Параметры питающего напряжения кратко
Обновлено: 02.07.2024
Напряжение электрической сети (или сетевое напряжение) является среднеквадратичным (действующим) значением напряжения в электросети переменного тока, которая доступна для конечного потребителя.
Среднее значение напряжения электрической сети
Базовые параметры для сети переменного тока, такие как частота и напряжение, будут различными для каждого региона. Так, большинству европейских стран будет доступно низкое сетевое напряжение, составляющее в трёхфазных сетях 230/400 В с частотой в 50 Гц, в промышленных сетях при этом оно составит 400/690 В.
Если напряжение электрической сети будет выше (от 1000 В до 10 кВ), можно зафиксировать уменьшение потерь при передаче электроэнергии. Это позволит задействовать более мощные электроприборы. В то же время увеличивается тяжесть последствий при поражения током неподготовленных пользователей электроэнергии от незащищенных сетей.
С целью задействования электроприборов, ориентированных на одно сетевого напряжения, в районах, где нужно использовать другое, потребуются соответствующие преобразователи в виде, например, трансформаторов. Определенные виды электроприборов (они в основном, из разряда специализированных и не относятся к бытовым) нормально функционируют не только в зависимости от напряжения, но и от частоты питающей сети.
У современного высокотехнологичного электрооборудования с импульсными преобразователями напряжения могут быть переключатели на разные значения сетевого напряжения. При этом допускается их отсутствие. Таким электрооборудованием допускается широкий диапазон входных напряжений, варьируемый от 100 до 240 В, номинальная частота при этом – 50-60 ГЦ. Это позволяет применять такие электроприборы без преобразователей буквально в любой стране мира.
Параметры напряжения электрической сети в России
Производителями электроэнергии генерируется переменный ток промышленной частоты (в России она составляет — 50 Гц). В большинстве случаев линии электропередач передают трехфазный ток. Такой ток повышается до сверхвысокого и высокого напряжения посредством работы трансформаторных подстанций, устанавливаемых вблизи электростанций.
Готовые работы на аналогичную тему
По межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230 В, а частота при этом будет 50Гц. При этом продолжают применяться системы 220/380 В и 240/415 В.
К однофазной розетке подводятся такие виды проводов:
- фазовый;
- нулевой провод;
- провод защитного заземления (зануления).
Формулы измерения сетевого напряжения
Частота напряжения электрической сети может быть определена без задействования внешних дополнительных средств для измерения (как например, компараторов). Однако это может отразиться на точности ее измерения, существенно снижая ее.
Методика таких измерений заключается в следующем: производится выборка за период сетевого напряжения из $N$ значений амплитуды напряжения. Далее суммируются результаты (исключается знак). После этого они усредняются. Полученный результат будет зависеть от коэффициента:
Указанный коэффициент помогает установить зависимости действительного значения синусоидального сигнала и средневыпрямленного. Такой метод измерений достаточно прост, не требует большого числа ресурсов микроконтроллера (временных и ресурсов памяти).
При изменении сигнала сетевого напряжения за основу берется синусоидальный закон (в результате использования на электростанции синхронных генераторов). Частота изменения сигнала при этом будет 50-60 ГЦ.
На практике фиксируется или значительное искажение синусоиды напряжения или замена ее прямоугольными импульсами. Причиной этому становится:
- воздействие сторонних факторов в виде подключения к сети нелинейных нагрузок большой мощности;
- использование инверторов с выходным квазисинусоидальным напряжением.
Действующее значение измеряемой периодической величины рассчитывается по формуле^
Номинальным напряжением приемников электрической энергии называется напряжение, при котором они предназначены для нормальной работы.
Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением приемников электрической энергии, в том числе и трансформаторов, которые от нее питаются. Отличие действительного напряжения на выводах приемника электрической энергии от номинального напряжения является одним из основных показателей качества электрической энергии. Напряжение у потребителя (подстанция, завод, трансформаторный пункт) или у отдельного приемника (электродвигатель, лампа накаливания) никогда не остается постоянным в течение суток. В процессе нормальной эксплуатации электрической сети наблюдаются плавные, закономерные отклонения напряжения от среднего уровня или резкие кратковременные колебания напряжения, вызванные внезапным изменением режимов работы приемников. Поддержать напряжение у потребителей неизменным и равным номинальному практически невозможно. Пределы допустимых отклонений напряжения, которые удобно выражать в процентах от номинального напряжения (δU), пользуясь формулой:
Очевидно, что отклонение напряжения положительно, когда напряжение у приемника U2 выше номинального Uн и отрицательно — в противоположном случае. Ответить на вопрос, какое из отклонений, положительное или отрицательное, лучше, в ряде случаев весьма трудно. Для этого каждый приемник рассматривают с точки зрения его назначения, места установки и режима работы, так как совсем не безразлично, применена ли лампа накаливания в светильнике наружного освещения или над рабочим местом в цехе. Во всех случаях следует руководствоваться нормами предельно допустимых отклонений напряжения у приемников.
Из таблицы видно, для одних и тех же приемников, например ламп накаливания, в условиях жилых помещений можно допустить отклонения в пределах ± 5%, так как это практически не отразится на жителях, в то время как снижение напряжения больше чем на 2,5 % у ламп рабочего освещения недопустимо из-за возможного брака. При снижении напряжения на 5 % номинального светового потока лампы накаливания снижается до 82,5 %, а люминесцентные лампы перестают работать устойчиво. При повышении напряжения, например, на 5 % срок службы лампы снижается до 350 часов вместо нормальных 1000 часов. Мощность нагревательных приборов, вращающий момент асинхронных двигателей и мощность конденсаторов изменяются пропорционально квадрату, то есть второй степени напряжения. Поэтому даже незначительные изменения напряжения резко ухудшают основные характеристики этих приемников.
Параметры электрической сети включают в себя параметры линейных элементов (индуктивные) сопротивления проводов и кабелей, и те же параметры трансформаторов. При решении вопросов, связанных с регулированием напряжения сети, составляется расчетная схема замещения, в простейшем случае представляющая собой последовательное соединение всех активных и индуктивных сопротивлений. для превращения схемы сети в схему замещения необходимо определить параметры линейных элементов, для чего необходимо знать протяженность линий, марку провода и его сечение, а также расстояние между проводами. К параметрам линейных элементов сети, оказывающим влияние на величину напряжения у приемников, относятся величины:
r0 — активное сопротивление на каждый километр, Ом;
x0 — индуктивное (реактивное) сопротивление на каждый километр линии, Ом.
Индуктивное сопротивление x0 для трехфазной линии тем больше, чем чем больше расстояние между проводами. Это объясняется тем, что соединение провода своим магнитным потоком уменьшают ЭДС самоиндукции в проводах и тем в большей степени, чем они ближе друг к другу. Для кабельных линий или проводов, расположенных в одной трубе, расстояние между отдельными жилами незначительно и поэтому x0, близко к 0,08 Ом/км. В линиях постоянного тока индуктивное сопротивление отсутствует, так как там нет переменного магнитного поля. Для заводских сетей, проложенных на изоляторах или роликах, при расстояниях между проводами 50-150 мм индуктивное сопротивление составляет примерно 0,3 Ом/км, а для воздушных сетей близко к 0,4 Ом/км.
Сопротивления линий могут быть легко получены по формулам:
где l — протяженность линии, км.
В заводских сетях схема замещения силового трансформатора, связывающего сеть высокого и низкого напряжений, принимаются состоящей только из последовательно соединенных активного Rт и индуктивного Xт сопротивлений. Для определения этих параметров необходимо воспользоваться следующими данными заводского паспорта трансформатора или по данным ГОСТ: номинальная мощность трансформатора Sн, кВА; номинальное линейной напряжение обмотки низшего или высшего напряжения Uн, кВ; потери в обмотках или потери короткого замыкания ΔPкз, кВт; напряжение короткого замыкания, uк, %.
Для расчета используются формулы:
где R’, X’ — приведенные величины активного и реактивного сопротивлений; U’ — базисное, обычно высшее напряжение трансформатора; Uн — номинальное напряжение того участка сети, на котором находится пересчитываемое сопротивление.
После приведения сопротивлений к одному напряжению сеть, имеющую одну ступень трансформации, можно рассматривать как сеть одного базисного напряжения. Схема замещения для сети с одной ступенью трансформации приведена на рисунке ниже.
Приемники электрической энергии могут быть разделены на две группы.
К первой из них следует отнести приемники, в которых электрическая энергия целиком переходит в тепло, например лампы накаливания, дуговые печи, нагревательные приборы обычного типа.
Ко второй группе относятся приемники, действие которых невозможно без наличия переменного магнитного поля. К ним относятся все электродвигатели переменного тока, индукционные печи, трансформаторы и т.д. В этих приемниках энергии в течение четверти периода накапливается магнитное поле, в течение следующей четверти уходит из магнитного поля обратно к источнику. Эти чередующиеся перемещения энергии в линии вызывают протекание по линии дополнительного тока, называемого намагничивающим или реактивным Iр. Ток этот отстает по времени от напряжения на четверть периода (0,005 секунд). Для пояснения процессов, происходящих в цепях переменного тока, принято пользоваться тригонометрическим соотношением между сторонами прямоугольного треугольника ОАВ (рисунок ниже).
При этом ток I рассматривается как вектор, совпадающий с гипотенузой треугольника, а катеты рассматриваются как составляющие тока — активная Iа и реактивная Iр. Амперметр, включенный в рассечку линии, показывает величину тока I, проходящего по цепи, из которого только часть Iа обеспечивает развитие активной мощности. Реактивная слагающая тока Iр есть следствие процесса перетока энергии магнитного поля, которая загружает сеть, создавая в ней дополнительные потери энергии и напряжения. Чтобы судить об экономичности использования сети и оборудования по величине тока и напряжения при наличии реактивной составляющей тока, используется как называемый коэффициент мощности, который из векторной диаграммы определяется как:
cosф = P/ S или cosф = Iа / I.
Подобные соотношения справедливы и для мощности одной фазы трехфазной системы. Активная слагающая тока Iа = I·cosф входит в выражение активной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:
Реактивная слагающая тока Iр = I· sinф входит в выражение реактивной мощности, определяя ее при заданном напряжении U:
При выборе блоков питания необходимо обращать внимание на параметры питающей сети, а также на режимы работы блока питания.
К основным параметрам питающей сети относятся, прежде всего, номинальное напряжение и частота переменного тока. Номинальные значения этих параметров закреплены международными соглашениями.
Номинальное напряжение и номинальная частота переменного тока
В ФРГ значения этих параметров определены в мае 1987 года нормами DIN IEC 60038. Появлению норм IEC 60038 предшествовала большая работа по международному согласованию используемых уровней напряжения для электрических сетей электроснабжения и контактных электрических сетей.
В области 3-фазных низковольтных сетей электроснабжения нормами DIN IEC 60038 был определен всемирный постепенный переход с напряжений 220/380 В и 240/415 В на одно напряжение: 230/400 В. Этот переход должен быть завершен в январе 2003 года. Во время переходного периода допускается иметь различные отклонения от нормы.
Нормы международной электротехнической комиссии носят рекомендательный характер и должны подтверждаться национальными стандартами.
Номинальные параметры напряжения и частоты для низковольтных сетей различных стран
Параметры низковольтные сетей
50 Гц, 230/400 - 127-220 В
50 Гц, 230/400-5001) - 6601) В
50 Гц, 127/220 - 230/400 - 5001) - 380/6601) - 525/9101) В
50 Гц, 230/400 - 127/2202) В
50 Гц, (230/400 В)3)
50 Гц, 127/2202) - 230/400 В
50 Гц, 127/220 - 230/400 В
50 Гц, 230/400 - 6601) В
50 Гц, 230/400 - Belfast 220/380 В
50 Гц, 230-230/400-5001) - 6901) В
50 Гц, 230/400 - 5002) В
Область бывшего CCCP
50 Гц, 230/400 - 6901) В
50 Гц, 230/400 - 5001) - 6901) В
50 Гц, 230/400 - 5001) - 6901) В
Параметры низковольтных сетей
50 Гц, 110/190 - 220/380 В
50 Гц, 220/380 - 240/415 В
60 Гц, 127/220 - 220/380 - 4801) В (220/380 - 240/415 В 50 Гц,: остатки)
50 Гц, 115/200 - 220-380 - 4001) В
50 Гц, 220/380 В (часть Стамбула: 110/190 В)
Объединенные Арабские Эмираты
50 Гц, 220/380 - 240/415 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В (в горно-добывающей промышленности: 1140 В)
50 Гц, 220/380 - 230/400 - 240/415 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 - 4001) В
50 Гц, 100/200 - 4001) В
50 Гц, 120/208 V - Phnom Penh 220/238 В
60 Гц, 100/2002) - 220/380 - 4401) В
60 Гц, 110/220 - 440 В
60 Гц, 110/220 - 220 - 440 В
Параметры низковольтных сетей
60 Гц, 600 - 120/240 - 460 - 575 В
60 Гц, 120/208 - 120/240 - 277/480 - 6001) В
60 Гц, 115/200 - 120/208 В
50 Гц, 110/190 - 120/208 В
60 Гц, 110/220 - 220/440 В
60 Гц, 120/2082) - 120/240 - 127/220 - 254/4402) - 227/4801) В
60 Гц, 120/208 - 120/240 - 4801) В
60 Гц, 120/208 - 120/240 - 127/220 - 277/4801) - 4801) - 5501) В
50 Гц, 220/380 В (Jacmel), 60 Гц, 110/220 В
60 Гц, 110/220 - 127/220 - 277/480 В
50 Гц, 110/220 - 4401) В
60 Гц, 120/240 - 220/380 - 277/4801) - 4401) В
60 Гц, 127/220 - 4401) В
60 Гц, 110/220 - 120/240 - 127/220 - 220/440 - 254/401) В
60 Гц, 120/2081) - 120/240 - 254/4401) - 277/4801) В
60 Гц, 120/208 - 480 В
60 Гц, 110/220 - 120/208 - 127/220 - 220/440 - 240/4801) - 254/4401) В
60 Гц, 110/220 - 120/240 - 230/400 В
60 Гц, 220/380 - 480 В, 50 Гц, 110/220 - 220/380 В (исключение)
60 Гц, 110/220 - 220/440 - 127/220 - 220/380 В
60 Гц, 120/208 - 127/220 В
50 Гц, 110/220 В (Джоржтаун), 60 Гц, 110/220 - 240/480 В
60 Гц, 110/220 - 150/260 - 440 В
60 Гц, 220/380 - 220/440 В
60 Гц, 220 - 220/380/440 В
60 Гц, 115/230 - 127/220 В
60 Гц, 120/208 - 120/240 - 208/416 - 240/480 В
Параметры низковольтных сетей
50 Гц, 110/220 - 220/380 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
60 Гц, 120/208 - 120/240 В
50 Гц, 127/2202) - 220/380 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
50 Гц, 115/200 - 127/220 - 220/380 - 5001) В
50 Гц, 220/380 В - 415 - 5501) В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
50 Гц, 220-220/440 В
50 Гц, 127/220 - 220/380 В
50 Гц, 115/200 - 220/380 В
1) Только в промышленности
2) Без дальнейшего расширения
3) С января 2003 года
Основные замечания по подключению к сети переменного тока и защите
Все блоки питания SITOP Power и LOGO!power предназначены для построения систем в соответствие с DIN/VDE или национальными инструкциями. Требования этих инструкций должны точно соблюдаться при монтаже блоков питания. Подключение напряжения питания должно соответствовать VDE 0100 и VDE 0160. Установка должна иметь защитное устройство и коммутационный аппарат для отключения от источника питания.
При подключении блока питания к сети переменного тока возникает бросок тока, вызванный зарядом конденсатора. В течение нескольких миллисекунд этот ток спадает до номинального значения.
Однофазные блоки питания SITOP Power и LOGO!Power оснащены внутренним плавким предохранителем. В цепи подключения к сети переменного тока должен быть установлен предохранитель или автоматический выключатель. Автоматические выключатели, рекомендованные в технических описаниях для защиты цепи питания, выбраны таким образом, что не реагируют на бросок тока в момент включения питания.
Трехфазные блоки питания SITOP Power не имеют внутреннего предохранения, поэтому в цепи их питания обязательно должен устанавливаться защитный коммутационный аппарат. Рекомендуемые типы защитной коммутационной аппаратуры приводятся в технических руководствах на соответствующие блоки питания.
Все привыкли к обозначению над розетками в 220В и практически ни кого не терзают сомнения в правдивости указанного номинала. Однако в среде экспертов часто встречаются разногласия об актуальности величины питающего напряжения. Поэтому далее мы рассмотрим, какая норма напряжения в сети по ГОСТ в РФ: 220 или 230 В является правильной.
Эволюция напряжения в сети – с чего все началось
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.
Рис. 1. Номинал на розетке
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 32144-2013, 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.
Как примерить два нормативных документа?
Несмотря на описанные выше несоответствия, оба стандарта допускают возможное отклонение характеристик от номинальной величины на 10% как в большую, так и в меньшую сторону. Однако заметьте, что норма в 220 В будет допускать отклонение напряжения в пределах от 198 В до 242 В. В то же время, новый номинал в 230 В будет иметь разброс от 207 В до 253 В между возможным минимумом и максимумом в розетке.
Чтобы выровнять несоответствие между разными стандартами ГОСТ 29322-2014 предусматривает такие варианты напряжения для сетей 230 В в таблице А.1:
- номинальное – 230 В:
- наибольшее используемое для питания – 253 В;
- наименьшее для питания – 207 В;
- наименьшее используемое – 198 В.
Как видите, здесь нижний предел допустимой нормы напряжения расширен до 198 В, что необходимо, как один из этапов эволюции старой отечественной системы к современным стандартам. Таким образом, новые нормы не исключают 220 В, а включают их, как допустимое отклонение от международного стандарта, к которому отечественные электроснабжающие организации еще не перешли в силу тех или иных обстоятельств.
Подводя итоги
Как видите, напряжение 220 В является пережитком старой системы, которые все еще допускается в ваших розетках в качестве частного варианта, как производной от номинала 230 В. Но что касается разброса от минимума до максимума, то здесь следует быть особенно осторожным. Все дело в том, что большинство производителей выпускают бытовое оборудование на определенные пределы напряжения, к примеру от 200 до 240 В, поэтому в случае повышения разности потенциалов на отметку 250 В, являющуюся допустимой, прибор может попросту выйти со строя.
Если у вас в квартире наблюдается подобная ситуация, можете сделать простую процедуру:
Если напряжение в сети значительно больше допустимого для устройства, вам понадобится стабилизатор или новый прибор. Если же номинал напряжения в сети больше допустимого ГОСТом, то срочно обращайтесь в энергоснабжающую организацию.
Читайте также: