Электрическое поле, обладает энергией, которая производя работу, создает электрическое напряжение, действующее на заряды в проводнике. Численно напряжение равно отношению работы, которую совершает электрическое поле, перемещая заряженную частицу по проводнику, на величину заряда частицы.

Эта величина измеряется в вольтах. 1 B – это работа в 1 джоуль, которую совершило электрическое поле, передвигая заряд в 1 кулон по проводнику. Название единице измерения дано по имени итальянского ученого А. Вольта, который сконструировал гальванический элемент – первый источник тока.

Напряжение величина тождественная . Например, если потенциал одной точки 35 B, а следующей точки 25 В, тогда разность потенциалов, как и напряжение будет равно 10 В.

Так как вольт - единица измерения, которую очень часто употребляют, то для измерений часто используют приставки для образования десятичных кратных единиц. Например, 1 киловольт (1 кВ = 1000 В), 1 мегавольт (1МВ = 1000 кВ), 1 милливольт (1 мВ = 1/1000 В) и т.д.

Напряжение в сети должно соответствовать, тому значению, на которое рассчитаны . При передаче энергии по соединительным проводам часть разности потенциалов теряется на преодоления сопротивления подводящих проводников. Поэтому в конце линии передач эта энергетическая характеристика становится несколько меньше, чем в ее начале.

В сети падает напряжение. Это понижение, одного из главных параметров, обязательно скажется на работе оборудования, будь, то осветительная или силовая нагрузка. При проектировании и расчете линии электропередач надо учитывать, что отклонения в показаниях приборов, измеряющих разность потенциалов должны соответствовать установленным нормам. Цепи, рассчитанные по току нагрузки, учитывающие , контролируют по величине .

Падением напряжения ΔU является разность потенциалов в начале линии и в ее конце.

Потеря разности потенциалов по отношению к действующему значению определяется формулой: ΔU = (P r+Qx)L/Uном,

где Q – реактивная мощность, P – активная мощность, r – активное сопротивление линии, x – реактивное сопротивление линии, Uном – напряжение номинальное.

Активное и реактивное сопротивление, подводящих проводов выбираются по справочным таблицам.

Согласно требованиям ГОСТ и правилам электроустановок напряжение в электрической сети может отклоняться от нормальных показаний не более, чем на 5% . Для осветительных сетей бытовых и промышленных помещений от +5% до – 2,5%. Допустимая потеря напряжения не более 5%.

В трехфазных линиях электропередач, напряжение которых, 6 – 10 кВ нагрузка распределяется равномернее и в них потери разности потенциалов меньше. Из-за неравномерной нагрузки в осветительных сетях низкого напряжения, используют 4-проводную систему трехфазного тока, напряжением 380/220 В (система TN-C) и пятипроводную (TN-S) . Присоединив, в такой системе электродвигатели к линейным проводам, а осветительное оборудование между линейным и нулевым проводом выравнивают нагрузку на три фазы.

Какое напряжение в сети считается оптимальным? Рассмотрим базисное напряжение из стандартизированных, по уровню изоляции электрооборудования, ряда напряжений.

Номинальное напряжение в сети, это величина такой разности потенциалов, на которую изготовлены источники и приемники электроэнергии, при нормальных условиях работы. Устанавливается в сети и в подсоединенных потребителях с помощью ГОСТ. Действующее напряжение в устройствах, создающих электроэнергию, из-за условий компенсации потерь разности потенциалов в цепи, допустимы на 5% выше, чем номинальные напряжения в сети.

Первичные обмотки повышающих трансформаторов являются приемниками электроэнергии. Поэтому их действующие значения напряжений такие же, по величине, как и номинальные напряжения генераторов. У их действующее напряжение такое же, как и номинальное напряжение в сети или на 5% выше. С помощью вторичных обмоток трансформаторов, замкнутых на питаемую цепь осуществляется подача тока в сеть. Чтобы компенсировать потерю разности потенциалов в них, их номинальные напряжения устанавливают выше, чем в цепях на 5 – 10%.

Любая электрическая цепь имеет свои параметры номинального напряжения для электрооборудования, которые запитаны от нее. Оборудование работает при напряжении, отличающегося от номинального напряжения из-за падения напряжения. По ГОСТ, если режим работы цепи - нормальный, то подводимое к оборудованию напряжение не должно быть, ниже действующего больше, чем на 5%.

Номинальное напряжение в городской сети должно равняться 220B, но далеко не всегда оно действительно такое. Эта характеристика может быть повышенной, пониженной или нестабильной, если кто-то из соседей занимается сваркой или подключил мощный инструмент. Нестандартное напряжение отрицательно действует на работу бытового электрооборудования.

При скачках напряжения самая большая опасность грозит электронным приборам. Они выйдут из строя раньше, чем электродвигатель пылесоса или стиральной машины. Достаточно сотой доли секунды, т.е. одной полуволны высокого напряжения, чтобы вышел из строя импульсный блок питания. Особенно опасно длительное воздействие повышенной разности потенциалов, кратковременные скачки менее опасны.

Например, вызывает всплеск повышения напряжения, но от таких неприятностей вся электроника надежно защищена. Защита бессильна при длительном повышении напряжения. Организации, поставляющие на рынок электроэнергию, отвечают за качество продаваемой электроэнергии.

Размещено 08.01.2014

Валентина Суднова, к. т. н., старший научный сотрудник АНО «ЭлектроСертификация»

Илья Карташев, к. т. н., ведущий научный сотрудник НИУ «МЭИ»

Владимир Тульский, к. т.н., зам. заведующего кафедрой электроэнергетических систем НИУ «МЭИ»

Всеволод Козлов, начальник отдела

ООО «НИЦ Тест-Электро», г. Москва

Для показателей качества электрической энергии (КЭ) в новом стандарте ГОСТ 32144-2013 установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точках передачи электрической энергии (ТПЭ) не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю .

Относительно конечных электроприемников (ЭП) в ГОСТ 32144-2013 сказано, что «в электрической сети потребителя должны быть обеспечены условия, при которых отклонения напряжения питания на зажимах электроприемников не превышают установленных для них допустимых значений при выполнении требований настоящего стандарта к КЭ в точке передачи электрической энергии».

При возможном уровне напряжения в ТПЭ от сетевой организации (СО) потребителю, равном 90% номинального напряжения электропитания (U ном), для промышленного потребителя, в чьём энергохозяйстве есть обычно по меньшей мере трансформаторы с устройствами переключения без возбуждения (ПБВ), «обеспечить условия …» ещё представляется возможным.

Однако для электрической сети жилого здания, ТПЭ которой являются шины 0,4 кВ ВРУ или ГРЩ, и, например, при уровне напряжения на шинах 90% U ном (δU = –10%) и ненулевых потерях напряжения в ней, без средств регулирования напряжения в сети 0,4 кВ обеспечить отклонение напряжения на выводах ЭП уровня δU = –10% для ближайших, и уж точно для наиболее удалённых, невозможно.

Средства регулирования напряжения в сети 0,4 кВ бытового потребителя – вводные вольтодобавочные трансформаторы либо устройства «выпрямитель-инвертор» (ИБП-online) встречаются чрезвычайно редко. Массовая установка такого оборудования как мероприятие по «обеспечению условий в сети потребителя…» , к которому подталкивает проект ГОСТ 32144-2103, экономически нецелесообразна.

Нормы нового ГОСТА и требования других НТД

Авторы проекта ГОСТ 32144-2013 в числе фактов, обосновывающих нормы δU = ±10% в ТПЭ сетевых организаций всех уровней, считают, что «именно изменения современной экономики и реструктурированной электроэнергетики, установленные в законодательстве Российской Федерации, были учтены в стандарте, на что неоднократно обращалось внимание разработчиками. Если под традициями понимать нормы ГОСТ 13109 по отклонениям напряжения на зажимах электроприёмника, то от этого в рыночных условиях пришлось отказаться».

Можно и отказаться, чтобы снять ответственность с СО. Но тогда как быть с Постановлением Правительства Российской Федерации от 23.05.2006 № 307 «О порядке предоставления коммунальных услуг гражданам» и требованием, чтобы параметры напряжения и частоты в электрической сети в жилом помещении отвечали требованиям, установленным законодательством Российской Федерации?

Также авторы проекта ГОСТ 32144-2013 утверждают, что в «абсолютном большинстве сетей распределительно-сетевого комплекса не выполняется требование ГОСТ 13109-97 по нормально допускаемым значениям отклонения напряжения».

По нашей статистике, в большинстве проведенных работ (до 90%) по измерениям в рамках обязательной сертификации и периодического контроля КЭ соответствие КЭ требованиям ГОСТ 13109-97 по отклонениям напряжения было подтверждено в части предельно допускаемых значений.

В поднимались вопросы о взаимодействии смежных СО в свете требований ГОСТ Р 54149-2010 по диапазонам отклонений напряжения в ТПЭ, о сохранении норм отклонений напряжения на выводах ЭП, и также было установлено, что введение показателя «согласованного напряжения U С и δU = ±10%» для уровней межрегиональных и территориальных сетевых организаций, например, не обеспечивает допустимый интервал отклонения напряжения от номинального (90–110% от U Н) в ТПЭ коммунальным электрическим сетям.

Необходимо ещё раз обратить внимание, что требования по обеспечению δU на выводах ЭП указаны также и в действующих нормативных документах по проектированию сетей:

РД 34.20.185-94 Инструкция по проектированию городских электрических сетей: «п. 5.2.2. В электрических сетях должны быть обеспечены отклонения напряжения у приёмников электрической энергии, не превышающие ±5% номинального напряжения сети в нормальном режиме и ±10% в послеаварийном режиме».

СП 31-110-2003 Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий: «п. 7.23. Отклонения напряжения от номинального на зажимах силовых электроприёмников и наиболее удалённых ламп электрического освещения не должны превышать в нормальном режиме ±5%, а предельно допустимые в послеаварийном режиме при наибольших расчётных нагрузках – ±10%».

В структуре городов, например Москвы, доля потребления электроэнергии бытовыми потребителями достигает 40%, поэтому Постановлением Правительства Российской Федерации от 04.05.2012 № 442 (статья 7) и Законом «Об электроэнергетике» (статья 38) ответственность за надёжность снабжения потребителей и КЭ ложится на субъекты электроэнергетики. Сетевая организация, имеющая все необходимые технические средства, согласно возложенным на нее обязанностям по регулированию напряжения (ПТЭЭС, пп. 5.3.6, 6.2.1, 6.3.12, 6.3.13) должна обеспечивать в ТПЭ потребителю требуемый ему уровень напряжения.

В связи с вышеизложенным считаем, что нормы отклонения напряжения в требуемом ГОСТ 32144-2013 диапазоне δU = ±10% должны действовать не только для «промежуточных ТПЭ сетевых организаций», но и для всех ТПЭ электрической сети, в том числе и для ТПЭ бытовому потребителю (электроприёмнику).

Рис. 1. Допускаемые значения δU(–), δU(+) на шинах РУ 0,4 кВ ТП

Необходимые изменения в ГОСТе

Считаем необходимым внести следующие изменения в проект ГОСТ 32144-2013 (см. табл. 1).

Таблица 1. Необходимые изменения в ГОСТ 32144-2013

Считаем также, что в проект ГОСТ 32144-2013 необходимо добавить Приложение со значениями норм для δU(–), δU(+) с дифференциацией их по уровням напряжения в ТПЭ и виду передачи ЭЭ: от СО к СО либо от СО к потребителю (табл. 2).

Вывод

Рекомендуемые значения δU(–), δU(+) в ТПЭ от СО к потребителю при U ном, равном 6(10) кВ: –5…+10%. С учётом возможных добавок устройства ПБВ (0; 2,5; 5; 7,5; 10% соответственно для положений 1; 2; 3; 4; 5), а также рекомендуемого диапазона на шинах РУ 0,4 кВ ТП, значения должны составлять –2,5…+12%.

Литература:

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

2. Суднова В. В., Карташев И. И., Тульский В. Н., Козлов В. В. Допустимые отклонения напряжения в точках передачи электроэнергии // Новости ЭлектроТехники. 2013. № 4(82).

Обсудить на форуме

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

1.1. Настоящая инструкция устанавливает порядок регулирования напряжения на шинах 110-35-10-6-3 кВ подстанций электрических сетей.

1.2. Настоящая инструкция составлена на основании:
- Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ);
- Типовой инструкции «Ликвидация аварий и технологических нарушений режима на энергопредприятиях и в энергообъединениях» (СОУ-Н МПЕ 40.1.20.563:2004);
- ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения»;

1. Правил пользования электрической энергией;
2. Инструкции «По контролю и анализу качества электроэнергии и регулированию напряжения».

1.3. Знание инструкции обязательно для:
а) оперативного и оперативно-производственного персонала электрических сетей;
б) диспетчеров ОДС;
в) диспетчеров РЭС.

2. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕГУЛИРОВАНИЮ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Регулированием напряжения в электрических сетях должны быть обеспечены:
- соответствие значений показателей качества требованиям ГОСТ 13109-97;

1. соответствие уровня напряжений значениям, допустимым для оборудования электрических станций и сетей;
2. необходимый запас устойчивости энергосистем;
3. минимум потерь электроэнергии в электрических сетях.

2.2. Регулирование напряжения в сети 110кВ и выше осуществляет диспетчер электроэнергетической системы.

2.3. Двухступенчатый график напряжения в контрольных точках задается ежеквартально электроэнергетической системы. Верхняя ступень графика напряжения соответствует максимальному режиму потребления ОЭС, электроэнергетической системы, а нижняя ступень минимальному режиму. Длительность максимального и минимального режимов (в часах) задает НЭК, электроэнергетической системы в зависимости от сезонов года. Время предположительного перехода от одной ступени графика на другой один-два часа. Переход осуществляется пропорционально изменению активной нагрузки электростанциями, а если электростанция работает по ровному графику, то пропорционально изменению потребления энергосистемы или по принципу встречного регулирования напряжения – противоположно естественной тенденции его изменения. Отклонение от задаваемых графиком оптимальных уровней напряжения в контрольных точках ОЭС страны, электроэнергетической системы, не допускаются. Уровни напряжения, задаваемые графиками, должны поддерживаться с точностью реально обеспечиваемой измерительными приборами, которыми пользуется для визуального контроля дежурный персонал.

2.4. В Центральных электрических сетях, с учетом заданного графика, разрабатывается график напряжений на ПС 110кВ, 35кВ, 6кВ. Определяются положения ответвлений РПН (БПВ) трансформаторов и утверждаются главным инженером электрических сетей.

2.5. Диспетчер ОДС и оперативный персонал электрических сетей обязаны вести постоянный контроль уровней напряжения на шинах ПС. Напряжение контролируется с использованием существующих технических средств измерений и информации.

2.6. Оперативный персонал регулированием напряжения в электрических сетях должен обеспечить выполнение требований к качеству электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

Отклонение показателей качества за установленные пределы ведет к увеличению потерь электроэнергии и мощности в электрических сетях.
Потери мощности в сети и в электрооборудовании изменяются в зависимости от значения напряжения. Нагрузочные потери в линиях и трансформаторах пропорциональны квадрату тока и обратно пропорциональны квадрату напряжения.
Потери холостого хода пропорциональны квадрату напряжения.
Искажение симметрии и синусоидальности токов и напряжений приводит к дополнительным потерям мощности в линиях, трансформаторах, вращающихся машинах и батареях конденсаторов.

2.7. Диспетчер ОДС контролирует использование реактивной мощности генераторов блокстанций и БСК, СК находящихся на территории электрических сетей. Списки потребителей, имеющих компенсирующие устройства, составляются Энергонадзором и передаются соответствующим ПС и в ОДС.

1. Минимальные, максимальные и аварийные величины напряжения для контрольных пунктов на шинах подстанций 330 – 110кВ задаются электроэнергетической системы. В случае одновременного снижения частоты и напряжения аварийные пределы напряжения могут быть понижены из расчета 1% напряжения на 1 Гц.
2. Регулирование напряжения в сети 35кВ, 10кВ, 6кВ, осуществляет диспетчер ОДС.

Принятые стандартные значения номинальных напряжений сетей и наибольших значений напряжения для оборудования, присоединенного к этим сетям, приведены ниже в таблице-1.
ТАБЛИЦА-1 (ГОСТ 721-77 )
Номинальные напряжения электрических сетей трехфазного тока 50 Гц.

Номинальные напряжения	Наибольшее раб напряжение, кВ	Номинальные напряжения, кВ	Наибольшее раб напряжение, кВ
Киловольт:

2.10. На подстанциях электрических сетей ежеквартально должно производиться регулирование напряжения с учетом изменения нагрузок. Оперативный персонал подстанций обязан своевременно довести до сведения потребителей и диспетчеров РЭСов о предстоящем изменении уровней напряжения на шинах подстанций.

3. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ.

3.1. Оперативный персонал ЭС обязан вести контроль за уровнями напряжения на шинах ПС. В случае отклонения напряжения за установленные пределы сообщить об этом диспетчеру ОДС.

3.2. Диспетчер ОДС определяет необходимость и намечает возможные мероприятия по регулированию напряжения.;

3.3. Все претензии потребителей на низкое или высокое напряжение диспетчер ОДС записывает в оперативный журнал, принимает возможные меры к их устранению. При невозможности устранить - сообщает руководству ОДС и предприятия.
Если причиной претензии является снижение напряжения в сети 110кВ и выше, то диспетчер ОДС должен сообщить об этом диспетчеру ДОЭ.

3.4. Регулирование напряжения и реактивной мощности осуществляется в пределах, ограниченных допустимыми характеристиками режима:
- максимальными длительно допустимыми уровнями напряжения;
- минимальными допустимыми уровнями напряжения;
- номинальной загрузкой оборудования и проводов по току;
- отсутствием перевозбуждения трансформаторов.

3.5. При любых режимах рабочее напряжение на оборудовании не должно превышать наибольшего – рабочего для соответствующего класса изоляции в соответствии с ГОСТ 721-77 (таблица-1).

3.6. Регулирование напряжения на шинах ПС в установленных пределах производится путем:

1. использования РПН трансформаторов;
2. переключения анцапфных переключателей (ПБВ) трансформаторов;
3. включением параллельных линий;
4. загрузкой промстанций и устройств компенсации потребителей по реактивной мощности;
5. переносом точек разрыва в сети 6-35 кВ;
6. применением графика аварийных отключений.

3.7. Переключение ответвлений в регулировочных обмотках трансформаторов.
3.7.1. Оперативный персонал обязан вести учет положения анцапфных переключателей (ПБВ) и РПН силовых трансформаторов.
3.7.2. Переключение ответвлений на трансформаторах производится оперативным персоналом ПС только по распоряжению диспетчера ОДС.
3.7.3. Запрещено производить переключение ответвлений на трансформаторах с РПН находящихся под нагрузкой.
3.7.4. Переключение ответвлений на трансформаторах с РПН находящихся под напряжением (без нагрузки) необходимо производить дистанционно с принятием мер по недопущению нахождения персонала вблизи трансформатора.
3.7.5. Запрещено производить переключение ответвлений, на трансформаторах с РПН находящихся под напряжением, рукояткой или кнопкой управления в приводном механизме устройства РПН.
3.7.6. После переключения РПН, ПБВ трансформаторов на ПС необходимо своевременно производить высоковольтные испытания силовых трансформаторов.
3.7.7. Переключающие устройства РПН трансформаторов разрешено включать в работу при температуре масла минус 20 °С и выше (для погружных резисторных устройств РПН) и минус 45 °С и выше (для устройств РПН с токоограничивающими реакторами, а также для переключающих устройств с контактором, расположенным на опорном изоляторе вне бака трансформатора и оборудованном устройством подогрева).

3.8. На ПС перед выводом в ремонт силового трансформатора необходимо:
- предусматривать проверку уровней напряжения по системам шин (секциям шин) и принимать меры по поддержанию напряжения на заданных уровнях;

Переводить РПН выводимого в ремонт трансформатора в положение, соответствующее режиму его номинального возбуждения (или недовозбуждения).