Рабочее напряжение в чем измеряется
Перейти к содержимому

Рабочее напряжение в чем измеряется

  • автор:

Номинальные напряжения электрических сетей и области их применения

Номинальные напряжения электрических сетей и области их применения

Номинальным напряжением U н 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.

Шкала номинальных напряжений для сетей переменного тока частотой 50 Гц междуфазное напряжение должно быть 12, 24, 36, 42, 127, 220, 380 В; 3, 6, 10, 20, 35, 110, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ, для сетей постоянного тока -12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 440, 660, 3000 В.

Для электрических сетей трехфазного переменного тока напряжением до 1 кВ и присоединенным к ним источников и приемников электроэнергии ГОСТ 721-78 устанавливает следующие значения номинальных напряжений:

Сети и приемники — 380/220 В; 660/380 В

Источники — 400/230 В; 690/400 В.

Номинальное напряжение генераторов с целью компенсации потери напряжения в питаемой ими сети принимается на 5% больше номинального напряжения этой сети (см. табл. 1).

Номинальные напряжения первичных обмоток, повышающих трансформаторов, присоединяемых к генераторам, приняты также на 5% больше номинальных напряжений подключаемых к ним линий.

Первичные обмотки понижающих трансформаторов имеют номинальные напряжения, равные номинальным напряжениям питающих их линий.

В табл. 1. приведены номинальные и наибольшие рабочие напряжения электрических сетей, генераторов и трансформаторов напряжением выше 1 кВ, принятые ГОСТ 721 — 78.

Таблица 1.1. Номинальные напряжения трехфазного тока, кВ

Сети и приемники Трансформаторы и автотрансформаторы Наибольшее рабочее напряжение
без РПН c РПН
первичные обмотки вторичные обмотки первичные обмотки вторичные обмотки
6 6 и 6,3 6,3 и 6,6 6 и 6,3 6,3 и 6,6 7,2
10 10 и 10,5 10,5 и 11 10 и 10,5 10,5 и 11 12,0
20 20 22 20 и 21,0 22,0 24,0
35 35 38,5 35 и 36,5 38,5 40,5
110 121 110 и 115 115 и 121 126
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

Питание цепей управления, сигнализации и автоматизации электроустановок, а также электрифицированного инструмента и местного освещения в производственных цехах осуществляется на постоянном токе напряжениями 12, 24, 36, 48 и 60 В и на переменном однофазном токе 12, 24 и 36 В. Электроприемники постоянного тока питаются на напряжениях 110; 220 и 440 В. Напряжения генераторов постоянного тока 115; 230 и 460 В.

Электрифицированный транспорт и ряд технологических установок (электролиз, электропечи, некоторые виды сварки) получают питание на напряжениях, отличных от приведенных выше.

У повышающих силовых трансформаторов номинальное напряжение первичной обмотки совпадает с номинальным напряжением трехфазных генераторов. У понижающих трансформаторов первичная обмотка является приемником электроэнергии, и ее номинальное напряжение равно напряжению сети.

Номинальные напряжения вторичных обмоток трансформаторов, питающих электрические сети, на 5 или 10 % выше номинальных напряжений сети, что дает возможность компенсировать потери напряжения в линиях: 230, 400, 690 В и 3,15 (или 3,3); 6,3 (или 6,6); 10,5 (или 11); 21 (или 22); 38,5; 121; 165; 242; 347; 525; 787 кВ.

Номинальные напряжения электрических сетей и области их применения

Напряжение 660 В рекомендуется для питания силовых электроприемников. По сравнению с напряжением 380 В оно имеет ряд преимуществ: меньшие потери энергии и расход проводникового материала, возможность применения более мощных электродвигателей, меньшее количество цеховых ТП. Однако для питания мелких двигателей, цепей управления электроприводом и сетей электроосвещения необходимо устанавливать дополнительный трансформатор на 380 В.

Напряжение 3 кВ используется только для питания электроприемников, работающих на этом напряжении.

Электроснабжение предприятий, внутризаводское распределение энергии и питание отдельных электроприемников выполняются на напряжениях свыше 1000 В.

Напряжения 500 и 330 кВ применяются для питания особенно крупных предприятий от сетей энергосистемы. На напряжениях 220 и 110 кВ осуществляется питание крупных предприятий от энергосистемы и распределение энергии на первой ступени электроснабжения.

На напряжении 35 кВ питаются предприятия средней мощности, удаленные электропотребители, крупные электроприемники и распределяется энергия по системе глубоких вводов.

Напряжения 6 и 10 кВ используются для питания предприятий малой мощности и в распределительных сетях внутреннего электроснабжения. Напряжение 10 кВ целесообразнее, если источник питания работает на этом напряжении, а число электроприемников на 6 кВ невелико.

Напряжения 20 и 150 кВ широкого применения на промышленных предприятиях не находят из-за использования их только в некоторых энергосистемах и отсутствия соответствующего электрооборудования.

Выбор напряжения сети производится одновременно с выбором схемы электроснабжения, а в некоторых случаях — на основе технико-экономического сравнения вариантов.

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!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое номинальное напряжение и как его найти

Непосредственное применение закона Ома для вычисления напряжения U возможно только для простой электрической сети (преимущественно постоянного тока). В большинстве прочих ситуаций перед расчётом необходимо уточнить, о каком именно U пойдёт речь, каков тип потребителя и в какой сети он функционирует. Особенно много путаницы возникает с терминами «среднее номинальное напряжение» и «номинальное допускаемое напряжение».

Схема типовой электросети переменного тока

О терминологии

Базу энергетической системы составляют трехфазные сети, в которых используются 2 типа напряжений:

  • Линейное, присутствующее между двумя жилами электрического кабеля.
  • Фазное напряжение проявляется в ходе измерений потенциала между нулевым проводом и находящимся под током.

Если подключение к электросети происходит по схеме «треугольник», то линейные и фазные напряжения имеют одинаковые значения. Если же подсоединение производится с помощью «звезды», количественные показатели линейного напряжения становятся выше фазного в 1.733. Значение напряжения, присутствующего в трехфазной сети, записывают в виде дроби, например, 220/380. Числитель обозначает фазную, а знаменатель линейную величину.

Соединения в трехфазных сетях

В электротехнике часто приходится иметь дело со следующими тремя обозначениями, связанными с электрооборудованием и системой питания:

  • Номинальное (линейное) напряжение сети или системы электрического питания.
  • Номинальное напряжение отдельной единицы оборудования.
  • Рабочее или допустимое напряжение.

Первое для сети переменного тока определяется как предельное значение данного параметра, присвоенное электрической цепи или системе для обозначения её класса. Такую характеристику часто обозначают как системное напряжение Uc. Например, для России действует следующий ряд Uc, соответствующий нормам ГОСТ Р 57382–2017: 110→330→500→750 кВ. При этом минимальное значение Uc не может быть меньше 6 кВ (ГОСТ 721–77).

Принятое в конкретном регионе значение номинального напряжения системы определяется пиковой потребляемой мощностью и протяжённостью линий электропередачи. При проектировании любого электрооборудования разработчик в первую очередь учитывает условия той системы, в которой будет работать это оборудование.

Производители электрооборудования в обязательном порядке указывают на своих устройствах главные характеристики: силу тока в А, мощность в Вт, а также номинальное фазное напряжение, являющееся базисным в стандартизованном ряду потенциалов. Для зон безопасности обычно принимается допуск ± 10 % или выше.

Информация, указываемая на шильдике электрооборудования

Однако номинальное напряжение не является точным рабочим показателем для работающего оборудования. Оно представляет собой значение параметра, по которому электрическое устройство названо или упоминается. Таким образом, фактическое напряжение, при котором работает устройство, может отличаться от номинального в пределах диапазона, обеспечивающего удовлетворительную работу оборудования.

Поэтому на практике рассматриваемый параметр чаще используется в качестве эталона для описания фактических возможностей электрических устройств и систем. Он характеризует возможности той сети, к которой может быть подключено устройство с сохранением условий для его безопасной и надёжной работы. Следовательно, допустимо рассматривать данный показатель лишь как приблизительную оценку уровня работы конкретной электрической системы. Предельные значения выбираются таким образом, чтобы они находились в границах диапазона номинального напряжения.

Шкала номинальных напряжений

Следует отметить, что реальная разница между входным и номинальным Uc всегда присутствует, но она не должна превышать допуск безопасности. С другой стороны, расхождение между этими параметрами должно быть достаточно большим, чтобы можно было легко подкорректировать изменение номинального напряжения в линии электропередачи.

Рабочее напряжение — это фактическое значение характеристик питания, которое подаётся на клеммы оборудования. Параметр измеряется при помощи таких приборов как вольтметры, мультиметры. Если разница показателей, измеренных в ходе тестирования, выходит за пределы заявленного диапазона, то работоспособность этой единицы оборудования не будет обеспечена.

Измерение с помощью мультиметра

Как определяется НП

Проще всего дело обстоит с выяснением данного номинала применительно к электрооборудованию. Например, для однофазного асинхронного двигателя на паспортной табличке указано, что значение данного показателя составляет 240 В ± 10 %. Это означает, что двигатель может безопасно работать в диапазоне от 216 В до 264 В. Учитывается, что паспортная мощность двигателя и прочие проектные характеристики соответствуют нормам стандарта.

Чтобы рассчитать номинальные напряжения сложных или составных электрических сетей, поступают иначе. Например, если нужно выяснить указанный параметр для региональной сети электропотребления, каждая из составляющих которой рассчитана на собственные, различающиеся от ветви к ветви параметры, используют следующую последовательность действий:

  1. Пользуясь законом Ома для составной цепи, определяем значение номинального напряжения на выходе.Определение номинального напряжения
  1. Если мощность потребителей неизвестна, но зато есть фактическое значение Uф, то искомый параметр для каждого i-того потребителя определяется по формуле:Определение мощности
  1. Полученные значения Рi складываются.Схема распределительной электросети с пятью потребителями с разными показателями номинального напряжения

При проведении таких расчётов необходимо различать номинал на каждом i-том элементе. Первый из параметров является предельным значением, которое может непрерывно подаваться к потребителю. Он применяется только к тем характеристикам сопротивления, которые лежат в области выше допустимой.

При вычислении номинального напряжения с помощью формулы Ома следует принимать во внимание то, что конечный результат может оказаться слишком высоким. Это может привести к выходу из строя элемента при длительном воздействии на него повышенной разности потенциалов. Поэтому итог расчётов сравнивается с максимальным (критическим) значением сопротивления, которое разрешено для данного элемента. Меньшее значение и будет действительным, указываемым отдельно для каждой серии и типоразмера изделия.

Примеры расчётов

Рассмотрим несколько примеров расчета номинального напряжения

Пример 1

Для номинальной мощности энергопотребителя в 1 Вт и его сопротивлении 100 кОм нужно определить номинал Uном, приняв, что верхняя граница параметра (Umax) равна 200 В.

Воспользовавшись формулой закона Ома для участка цепи, получим:

Значение номинального напряжения

Однако максимально допустимое Umax на элементе только 200 В, поэтому подавать на элемент 316 В нельзя. Отсюда следует, что Uном = 200 В.

Пример 2

В стабильном режиме эксплуатации энергосистема выдаёт 11 кВ с допустимым колебанием ± 10 %. Какими будут наибольшие колебания, при которых такая система ещё сохранит свою работоспособность?

С учётом ранее указанного допуска безопасности 11 кВ ± 10 % данные значения будут составлять от 9.9 кВ до 12.1 кВ.

Пример 3

Автоматический выключатель, установленный для обслуживания энергосистемы 132 кВ, должен сохранять свою работоспособность в диапазоне Uном ±10 %. Следовательно, потенциал, подаваемый на автоматический выключатель, может находиться в пределах, не превышающих 118.8 … 145.2 кВ.

Образец более сложного расчёта

Определить номинальный ток генератора мощностью 48000 Вт при напряжении 110 В, учитывая, что Uном = 220 В, угол сдвига между фазами cosφ = 0.85. Обмотки трёхфазной схемы генератора соединены звездой. Расстояние между смежными пазами в статоре соответствует паспортной мощности двигателя.

Сначала находим фазное напряжение при соединении в звезду:

Значение UФ при соединении в звезду

Определяем значение полной номинальной мощности генератора:

Определение мощности генератора

Искомое значение номинального тока генератора:

Номинальный ток генератора

Поскольку расчётное фазное напряжение больше фактического, то длительная работоспособность генератора полностью обеспечится. Все прочие параметры системы следует рассчитывать с учетом тока Iн не менее 150 А.

Трёхфазный генератор тепловой электростанции

Описанная методика действий с определёнными эксплуатационными факторами электрооборудования и энергосистем позволяет уточнять условия надёжной работы устройств, не допускать перегрузки их отдельных элементов, осуществлять более точный подбор типоразмеров трансформаторов, генераторов, электродвигателей и прочего электрооборудования.

Что такое напряжение?

Напряжение — это давление от источника питания электрической цепи, которое обеспечивает движение заряженных электронов (ток) через проводящий контур, позволяя им выполнять полезную работу (например, обеспечивать свечение лампочки).

В кратком виде: напряжение = давление, оно измеряется в вольтах (В). Эта единица измерения названа в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745–1827 гг.), который изобрел вольтов столб, ставший предшественником современной бытовой батареи.

Ранее напряжение называлось электродвижущей силой (эдс). Поэтому в ряде уравнений, например в законе Ома, напряжение обозначается символом E.

Пример напряжения в простой цепи постоянного тока:

Что такое напряжение? – Заголовок

  1. В этой цепи постоянного тока переключатель замкнут (переведен во включенное положение).
  2. В источнике питания образуется напряжение («разность потенциалов» между двумя полюсами батареи), создавая давление, под действием которого поток электронов движется к отрицательной клемме батареи.
  3. Ток достигает лампочки, и лампочка начинает светиться.
  4. Ток возвращается в источник питания.

Различают напряжение переменного тока и постоянного тока. Отличия заключаются в следующем:

Напряжение переменного тока (на цифровом мультиметре обозначается символом ):

Генератор

  • распространяется равномерными синусоидальными волнами, как показано ниже:
  • меняет направление с регулярными интервалами.
  • обычно вырабатывается электростанциями с помощью генераторов, которые преобразуют механическую энергию, производимую вращением под действием протекающей воды, пара, ветра или тепла, в электрическую энергию.
  • более распространено, чем напряжение постоянного тока. Электростанции подают напряжение переменного тока в организации и дома, где большинство устройств работает на напряжении переменного тока.
  • Основные источники питания различаются в зависимости от страны. Например, в США напряжение источников равно 120 В.
  • Некоторые бытовые устройства, например телевизоры и компьютеры, используют напряжение постоянного тока. Они используют выпрямители (например, массивный блок шнуре портативного компьютера), которые преобразовывают напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а также переменный ток — в постоянный.

Напряжение постоянного тока (на цифровом мультиметре обозначается символами и ):

  • распространяется по прямой и только в одном направлении.
  • обычно вырабатывается источниками накапливаемой энергии, например батареями.
  • на источниках напряжения постоянного тока есть положительная и отрицательная клеммы. Клеммы определяют полярность в цепи. По полярности можно определить, является ли данная цепь цепью постоянного или переменного тока.
  • обычно используется в портативном оборудовании с питанием от батареи (фонарики, камеры).

Что такое разница потенциалов?

Напряжение и термин «разность потенциалов» зачастую взаимозаменяемы. Разность потенциалов правильнее назвать разностью потенциальной энергии между двумя точками цепи. Величина разности (выраженная в вольтах) определяет величину потенциальной энергии, доступной для перемещения электронов из одной точки в другую. От этой величины зависит, какая работа потенциально может быть совершена в цепи.

Например, бытовая щелочная батарея типа AA обеспечивает напряжение 1,5 В. Обычные бытовые розетки обеспечивают напряжение 120 В. Чем выше напряжение в цепи, тем выше способность приводить в движение большое количество электронов и выполнять работу.

Напряжение/разность потенциалов можно сравнить с водой в резервуаре. Чем крупнее резервуар и чем больше его высота (и, следовательно, возможная развиваемая скорость), тем сильнее будет способность воды оказать воздействие при открытии клапана, когда вода начинает течь, подобно электронам.

Почему нужно измерять напряжение

В большинстве случаев при проведении проверки технические специалисты знают, как должна работать цепь.

Цепи используются для передачи энергии на нагрузку: от небольших устройств и бытовой техники до промышленных двигателей. На нагрузках часто есть паспортная табличка, на которой указаны эталонные значения стандартных электрических параметров, в том числе напряжения и силы тока. Вместо паспортной таблички некоторые производители предоставляют подробную схему (техническую схему) всех контуров нагрузки. Стандартные значения могут содержаться в руководствах.

Благодаря этим значениям технический специалист понимает, какие показания следует ожидать при нормальной работе нагрузки. Показания цифрового мультиметра позволяют объективно определять отклонения от нормы. Однако и в этом случае технический специалист должен руководствоваться знаниями и опытом для определения причин, вызывающих подобные отклонения.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Напряжения

Напряжение в механике — это мера интенсивности распределения внутренних сил R в окрестности точки в пределах данного сечения площадью A.

Таким образом, напряжения p измеряются в единицах силы, отнесенной к единице площади dA

Единица измерения напряжений — Паскаль (Н/м 2 =Па).
Рассмотрим подробнее:

Система приложенных к телу внешних нагрузок, приводит к возникновению в его сечениях внутренней силы R и момента M

Внутренние сила и момент в сечении бруса

При этом надо понимать что внутренняя сила и внутренний момент воздействуют на всё сечение бруса в целом.

Выделим в рассматриваемом сечении элементарную площадку dA бесконечно малой площади.

Элементарная площадка в сечении бруса

Полное напряжение – часть внутренних усилий, приходящаяся на конкретную точку сечения.

Вектор полного напряжения в точке

Обозначение полного напряжения в точке – p.
Единица измерения – Паскаль [Па] (Н/м 2 ).

Ввиду того, что большинство конструкционных материалов обладает высокой прочностью часто напряжения, возникающие в них, измеряются в кратных величинах, например мегапаскаль [МПа].

В общем случае вектор полного напряжения в точке может располагаться под любым углом к сечению. В таких случаях для существенного упрощения расчетов его удобно раскладывать на составляющие (проекции):

Нормальное и касательное напряжения

Проекция вектора полного напряжения p на нормаль к сечению называется нормальным напряжением и обозначается через σ, а проекция вектора полного напряжения на плоскость сечения называется касательным напряжением и обозначается через τ.

Разложение вектора полного напряжения на две указанные составляющие имеет конкретный физический смысл – с нормальным напряжением связано разрушение путем отрыва, а с касательным – разрушение путем сдвига или среза.

В частных случаях (например при растяжении-сжатии и кручении) в поперечных сечениях бруса имеют место только нормальные и только касательные напряжения соответственно.

При решении таких задач, величина нормальных и касательных напряжений сравнивается с соответствующими допустимыми значениями напряжений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *