения – запредельная стоимость материалов ,монтажа и наладки, габариты и малый кпд. Потому, всерьёз рассматривать всё это в качестве полноценной электростанции большой мощности не стоит (по крайней мере в ближайшие пару десятков лет).
Разновидности
Бывает двух видов: постоянным и переменным. Первое есть в электростатических видах цепей и тех, которые имеют постоянный ток. Переменный встречается там, где есть синусоидальная энергия. Важно, что синусоидальная энергия делится на действующее, мгновенное со средневыпрямленным. Единица измерения напряжения электрического тока вольт.
Стоит также отметить, что величина энергии между фазами называется линейной фазой, а показатель тока земли и фаз — фазным. Подобное правило используется во всех воздушных линиях. На территории Российской Федерации в электрической бытовой сети стандартное — 380 вольт, а фазное — 220 вольт.
Основные разновидности
Постоянное напряжение
Постоянным называется разность между электрическими потенциалами, при которой остается такой же величина с перепадами полярности на протяжении конкретного периода. Главным преимуществом постоянной энергии является тот факт, что отсутствует реактивная мощность. Это означает, что вся мощность, которая вырабатывается при помощи генератора, потребляется нагрузкой за исключением проводных потерь. Течет по всему проводниковому сечению.
Что касается недостатков, есть сложность повышения со снижением энергии, то есть в моменте преобразования ее из-за конструкции преобразователей и отсутствия мощных полупроводниковых ключей. К тому же сложно развязывается высокая и низкая энергия.
Обратите внимание! Используется постоянная энергия в электронных схемах, гальванических элементах, аккумуляторах, электролизных установках, сварочных инструментах, инверторных преобразователях и многих других приборах.
Постоянный ток
Переменное напряжение
Переменным называется ток, изменяющийся по величине и направлению периодически, но при этом сохраняющий свое направление в электроцепи неизменно. Нередко его называют синусоидальным. Одно направление, в котором движется энергия, называется положительным, а другое — отрицательным. Поэтому получающаяся величина называется положительной и отрицательной. Такой показатель является алгебраической величиной. В ответ на вопрос, как называется единица измерения напряжения, необходимо отметить, что это вольт. Значение его определяется по направлению. Максимальное значение — амплитуда. Бывает он:
- двухфазным;
Двухфазный
- трехфазным;
Трехфазный
- многофазным.
Многофазный
Используется активно в промышленности, на электрической станции, на трансформаторной подстанции и передается в каждый дом при помощи линий электрических передач. Больше всего используется три фазы для подключения. Подобная электрификация распространена на многих железных дорогах.
Обратите внимание! Стоит отметить, что имеются также некоторые виды двухсистемных электровозов, которые работают во многих случаях на переменном показателе.
Переменный ток
Единицы измерения
Измеряется напряженье в вольтах. Обозначается В или Вольт. Одно значение выражено в разности нескольких точек на электрическом поле. Значение 220 вольт говорит о том, что электрическое поле призвано тратить энергию, чтобы протаскивать заряды через всю электрическую цепь с нагрузкой.
Экскурс в историю
Итак, генератор на нашей электростанции преобразовывает механическую энергию в электрическую. А что дальше? В каком виде и как именно передавать энергию потребителю? Как избежать колоссальных потерь при передаче?
Поразительно, но подобная ситуация существовала на самом деле! В той же Российской Империи вплоть до начала 20 века была полная неразбериха. Рядом с каждым «крупным» потребителем электроэнергии (фабрика, подворье преуспевающего купца или гостиница для особ благородных кровей) строили отдельную электростанцию. Было множество конкурирующих фирм, предоставляющих услуги электрификации и, в последующем, своё электрическое оборудование заточенное только под свою сеть. Каждый поставщик электроэнергии задавал собственные параметры электросети – напряжение, частоту. Были даже электросети с постоянным током! Человек, купивший, к примеру, электролампочки в «Товариществе электрического освещения Лодыгин и Ко» смог бы использовать их лишь в электросети этой же компании. При подключении к сети «Дженерал электрик» эта лампочка тут же вышла бы из строя – напряжение сети этой фирмы было значительно выше необходимого, не говоря уже о других параметрах.
Лишь в 1913 году имперские инженеры решились передавать электроэнергию на большие расстояния по воздушным проводным линиям, избавив от необходимости постройки электростанций «у каждой розетки». В преддверии грядущей великой войны и нахлынувшего патриотизма власть задумалась об импортозамещении. Ну прям как в наше время, после кризиса 2014 года). Были финансово и юридически задавлены многие небольшие западные фирмы (кроме германских и французских), преференции и льготы давались лишь отечественным товариществам и предприятиям. В итоге, это привело к монополизму на рынке поставщика электроэнергии и, невольно, стандартизации параметров электрической сети.
Так как Берлин и Париж были уже электрифицированы единой энергосистемой с переменным напряжением сети 220 вольт, отечественные компании также приняли этот стандарт. Людям было удобнее использовать электрические приборы единого типа, не беспокоясь что их новомодный электрический пылесос сгорит на новом месте жительства из-за других параметров энергосети. Произошло полное вытеснение многих небольших фирм – никто уже не хотел пользоваться их услугами и их приборами, хотя они вынужденно подстроились под единый стандарт электросети. Те самые 220 вольт переменного тока.
Как и зачем оценивать качество напряжения в сети?
Действительно, зачем? Ведь достаточно нажать кнопку на пульте телевизора или воткнуть зарядное устройство айфона в розетку и пользоваться благами электрификации всей страны!
Но бывают моменты, когда что-то идет не так: крокодил не ловится, айфон не заряжается, кондиционер вместо прохлады выдает натужное гудение, а телевизор после щелчка не подает признаков жизни.
Тут собрались люди знающие, которые понимают, что значения основных параметров электрической сети — напряжения и частоты — можно узнать в первую очередь посредством мультиметра. Но что делать, если нужно посмотреть, что делается в розетке в течение суток? А что если нужно отследить скачок напряжения, который по времени гораздо короче интервала измерения мультиметра? Причем может быть так, что время появления этого артефакта неизвестно.
Обычно при любых проблемах с напряжением ставят стабилизаторы, но они помогают далеко не всегда. Ведь стабилизатор устраняет следствие, но не причину проблемы. А если происходит скачкообразное кратковременное изменение напряжения, то стабилизатор не только не поможет, но и усугубит положение.
И чтобы понять, что делать в том или ином случае — проверить качество контактов на вводе или поставить стабилизатор, — нужен анализатор качества электроэнергии (Power Quality Analyzer).
Анализатор качества электроэнергии дает полную картину того, что происходит в розетке.
Я использую в своей работе анализатор качества электрической энергии HIOKI 3197, фото которого будут приведены в статье.
Без анализатора качества часто вообще непонятно, что происходит в сети: какие помехи, импульсные перенапряжения и провалы, коэффициент мощности cos и так далее. Приходится действовать наугад, используя свой опыт и эксперименты. А с японцем HIOKI из Нагано все ясно-понятно. Для того, чтобы составить полную картину того, что творится в сети, прибор имеет клещи для измерения тока и зажимы для измерения напряжения, а также зажим для подключения к нейтрали. Итого — 7 точек подключения.
Анализатор качества электроэнергии
Реальный случай, когда без анализатора качества не обойтись. Контроллер в технологической линии периодически зависал и выдавал ошибки. Когда все перелопатили, а причину не нашли, на помощь пришел анализатор качества электроэнергии. После непродолжительного наблюдения напряжения 220 В, поступающего на питание контроллера, выяснилось, что причина в плохом контакте внутри сетевого фильтра.
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.
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:
- На малых линиях – тепловые потери, призванные не разрушить изоляцию провода.
- На средних дистанциях учитывается падение напряжения, нельзя брать слишком высокое.
- На дальних дистанциях в силу вступают факторы реактивной мощности, определяющие устойчивость системы.
Параметры сетевого напряжения в России
Производители электроэнергии генерируют переменный ток промышленной частоты (в России — 50 Гц). В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередач передаётся трёхфазный ток, повышенный до высокого и сверхвысокого электрического напряжения с помощью трансформаторных подстанций, которые находятся рядом с электростанциями.
Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), сетевое напряжение должно составлять 230 В ±10 % при частоте 50 ±0,2 Гц[1] (межфазное напряжение 400 , напряжением фаза-нейтраль 230 В, четырёхпроводная схема включения «звезда»), примечание «a)» стандарта гласит: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».
К жилым домам (на сельские улицы) подводятся четырёхпроводные (три фазовых провода и один нейтральный (нулевой) провод)
линии электропередач (воздушные или кабельные ЛЭП) с межфазным напряжением 400 Вольт. Входные автоматы и счётчики потребления электроэнергии, обычно, трёхфазные. К однофазной розетке подводится фазовый провод, нулевой провод и, возможно, провод защитного заземления или зануления, электрическое напряжение между «фазой» и «нулём» составляет 230 Вольт.
В правилах устройства электроустановок (ПУЭ-7) продолжает фигурировать величина 220
но фактически напряжение в сети почти всегда выше этого значения и достигает 230—240 В, варьируясь от 190 до 250 В.
На сегодняшний день действует , с 2014 года.
Зато в Японии и на американском континенте не много ни мало, а (в 39 странах) стандартное напряжение составляет от 100 до 127 вольт.
Особо выделяется Бразилия, в северных районах которой стандартным напряжением является 127 вольт, а в остальных – 220. В Японии же, при стандартном напряжении в 110 вольт, частота сети может меняться от 50 до 60 Гц.
Основным решением по качественному электропитанию, являются стабилизаторы напряжения.
К сожалению, аварийные ситуации в электрических сетях нашей родины достаточно часты, и последствия изменений напряжения в наших домах приводят к выходу из строя дорогостоящих электроприборов, стоимость которых намного превосходит цены стабилизаторов напряжения и цены устройств защиты от импульсных перенапряжений.
Современные технологии позволяют обеспечить бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами, одними из таких приборов которые могут помочь, являются ИБП HIDEN, еще более прогрессивным ИБП ECOVOLT .
Величина допустимого падения напряжения: ПУЭ
Согласно принятым правилам устройства электроустановок (ПУЭ) еще в бывшем СССР, падением напряжения признается разность показателей напряжения на разных точках сети. Как правило, это точки начала и конца цепи. В установленных нормах по закону полагается различать понятия отклонение напряжения от ее потери. Если первый случай в общепринятом масштабе рассматривается на примере лампы накаливания, показатель отклонения которого признается номинальным и обязательным к исполнению, то в случае с потерей, рассматриваемой на шинах станции, – это признается рекомендуемым показателем.
Нормальное падение работы напряжения в сети:
- В так называемых воздушных линиях – до 8%;
- В кабельных линиях электроснабжения – до 6%;
- В сетях на 220 В – 380 В – в районе 4-6%.
При этом падением в рамках аварийного режима признается падение до 12% в сети – это установленный предел. Падение более установленной нормы сулит включение системы защитной автоматики, которая должна срабатывать при достижении пониженной нормы на протяжении не менее 30 секунд.
Также в некоторых источниках можно найти стандарты напряжения, превышающие даже новые показатели в 230 В и 400 В. Не стоит путать примеры бытового использования с заводом или фабрикой, на которых показатели естественно значительно превышают бытовую среду.
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.
Максимальное отклонение напряжения в электросети
Ток в сети по естественным причинам непостоянен и изменяется в определенных показателях. В рамках нового стандарта 230 В/400 В номинальное отклонение допустимо в пределах 5% и максимально должны отмечаться в кратковременных промежутках не более 10%. Таким образом, такое теоретические отклонение допускается в пределах 198 В и до 242 В. Такой размах может считаться актуальным для большинства нынешних квартир.
Что влияет на сетевое колебание поставки энергии и потери напряжения:
- Одним из самых распространенных причин является устаревание оборудования, в том числе счетчиков, электрощитов, кабелей проводки и так далее;
- Значительные погрешности отмечаются и в плохо обслуживаемой сети;
- Ошибки при планировке и выполнении прокладочных работ в доме;
- Значительный рост показателей энергопотребления, превышающих установленный стандарт.
Как уже отмечалось, приемлемы перепады в сети на +-5%. Так, например, по поставляемому показателю в 220 вольт, допустимо отклонение в сети, равное 209 В и наибольшее превышение, равное 231 В.
Реальные примеры измерения напряжения
Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.
Пример измерения напряжения на батарейке
Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.
При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.
Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.
Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.
Используемые приборы
В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.
В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:
- Вольтметры;
- Мультиметры
- Осциллографы.
Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.
Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.
Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.
Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.