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

Стандартные номиналы

В РФ использовалось сетевое напряжение с средним действующим значением 220 В и частотой 50 Гц. Сказанное означает, что амплитуда напряжения переменная, но его можно заменить постоянным, равным 220 В при расчётах потребляемой мощности и некоторых других параметров.

Помимо этого в быту широко распространены лампочки на 12 В переменного напряжения, которые по правилам (ГОСТ 50571.11) должны применяться на территории ванных комнат и санузлов. А постоянные 12 В царят среди автомобильных аккумуляторов. Хотя, справедливости ради, нужно заметить, что батарею с таким номиналом уже пора отдать на свалку. Рабочий аккумулятор заряжается примерно до 14 В.

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

Согласно новым стандартам вся страна переходит сейчас на напряжение 230 В. Поэтому ни 380 В, ни 220 В в розетке больше обнаружить нельзя. Это даже противозаконно, потому что согласно ГОСТ поставщик отвечает за качество поставляемой энергии. Данные шаги были предприняты правительством для того, чтобы бесперебойно работала импортная техника. Но это не все. В 10-х годах XXI века стали запрещать использование лампочек накала. Повышение напряжения сети всего лишь на 10% снижает срок их службы примерно вдвое. Поэтому нарушители, втихую использовавшие эти приборы, теперь платить будут чаще.

Скорее всего, это ещё одна уловка чиновников, чтобы заставить людей покупать больше. Что делать? Переходите целиком на ! Одновременно плата за свет снизится примерно вдесятеро.

История вопроса

Эталон напряжения

14 июля 1729 года произошло великое событие: Стивен Грей догадался проводить статическое электричество по шёлковым нитям и некоторым другим материалам, создав первую цепь. До внедрения электричества предприятиям приходилось располагаться прямо на берегах рек. Что не очень удобно. Гораздо проще строить заводы там, где есть ресурсы:

• На песчаный карьер – 2 человека.
• Уборка улиц – 3 человека.
• Мясокомбинат – нарядов не прислал…

Сложно было вести разработку природных ресурсов вдали от источников энергии. Людская сила не могла заменить электричество. Первой попыткой передать энергию на расстояние стал коммерческий телеграф в 1837 году длиной линии 20 км. Этим было доказано, что можно 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. У него электромагнит поднимал весьма солидный даже по нынешнему времени груз.

Следует здесь заметить, что 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, в котором долгое время измеряли все прочие источники, как например, . Джон Фредерик Дэниэл пытался решить проблему 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 одного из металлов. Позже эта тема затрагивалась Беккерелем. Что касается Дэниэла, то он решил проверить электрохимические опыты Фарадея и искал подходящий для этого 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. Все это умещается внутри мембраны из пищевода быка.
3. Снаружи располагался цинковый полый цилиндр, покрытый амальгамой и чуть меньшей высоты, окружённый слабым раствором серной кислоты.

Неизвестно, что привело учёного к столь экзотической конструкции, но она действовала потрясающе. Хотя ещё за сто лет до этого учёного наверняка бы обвинили в колдовстве. В 1881 году на Международной конференции электриков было решено, что напряжение, выдаваемое одной ячейкой Дэниэла, будет названо 1 В. Эта величина и сегодня используется для измерения номинального напряжения. Но с одной оговоркой: действительный потенциал ячейки Дэниэла при температуре 25 градусов Цельсия равен 1,1 В.

Конструктор отмечал, что бычий пищевод можно заменить фаянсом, но эксплуатационные характеристики ячейки при этом 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) была быстро замечена, и этот гальванический элемент использовался в качестве эталона до тех самых пор, как официально был назван таковым в 1881 году. С этого времени можно начинать говорить 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, потому что, как будет видно дальше, на французские шоу равнялись многие другие видные деятели того времени.

Считается, что первый магнето был построен Пикси в 1832 году, но широкого применения ток пока что не нашёл. В 1844 году пару ручных генераторов создал Вулрич для гальванизации металлов, и это были первые промышленные образцы. В середине 50-х энергию стали использовать, получая её из пара и преобразуя при помощи коленвала и тому подобных штуковин в электричество. К тому времени уже были известны двигатели Пейджа, которые совершали прямо противоположное, толкая составы поездов.

Двухтонный двигатель на 600 оборотов, построенный по проекту Блэквэлла можно считать 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. Нельзя сказать, чтобы результат превзошёл ожидания, но это был 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 некоторые маяки прочно перешли на электричество, включая одесский. И здесь на сцену выходят немцы. До сих пор они оставались в тени английских и французских экспериментов, так что организатору и затейнику Оскару фон Миллеру захотелось чем-то превзойти иностранцев. Для этого он заказал организовать передачу электрической энергии на расстояние 35 миль. Что и стало первой высоковольтной сетью в мире.

Зачем нужно повышать номинал напряжения

В разделе о дан краткий экскурс в развитие цепей передачи. Было показано, что вольтаж постоянно стремились повысить. Это нужно для обеспечения приемлемого КПД, который сегодня не опускается ниже 90%. Объясняется это через следующим образом:

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

А при чем же здесь напряжение? Согласно закону Ома эти величины связаны. Чем больше напряжение, тем меньше ток при той же переданной мощности. Следовательно, ниже и потери. Получается, что при передаче энергии на большие расстояния сечение провода нужно повышать, как и номинальное напряжение. Так, уже в 1923 году по линии пропускали 220 кВ. Все 20-е немецкая компания RWE AG строила такие трассы. Одна из них 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. И хотя ещё не была трёхфазной, но система Николы Теслы состояла из 4-х проводов и легко могла быть переоборудована. За описанными событиями номиналы напряжений линий передач росли примерно следующим образом:

1. Германская линия в Роммерскирхене была первой на номинальное напряжение 380 кВ. В том же году 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.

Существующие номиналы напряжений

Все функционирующие сегодня ЛЭП большой протяжённости работают на номинальных напряжениях от 115 до 1200 кВ трёхфазного тока. Дальнейшее повышении вольтажа неэффективно, потому что приводит к появлению обильных , которые имеют тенденцию перерастать в дугу. Но самые большие потери возникают на низковольтной части. Так например, если во Франции ежегодные потери оцениваются в 325 ГВт часов, что составляет 2,5%, то в США они достигают 7,5%. Это объясняется разницей номинального напряжения – 220 В против 110.

Сегодня доказано, что выгоднее на больших дистанциях поставлять постоянный ток. Потому что он не затекает в индуктивные сопротивления – ёмкостное, образованное проводом и землёй, и индуктивное. Таким образом, отсутствует понятие реактивной мощности. Этим лишний раз доказывается тот факт, что Никола Тесла вёл борьбу за переменный ток преимущественно для причинения ущерба Эдисону.

Учитывая сэкономленное, может оказаться выгодным строить на концах мощных линий преобразовательные станции для перевода одного рода тока в другой. 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, потому что передавать по ним переменный нецелесообразно уже на расстоянии 30 км. А сегодняшние линии имеют в 20 раз большую протяжённость и успешно эксплуатируются. Для передачи переменного тока ограничения зависят от расстояния:

1. На малых линиях это тепловые потери, которые не должны разрушить изоляцию провода.
2. На средних дистанциях учитывается падение напряжения, которое не должно быть слишком высоким.
3. На дальних дистанциях в силу вступают факторы реактивной мощности, определяющие устойчивость системы.

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

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

Производство электроэнергии в зависимости от применяемых генераторов, передача и распределение в зависимости от величин передаваемых мощностей и расстояний, на которые они передаются, использование электроэнергии в зависимости от применяемых электроприемников осуществляются на различных номинальных напряжениях. Под номинальным напряжением генераторов, трансформаторов, линий электропередачи, электроприемников понимается напряжение, на которое они рассчитаны в нормальных длительных условиях работы, сопровождающихся наивысшими технико-экономическими показателями.

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

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

ГОСТ 21128-83 для специальных целей предусматривает применение дополнительных номинальных напряжений, например, для электрических сетей и приемников тока: 24, 42, 127 В. Шкала номинальных напряжений определяется уровнем развития народного хозяйства и с течением времени корректируется. Так, в последних ГОСТах введены напряжения 0,66 и 20 кВ, которые для питания крупных узлов нагрузок и электроприемников более экономичны, чем напряжения 0,38 и 10 кВ.

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

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

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

Важным при работе электрической сети является режим ее нейтрали, а также возможность иметь линейные (междуфазные) и фазные напряжения для электроприемников до 1 кВ. Под нейтралью электрической сети понимается совокупность нейтральных точек обмоток трансформатора (нулевой потенциал обмоток, соединенных в звезду) и соединяющих их проводников. Нейтраль может быть изолирована от земли, соединена с землей через активные или реактивные сопротивления, а также глухо заземленной.

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

Глухое заземление нейтрали может выполняться на напряжении 220/ 127, 380/220, реже — 660/380 В. Нулевой провод в четырехпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприемников. Трехфазные сети с заземленной нейтралью позволяют питать совместно трех- и однофазные нагрузки, например, трехфазные — на линейном напряжении 380 В, однофазные — на фазном напряжении 220 В. : Установки с изолированной нейтралью применяются в условиях с повышенными требованиями к безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки), Электроустановки напряжением выше 1 кВ по виду режима нейтрали подразделяются на: электроустановки в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше используется эффективное заземление нейтрали. Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой (или двух других) фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Электрические сети напряжением 6—35 кВ выполняются с изолированной или компенсированной, т.е. соединенной, например, через индуктивность (дугогасящую катушку), нейтралью. В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю через место повреждения будут проходить емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз. Включение в нейтраль активных или реактивных сопротивлений вызвано необходимостью ограничения емкостных токов на землю. Так, эти токи не должны превышать в нормальных режимах: в сетях 3—20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях, и во всех сетях 35 кВ — 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: при напряжении 3—6 кВ — 30 А, при 10 кВ — 20 А, при 15—20 кВ — 15 А.

В сетях с изолированной нейтралью необходимо учитывать следующее.

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

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

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

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

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

Системы электроснабжения сооружаются на нескольких напряжениях. Критерием оптимально принятой системы электроснабжения служит минимум приведенных затрат на ее сооружение и последующую эксплуатацию. Затраты на сооружение системы электроснабжения во многом определяются количеством трансформаций напряжения и используемыми номинальными напряжениями. Обычно в системах электроснабжения применяется 2— 3 трансформации напряжения.

Cтраница 1

Номинальное напряжение - это некоторое условное (базисное) напряжение из стандартизованного ряда напряжений, определяющее уровень изоляции соответствующего элемента электрического оборудования.  

Номинальное напряжение на выходе усилителя М - ДМ имеет величину 1 в. Напряжение с усилителя М - ДМ подается на дифференциальный вход выходного усилителя, что позволяет уменьшить нагрузку фиксирующей цепи за счет высокого входного сопротивления усилителя со стороны дифференциального входа.  

Номинальное напряжение трехфазной электрической машины-междуфазное (линейное) напряжение ее.  

Номинальное напряжение 600 В устанавливается с помощью потенциометра R109 и контролируется вольтметром АМВ по шкале 600 В.  

Номинальное напряжение 150 В устанавливается с помощью потенциометра R61, напряжение контролируется вольтметром АМВ по шкале 300 В. Переключатель КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ находится в положении 150 В. Стрелка индикатора должна находиться против красной риски.  

Первичный секционный шкаф.

Номинальные напряжения для кабелей, изготавливаемых по существующей современной технологии И практике производства, намного выше верхнего предела, какой может быть использован для местных подземных распределительных систем. Однако размер и сложность сращивания кабельных ответвлений должны быть учтены при использовании более высоких напряжений. В данное время в эксплуатации имеются ответвительные муфты на напряжения до 37 кв и готовятся к сдаче в эксплуатацию муфты и а более высокие напряжения. В некоторых местах применяются нестандартные подземные трансформаторы более высокого первичного напряжения.  

Трансформаторный бак того же типа, какой показан на.| Трансформаторный бак такого же типа, какой показан.

Номинальное напряжение для этого кабеля обычно составляет 600 в. Изоляция относится к типу тепло - и влагостойких в соответствии со стандартами IPCEA.  

Номинальное напряжение всех цепей равно 220 в для всех стак ций.  

Номинальные напряжения на их электродах обычно указываются на схемах приемников, в рекомендуемых режимах работы электронных ламп или определяется по их характеристикам. Режим многосеточных ламп, кроме того, определяется значениями напряжений на второй и третьей сетках. Для обеспечения заданного режима следует сначала убедиться в исправности блокировочного конденсатора второй сетки, а затем подобрать сопротивление гасящего резистора или сменить лампу. Значительно меньший разброс напряжения на второй сетке при замене лампы обычно получается при питании второй сетки от делителя напряжения.  

Номинальное напряжение - условная величина напряжения на зажимах свежезаряженного аккумулятора в начале его разряда током, величина которого устанавливается ГОСТ или ТУ.  

Номинальное напряжение на дросселе и конденсаторах равно линейному или фазному напряжению в зависимости от схемы включения обмоток двигателя. Для получения больших пусковых моментов применяется пусковая емкость. Схема рис. 5 - 21, в применяется в тех случаях, когда необходимо включить двигатель с фазным напряжением 220 в на однофазную сеть 440 в. В процессе разгона однофазных конденсаторных двигателей параметры конденсаторных батарей должны изменяться пропорционально изменению параметров двигателя.