Номинальные напряжения – ГОСТ 21128-83 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В (с Изменением N 1), ГОСТ от 29 ноября 1983 года №21128-83

Номинальное напряжение — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.
(!)Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (Россия), возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения.

Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.

Номинальное напряжение — это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.

Действительные напряжения в различных точках системы могут несколько отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения, установленные для продолжительной работы.

Номинальным напряжением у источников и приёмников электроэнергии (генераторов, трансформаторов) называется такое напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы. Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников и приёмников электрической энергии устанавливаются ГОСТом.

Установки до 1000 В

Ряд номинальных напряжений трехфазных четырехпроводных или трехпроводных систем переменного тока 50 Гц, В[1]

Установки свыше 1000 В
Ряд номинальных напряжений (наибольших рабочих напряжений) для сети и приёмники электрической энергии, кВ[2]
Номинальное
напряжение
Наибольшее
рабочее
напряжение
3 3,6
6 7,2
10 12
15 17,5
20 24
35 40,5
110 126
150 172
220 252
330 363
400 420
500
525
750 787
1150 1200

Номинальные напряжения для электрических генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток силовых трансформаторов приняты на 5-10 % выше номинальных напряжений соответствующих сетей, чем учитываются потери напряжения при протекании тока по линиям.

  1. ↑ ГОСТ 29322-2014
  2. ↑ ГОСТ 721-77

Номинальное напряжение — это… Что такое Номинальное напряжение?

У этого термина существуют и другие значения, см. Напряжение.
(!) Эта статья или раздел описывает ситуацию применительно лишь к одному региону (Россия).

Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.

Номинальное напряжение

 — это базисное напряжение из стандартизированного ряда напряжений, определяющих уровень изоляции сети и электрооборудования.

Действительные напряжения в различных точках системы могут несколько отличаться от номинального, однако они не должны превышать наибольшие рабочие напряжения, установленные для продолжительной работы.

Номинальным напряжением у источников и приемников электроэнергии (генераторов, трансформаторов) называется такое напряжение, на которое они рассчитаны в условиях нормальной работы. Номинальные напряжения электрических сетей и присоединяемых к ним источников и приемников электрической энергии устанавливаются ГОСТом.

Стандартизированный ряд напряжений

Установки до 1000 В

Ряд номинальных напряжений, В[1]

Установки свыше 1000 В
Ряд номинальных напряжений (наибольших рабочих напряженией) для сети и приемники электрической энергии, кВ
[2]
Номинальное
напряжение
Наибольшее
рабочее
напряжение
3 3,6
6 7,2
10 12
15 17,5
20 24
35 40,5
110 126
150 172
220 252
330 363
500 525
750 787
1150 1200

Номинальные напряжения для генераторов, синхронных компенсаторов, вторичных обмоток силовых трансформаторов приняты на 5-10 % выше номинальных напряжений соответствующих сетей, чем учитываются потери напряжения при протекании тока по линиям.

Примечания

  1. ГОСТ 21128-83
  2. ГОСТ 221-77

Номинальные напряжения

Выработка, передача и потребление электроэнергии выполняется при различ-ных напряжениях: генерация при напряжении до 30 кВ, передача – при напряжении 35 кВ и выше, потребление – сотни и тысячи вольт.

Номинальным напряжением элементов электрической сети (электроприемники, генераторы, трансформаторы) называется то напряжение, на котором эти элементы имеют наиболее целесообразные технические и экономические характеристики.

Номинальные напряжения устанавливаются государственным стандартом (ГОСТ).

Таблица 1.1 – Номинальные напряжения (до 1000 В) переменного трехфазного

тока, В

Источники и

преобразователи

42

230

400

690

Сети и

электроприемники

40

220

380

660

Таблица 1.2 – Номинальные напряжения (более 1000 В) переменного трехфазного

тока, кВ

Сети и

приемники

Генераторы и СК

Трансформаторы и автотрансформаторы

без РПН

с РПН

первичные обмотки

вторичные обмотки

первичные обмотки

вторичные обмотки

(3)

(3,15)

(3 и 3,15)

(3,15 и 3,3)

(3,15)

6

6,3

6; 6,3

6,3; 6,6

6; 6,3

6,3; 6,6

10

10,5

10; 10,5

10,5; 11

10; 10,5

10,5; 11

20

21

20

22

20; 21

22

35

35

38,5

35; 36,75

38,5

110

121

110; 115

115; 121

(150)

(165)

(158)

(158)

220

242

220; 230

230; 242

330

330

347

330

330

500

500

525

500

750

750

787

750

1150

1150

Номинальные напряжения источников (генераторы и СК) по условиям компенсации потерь напряжения в питаемой сети приняты на 5% выше номинальных напряжений сети.

Первичные обмотки трансформаторов являются приемниками электроэнергии. Поэтому для повышающих трансформаторов их номинальные напряжения равны номинальным напряжениям генераторов; для понижающих трансформаторов – номинальным напряжениям сети или на 5% выше. Вторичные обмотки трансформаторов питают последующую сеть. Чтобы скомпенсировать потерю напряжения в трансформаторах, их номинальные напряжения выше номинальных напряжений сети на 5 – 10%.

Каждая электрическая сеть характеризуется номинальным напряжением электроприемников, которые от нее питаются. В действительности электроприемники работают при напряжении отличном от номинального напряжения из-за потерь напряжения. Согласно ГОСТ, при нормальном режиме работы сети напряжение подводимое к электроприемникам не должно отличаться от номинального больше, чем на ± 5%. Т.е. напряжение U1 не должно превышать номинальное более, чем на 5%. Напряжение U2 не должно быть ниже больше, чем на 5% (см. рис. 1.3). Номинальное напряжение сети равно ее среднему значению:

Номинальные напряжения — это… Что такое Номинальные напряжения?

4.1. Номинальные напряжения

НКУ характеризуют следующими номинальными напряжениями его различных цепей:

4.1.1. Номинальное рабочее напряжение (цепи НКУ)

Номинальное рабочее напряжение (Ue) цепи НКУ есть значение напряжения, которое в сочетании с номинальным током этой цепи определяет основной параметр цепи НКУ.

Для многофазных цепей оно является напряжением между фазами.

Примечание. Стандартные значения номинальных напряжений цепей управления устанавливаются стандартами на комплектующие элементы.

Изготовитель НКУ должен устанавливать пределы напряжения, необходимые для нормального функционирования главной и вспомогательных цепей. В любом случае, в условиях номинальной нагрузки комплектующих элементов, напряжение цепей управления на их зажимах должно находиться в пределах, указанных в соответствующих стандартах МЭК.

4.1.2. Номинальное напряжение изоляции (цепи НКУ)

Номинальное напряжение изоляции (Ui) цепи НКУ есть значение напряжения, которое характеризует конструкцию НКУ и в соответствии с которым проводят испытания диэлектрических свойств, проверяют зазоры и расстояния путей утечки.

Максимальное номинальное рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно превышать его номинального напряжения изоляции. Предлагается, что рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно даже временно превышать 110 % номинального напряжения изоляции этой цепи.

Примечания:

1. Стандартные значения номинального напряжения изоляции главных цепей находятся в стадии рассмотрения.

2. Для однофазных цепей с изолированной нейтралью и заземленными открытыми токопроводящими частями (IT) (см. title=»Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики»), напряжение изоляции должно быть по меньшей мере равно напряжению между фазами источника питания.

4.3.1. Номинальные напряжения (коммутационного элемента)

Коммутационные элементы характеризуются следующими номинальными напряжениями:

4.3.1.1. Номинальное рабочее напряжение Ue

По ГОСТ Р 50030.1, подпункт 4.3.1.1 со следующими дополнениями.

Для трехфазных сетей Ueвыражает действующее значение напряжения между фазами.

Примечания

1. Один и тот же коммутационный элемент может характеризоваться несколькими комбинациями номинальных значений рабочего напряжения и рабочего тока.

2. Аппараты управления, рассматриваемые в настоящем стандарте, не предназначены для использования при очень низких напряжениях. Если речь идет об использовании их при низких напряжениях, например при напряжении переменного или постоянного тока ниже 100 В, следует обратиться к изготовителю.

4.3.1.2. Номинальное напряжение изоляции Ui

По ГОСТ Р 50030.1, подпункт 4.3.1.2.

4.3.1.3. Номинальное выдерживаемое импульсное напряжение Uimp

По ГОСТ Р 50030.1, подпункт 4.3.1.3.

определение термина и виды междуфазных параметров сети и трансформаторов

Номинальное напряжениеС понятием номинального напряжения сталкивался каждый пользователь электрических приборов, кто разглядывал прикреплённую небольшую табличку с характеристиками. Значительные отклонения от установленной нормы приведут к поломке изделия. Существуют стандартные величины обозначенных потенциалов для различных типов сетей <1000 вольт и больше, источников и преобразователей переменного и постоянного тока.

Виды напряжений

Одна из энергетических характеристик электрического поля – напряжение, равное отношению работы по переносу заряда в джоулях к его величине в кулонах. Другое название – разность потенциалов: имея 2 точки со значениями 5 и 10 Кл, можно определить взаимодействие между ними: 10-5=5 Дж/Кл, что равно 5 В.

Напряжение в электроустановках измеряют в вольтах. Если его рабочая величина не превышает 1000, напряжение считается низким. При более высоких значениях пользуются единицей измерения кВ. Для определения разности потенциалов применяют вольтметр. Вся энергосистема сформирована из трёхфазных сетей, где выделяют 2 вида напряжений:

  • Виды напряженийлинейное – между двумя жилами кабеля с потенциалом;
  • фазное проявляется при измерении потенциала провода, находящегося под током и нулевого – нейтрального.

Когда присоединение потребителей к сети совершается по схеме Δ (треугольник), величины обоих видов напряжений равны между собой. Если подключение осуществляется с использованием Y (звезды), числовое значение линейного больше фазного в √3 раз (1,732). Маркировку измеренного в трёхфазной сети напряжения принято записывать в виде дроби: 380/660 В, 220/380 В, 127/220 В, где верхняя цифра – фазная, нижняя – линейная величина.

Производители электротехнического оборудования обязательно указывают на приборе его основные параметры: мощность в ваттах, силу тока в амперах и номинальное напряжение – базисное из стандартизованного ряда потенциалов, определяющих уровень изоляции аппаратов и сети. В таблице приведены значения основного показателя низковольтной энергосистемы.

Разновидность тока Напряжение номинальное Uном энергосетей и электроприёмников U ном для генераторов и преобразователей
~ 1ф 6, 12, 27, 40, 60, 110, 220 6, 12, 28, 42, 62, 115, 230
То же, 3ф 40, 60, 220, 380, 660 42, 62, 230, 400, 690
CONST 6, 12, 27, 48, 60, 110, 220, 440 6, 12, 28, 48, 62, 115, 230, 460

Uном для линий и энергосетей такое же, как у электроприёмников. Поставщики напряжения – это генераторы электростанций, преобразователи – вторичные обмотки трансформаторов.

Номиналы потенциала бытовой сети

Превышение или снижение в энергосистеме установленного норматива приводит к неправильной работе потребителей, поломке приборов. Особенно важно поддерживать необходимый уровень Uном в производственных схемах – здесь последствия бывают более тяжёлыми: вплоть до остановки технологического процесса. Бытовые приборы по степени восприимчивости к изменению номинала от более стойких к самым чувствительным разделяют на следующие группы:

  1. Устройства с нагревательными элементамиУстройства с нагревательными элементами: калориферы, утюги и чайники. При избыточном напряжении лишняя мощность уходит в тепло, защищая прибор от поломки.
  2. Аппараты с электроприводом в виде асинхронного двигателя: вентиляторы, кондиционеры, холодильники. Кратковременный перепад приведёт к сбою в работе техники, но длительное нарушение энергообеспечения вызовет пробой обмоток мотора и необходимость замены двигателя.
  3. Электронные устройства: телевизоры, ноутбуки и компьютеры. Любое отклонение питающей сети от нормы способно вывести приборы из строя, поэтому в их конструкции предусматривается защита. При кратковременных нарушениях предохранитель спасает, но длительное перенапряжение ведёт к потере дорогостоящей вещи.
  4. Приборы осветительные: лампы люминесцентные, накаливания, светодиодные. Энергосберегающие модели более требовательны к постоянству параметров сети.

Лампы люминесцентные

Основные характеристики

Для защиты ответственных электрических цепей от неожиданностей применяют стабилизаторы напряжения. В зависимости от мощности, их используют в быту и на производстве. Номинальные значения потенциала для некоторых объектов приведены в таблице.

Наименование конструкта Характер токовой нагрузки Uном в вольтах, если не отмечено другое
Кардиограмма Импульсная 1,0―2,0 мВ
Батарейка: -мизинчиковая, щелочной элемент CONST 1,5
-тип Крона   9,0
Антенна для телевизора Высокочастотная 1―100,0 мВ
Выпрямитель для ноутбука, автомобильный аккумулятор CONST 12,0
Телефонная линия ―″― 60
Разряд электрического: -ската ―″― 250
-угря   650
Троллейная система трамвая, троллейбуса ―″― 660
Контактный рельс метрополитена ―″― 825
Энергосеть: -Российской Федерации ~ переменная 220/380
-Соединённых Штатов   110/190
-Японии   100/172
Электрифицированная железная дорога ―″― 25 кВ
То же Постоянная 3 кВ
Грозовое облако ―″― ≥10 гигавольт (1 млрд вольт)

Стандартный ряд номинальных величин сети ≥1000 В: 3,0; 6,0; 10,0; 20,0; 35,0… Значительное превышение норматива называют перенапряжением.

Обозначенная напряжённость трансформатора

Transformare – превращать, преобразовывать. Это электрическое устройство с двумя или большим числом обмоток на магнитопроводе, предназначенное для трансформации тока или напряжения без изменения частоты. Различают следующие определения потенциалов в преобразовательном устройстве, называемом трансформатором:

  • Напряжённость трансформатораноминальное первичное напряжение – на него рассчитана обмотка 1;
  • Uном вторичное – потенциал на зажимах обвивки 2, замеренный при холостом ходе преобразователя и стандартном значении на входящих клеммах;
  • высшее U ном трансформатора – наибольшее из приведённых напряжений обмоток;
  • низший номинальный потенциал, соответственно, меньший из показателей;
  • среднее Uном – промежуточное между двумя предыдущими значениями.

В процессе эксплуатации иногда случается режим короткого замыкания (КЗ), когда одна из обмоток трансформатора оказывается внутренне соединённой, а вторая остаётся под напряжением. Если событие происходит во время работы при номинальном напряжении, в обвивках возникают токи КЗ, в 5―10 крат выше стандартных. Явление сопровождается значительным увеличением температуры обмоток, в них действуют большие механические нагрузки – ситуация становится аварийной.

Для предотвращения подобных обстоятельств и применяют защиту, срабатывающую за доли секунды. Номинальные линейные напряжения (кВ) высоковольтных трансформаторов приведены в таблице.

Первая обмотка 3,00; 3,15 6,00; 6,30 10,00; 10,50 20, 0; 21,0 35,0; 36,5 110; 115 158: 165 220; 230 330 500
Вторая обвивка 3,15; 3,3 6,30; 6,60 10,50; 11,00 21,0; 22,0 38,5 115; 121 158: 165 230; 242 330

В целях уменьшения потерь в ЛЭП вторичные обмотки имеют Uном на 5―10% выше, чем в соответствующих линиях. Исключение – сети малой протяжённости, для них величины номинального напряжения устанавливают одинаковыми на питающее и потребляющее оборудование.

6.5. Выбор номинального напряжения

Номинальное напряжение электрической сети сущест- венно влияет как на ее технико-экономические показатели, так и на технические характеристики. Так, например, при повышении номинального напряжения снижаются потери мощности и электроэнергии, т. е. снижаются эксплуатаци- онные расходы, уменьшаются сечения проводов и затраты металла на сооружение линий, растут предельные мощно- сти, передаваемые по линиям, облегчается будущее разви- тие сети, но увеличиваются капитальные вложения на со- оружение сети. Сеть меньшего номинального напряжения требует, наоборот, меньших капитальных затрат, но приво- дит к большим эксплуатационным расходам из-за роста потерь мощности и электроэнергии и, кроме того, обладает меньшей пропускной способностью. Из сказанного очевид- на важность правильного выбора номинального напряже- ния сети при ее проектировании.

Номинальные напряжения электрических сетей в СССР (табл. 6.4) установлены действующим стандартом (ГОСТ 721–77*).

Таблица 6.4. Номинальные междуфазные напряжения, кВ, для напряжений выше 1 кВ по ГОСТ 721–77* (СТ СЭВ 779–77)

Сети и приемники электроэнергии

Генераторы и син- хронные компенса- торы

Трансформаторы и автотрансформаторы без РПН

Трансформаторы и автотрансформаторы с РПН

Наибольшее рабочее напряжение электро- оборудования

Первич- ные обмотки

Вторич- ные обмотки

Первич- ные обмотки

Вторич- ные обмотки

(3)

(3,15)

(3)/(3,15)

(3,15) и (3.3)

(3,15)

(3,6)

6

6,3

6/6,3

6,3 и 6,6

6/6,3

6,3 и 6,6

7,2

10

10,5

10/10,5

10,5 и 11

10/10,5

10,5 и 11

12

20

21

20

22

20/21

22

24

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

Примечания: 1. Номинальные напряжения, указанные в скобках, для вновь проектируемых сетей не рекомендуются.

2. В знаменателе приведены напряжения для трансформаторов и автотранс- форматоров, присоединяемых непосредственно к шинам генераторного напряже- ния электрических станций или к выводам генераторов.

Экономически целесообразное номинальное напряже- ние зависит от многих факторов: мощности нагрузок, уда- ленности их от источников питания, их расположения отно- сительно друг друга, от выбранной конфигурации электри- ческой сети, способов регулирования напряжения и др. Ориентировочное значение можно определить по зна- чению передаваемой мощности и расстоянию, на которое она передается. Напряжение выбирают, исходя из получен- ного распределения потоков мощности и протяженности участков сети. Чем больше передаваемая по линии мощ- ность и расстояние, на которое она передается, тем выше по техническим и экономическим нормам должно быть но- минальное напряжение электропередачи. Номинальное на- пряжение можно приближенно оценить одним из следую- щих способов: а) по кривым на рис. 6.5, а и б; б) по эмпи- рическим выражениям; в) по табл. 6.5 пропускной способности и дальности передачи линий [10].

Кривые на рис. 6.5 характеризуют экономически целе- сообразные области применения электрических сетей раз-

Рис. 6.5. Области применения электрических сетей разных номинальных напряжений:

а ,б–границы равноэкономичности: 1–1150 и 500 кВ. 2–500 и 220 кВ, 3–220 и 110 кВ. 4–110 и 35 кВ, 5–750 и 330 кВ, 6–330 и 150 кВ, 7–150 и 35 кВ: в–схема сети

ных номинальных напряжений. Это обобщающие зависи- мости, построенные в результате сравнения приведенных затрат для многочисленных вариантов сети с разными и . Кривые на рис. 6.5 ориентировочно характеризу- ют границы равноэкономичности для систем напряжений 110–220–500 кВ (кривые 1– 4) и 110(150)–330–750 кВ (кривые 5– 7). Например, точки кривой 2 соответствуют значениям , для которых равноэкономичны варианты сети при =220 и 500 кВ. Ниже кривой 2 расположена область значений , для которых экономичнее = =220 кВ, выше кривой 2 –область , для которых экономичнее 500 кВ.

Номинальное напряжение можно предварительно определить по известным передаваемой мощности Р, МВт, и длине линии , км, по формуле Стилла:

. (6.23)

Эта формула приемлема для линий длиной до 250 км и передаваемых мощностей, не превышающих 60 МВт. В случае больших мощностей, передаваемых на расстояние до 1000 км, используется формула А. М. Залесского:

. (6.24)

Г. А. Илларионов предложил для предварительного оп- ределения следующее выражение:

. (6.25)

В отличие от эмпирических выражений (6.23), (6.24) формула (6.25) дает удовлетворительные результаты для всей шкалы номинальных напряжений от 35 до 1150 кВ.

Таблица 6.5 характеризует пропускную способность и дальность передачи линий 110–1150 кВ. В таблице уч- тены наиболее часто применяемые сечения проводов, прак- тика их выбора и фактическая средняя длина воздушных линий. Отметим, что номинальное напряжение, равное 400 кВ не стандартное и мало распространенное. В столб- це 4 приведены значения передаваемой мощности, опреде- ленные на основании опыта проектирования для сечений проводов, указанных в столбце 2. Из табл. 6.5 видно, что передаваемая мощность, определенная на основании опыта проектирования, для средних сечений проводов близка к на- туральной мощности электропередачи или совпадает с ней.

При увеличении передаваемой мощности экономически целесообразная дальность передачи уменьшается (рис. 6.5). Предельная дальность передачи для данного соответ- ствует наименьшей передаваемой мощности. Фактическая дальность передачи для ВЛ всех напряжений, как прави- ло, значительно ниже предельной. В столбце 6 табл. 6.5 Таблица 6.5. Пропускная способность и дальность передачи линий 110–1150 кВ

Напряже- ние линии, кВ

Сечение провода, мм2

Передаваемая мощность, МВт

Длина линии элект-ропередачи, км

натураль-ная

При плотнос- ти тока

1,1 А/ мм2*

предель-ная при

КПД=0,9

средняя (между двумя со-седними

ПС)

1

2

3

4

5

6

110

150

70–240

150-300

30

60

13–45

38–77

80

250

25

20

220

330

400

500

750

1150

240–400

2х240–2х400

3х300–3х400

3х300–3х500

5х300–5х400

8х300– 8х500

135

360

500

900

2100

5200

90–150

270–450

620–820

770–1300

1500–2000

4000–6000

400

700

1000

1200

2200

3000

100

130

180

280

300

* Для ВЛ 750–1150 кВ при плотности тока 0.85 А/мм2.

приведены средние длины линий электропередачи, т. е. среднее расстояние между двумя подстанциями. Напри- мер, средняя длина линии 500 кВ составляет 280 км. Сред- няя дальность передачи отличается от средней длины ли- нии и определяет среднее расстояние, на которое передается электроэнергия на данном напряжении. Среднюю даль- ность передачи можно оценить как половину средней дли- ны линии соседнего высшего для данной шкалы класса напряжения, которая характеризует расстояние между центрами питания рассматриваемой сети. Например, сред- няя дальность электропередачи по сети 220 кВ равна поло- вине средней длины линии 500 кВ, т.е. 140 км, [10].

Варианты проектируемой электрической сети или от- дельные ее участки могут иметь разные номинальные на- пряжения. Обычно сначала определяют номинальное на- пряжение головных, более загруженных участков. Участ- ки кольцевой сети, как правило, необходимо выполнять на одно номинальное напряжение.

Найденные по рис. 6.5, табл. 6.5 либо по одной из фор- мул (6.23) – (6.25) напряжения округляются до ближай- шего номинального. Все эти три способа позволяют опре- делить по передаваемой мощности и расстоянию, на кото- рое она передается, лишь ориентировочное значение . После определения ориентировочного значения надо для каждой конкретной сети наметить ограниченное число вариантов различных номинальных напряжений для их по- следующего технико-экономического сравнения. В резуль- тате сравнения приведенных затрат (см. § 6.3) для этих вариантов сети при различных номинальных напряжениях можно обоснованно выбрать номинальное напряжение всей сети или отдельных ее участков. При разнице приведен- ных затрат менее 5 % надо выбирать вариант использова- ния более высокого .

Пример 6.2. На рис. 6.5, в показана схема варианта вновь проекти- руемой сети, где длины линий указаны в километрах. Нагрузки подстан- ций равны: МВт, =17 МВт, =36 МВт, 39 МВт, =41 МВт. Определим ориентировочное значение номинального напря- жения сети.

Найдем по первому закону Кирхгофа мощности в линиях, МВт:

= 41 + 17 + 22 == 80;

=41+17=58; =41; = 36 + 39 = 75;

= 39.

Номинальное напряжение можно предварительно определить по эмпирическому выражению (6.23). Напряжения, кВ, определенные по этому выражению, для линий сети равны

Ближайшим стандартным напряжением является 150 кВ (см. табл. 6.4).

По кривым на рис. 6.5 получим, что значения и попадают в об- ласть выше кривой 7, для которой ориентировочное номинальное напря- жение сети 150 кВ. По табл. 6.5 также получим =150 кВ для сети на рис. 6.5,е. Таким образом, эмпирическое выражение (6.23), кривые на рис. 6.5 и табл. 6.5 дают одну и ту же приближенную оценку значе- ния . Однако номинальное напряжение 150 кВ не рекомендуется применять во вновь проектируемых сетях. Поэтому надо сравнить по приведенным затратам варианты использования сетей с номинальным напряжением 110 и 220 кВ.

Номинальное напряжение: стандарты, история, номиналы

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

Обозначенная спецификация

История вопроса

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:

  • Исходная конструкция:
  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.

Обозначенная спецификация

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

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *