Классификация электрических сетей

Электрическая сеть – это совокупность различного напряжения линий и подстанций, задачей которых является передача и распределение электроэнергии.

Электрические сети делят по назначению, месту прокладки, величине напряжения, принципу построения, роду тока и некоторым другим признакам.

Классификация электрических сетей по роду тока

По роду тока электрические сети традиционно разделяют на два вида – сети переменного и постоянного тока.

Наиболее распространёнными являются сети переменного тока. Постоянный ток наиболее часто применяют для питания электрифицированного транспорта, под него и сооружают линии электроснабжения постоянным током. В некоторых отдельных случаях на промышленных предприятиях возникает необходимость в построении систем электропитания постоянным током, например, для электролиза растворов или электрометаллургии, а также при наличии электроприводов постоянного тока.

В последнее время все больший интерес проектировщиков вызывают высоковольтные линии электропередачи постоянного тока (HVDC), активно применяемы для передачи электроэнергии от электростанций альтернативной энергетики. Плюс таких систем в их большей экономичности, возможности параллельной работы с различными линиями постоянного тока (например, линии электропередач переменного тока с частотами 50 Гц и 60 Гц невозможно запустить на параллельную работу), а также в отсутствии необходимости синхронизации частот ЛЭП.

Классификация электрических сетей по величине напряжения

По напряжению электрические сети делят классически на два вида – до 1000 В и выше 1000 В. Для избегания путаниц и удобства эксплуатации серийных электротехнических изделий в установках переменного тока приняты следующие стандарты напряжений:

• До 1000 В – 127 В, 220 В, 380 В, 660 В;
• Выше 1000 В – 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ, 35 кВ, 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ, 330 кВ, 500 кВ, 750 кВ;

По условиям нормальной эксплуатации электроприемники, в зависимости от назначения, допускают строго ограниченные отклонения напряжения от его номинального значения. Для поддержания напряжений на заданном уровне нужно компенсировать его потерю в трансформаторах. Именно для этой цели номинальные напряжения генераторов, а также вторичных обмоток трансформаторов имеют номиналы на 5% больше чем электроприемники.

Для сетей местного освещения могут применять малые напряжения, а именно 12 В, 24 В, 36 В.

Классификация электрических сетей по назначению

По назначению сети электрические делят на распределительные и питающие.

Питающая линия – это линия, осуществляющая питание подстанции (П) или распределительного пункта (РП) от центра питания (ЦП) без распределения электрической энергии по ее длине.

Распределительная линия – линия, осуществляющая питание ряда трансформаторных подстанций от РП или ЦП.

В сетях напряжением до 1000 В питающими линиями называют линии идущие от трансформаторных подстанций к распределительным щитам или пунктам, а распределительными называют линии, которые идут непосредственно от распределительных щитов или пунктов к электроприемникам.

Ниже показана схема распределения высокого напряжения с наличием питающей и распределительной сети (а)) и только распределительной (б)):

Сети высокого напряжения сооружают в случаях отдаленности на довольно большое расстояние источника напряжения или большого количества трансформаторных подстанций, которые значительно отдалены друг от друга, например, при электроснабжении крупных промышленных предприятий или городов.

Классификация электрических сетей по принципу построения

По принципу построения подразделяют электрические сети на замкнутые и разомкнутые.

Разомкнутая сеть – это совокупность разомкнутых линий получающих питание от одного общего источника питания ИП с одной стороны (рисунок ниже):

Ее главным недостатком можно назвать прекращения питания всех электроприемников участка, на котором произошло отключение при обрыве линии.

В замкнутой системе все наоборот  — питание поступает от двух источников ИП и при обрыве магистрали в любом месте питание электроприемников не прекратится. Ниже показана простейшая схема замкнутой сети:

Например, в случае обрыва магистрали в точке К электроприемники 1,2,3,4 будут получать питание по верхней магистрали, а 5,6,7,8 по нижней. В зависимости от требований надежности электроснабжения замкнутые системы могут иметь один и более источников питания. Ниже показан пример схемы с двухсторонним питанием:

Классификация электрических сетей по месту прокладки

Различают наружные и внутренние сети.

Наружные сети могут выполнятся голыми проводами, подвешенными на опорах (воздушные линии), а также специальными кабелями проложенными в блоках (подземные линии), траншеях, коллекторах.

Внутренние сети прокладывают внутри зданий с помощью изолированных проводов (провод с изоляцией), кабелей, шин (токопроводов).

Род тока и частота напряжения

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Род тока и частота напряжения

 

По роду тока различают сети переменного и постоянного тока. Одним из характеристик является частота тока: у переменного частота изменяется в широких пределах, а у постоянного она равна нулю.

Постоянный ток применяется там, где необходим по технологии и передачи энергии на большие расстояния.

Преимущества постоянного тока:

1. Нет реактивной мощности, передается только активная мощность;

2. На постоянном токе большая глубина регулирования скорости вращения электрических машин постоянного тока. Сейчас применяются тиристорные регуляторы частоты асинхронных двигателей (АД).

Недостатки:

1. На постоянном токе трудно трансформировать напряжение, нужно инвертирование;

 

2. Большая стоимость и габариты электрических машин.

Существует оптимальная частота на уровне прошлого века − 50 и 60 Гц. Такие значения частоты приводят к росту стоимости и габаритов оборудования, а если частота большая, то эти параметры уменьшаются, но увеличиваются потери (вихревые токи, гистерезис).

По мнению Мукосеева на сегодня оптимальная частота равняется 400 Гц (танки, подводные лодки, корабли и т.д.).

Выбор напряжения осветительных сетей

По режиму работы нейтрали трансформаторов различают системы с изолированной и заземленной нейтралью.

 

В связи с этим можно получить напряжения: 127 В, 220 В, 380 В.

Раньше по правилам ПУЕ не разрешалось применять в осветительных сетях лампы мощностью больше 250 Вт на напряжении 380 В, но сейчас разрешается.

Наиболее распространенными являются лампы накаливания. Сопоставим эти лампы на 127 В и 220 В. Чтобы получить наибольшую светоотдачу нужна большая температура нити, которая ограничивает срок службы лампы. В связи с этим существует оптимальный диаметр нити накала.

Сопротивление нити накала:

 

,

 

где − удельное сопротивление нити накала,

−длина нити накала,

− сечение нити накала.

 

,

 

где − номинальное напряжение лампы,

− номинальная мощность лампы.

Сопротивление нити накала лампы на 220 В в три раза больше, чем лампы на 127 В:

Тогда длина нити накала . Поэтому по конструкции уменьшают длину и сечение, а следовательно нужно уменьшить температуру нити накала для нормального срока службы. Поэтому для одной и той же мощности ламп накаливания световая отдача на напряжении 220 В меньше, т.е. чтобы обеспечить тот же уровень освещенности нужно затратить большую мощность или количество ламп. Лампы накаливания на напряжении 127 В применяются там, где нужна лучшая освещенность (самолетостроение).

Выбор напряжения для силовых электроприемников

От сети напряжением 220 В питаются электроприемники мощностью до 250 кВт, 380 В – 250-400 кВт, 660 В – больше 400 кВт.

Для генераторов, конденсаторных установок и вторичных обмоток понижающих трансформаторов номинальное напряжение на 5% больше, т.е. 230 В, 400 В и 690 В.

На выбор напряжения влияет мощность электроприемника, а мощность определяется электротехнологией.

Одну и ту же номинальную мощность электроприемника можно получить при разных номинальных напряжениях. Но существует экономический оптимум: если напряжение уменьшить, то увеличивается ток, а в связи с этим растут габариты оборудования, что сказывается на стоимость оборудования; если напряжение увеличить, то ухудшается КПД и коэффициент мощности электроприемника, а также нужно применять более дорогой класс изоляции.

Возможны применения систем:

Трехпроводные Четырехпроводные

1)3×220 В 220/127 В

2)3×380 В 380/220 В

3)3×660 В нет необходимости

Наиболее распространенными являются сети 3×380 В и 220/127 В.

Контроль изоляции

Контроль изоляции применяется в трехпроводных сетях.

 

 

В первой схеме проводится автоматический контроль исправности работы вольтметров, а во второй переключатель может выйти из строя.

Вольтметры измеряют напряжения на изоляции, для этого общая точка должна быть соединена с землей.

Если произойдет обрыв проводника, соединяющий вольтметры с землей, они все равно будут показывать фазные напряжения, так как соединены в звезду, создающая искусственный нуль, а во второй схеме вольтметры ничего показывать не будут.

Рассмотрим по табл. какие напряжения будут на фазах в нормальном режиме, при металлическом и неметаллическом замыкании на землю фазы А.

Таблица

фаза	А	В	С
нормальный режим	220 В	220 В	220 В
металлическое		380 В	380 В
неметаллическое	меньше фазного	больше фазного	больше фазного

 

При возникновении дуги показания вольтметров «прыгают».

В четырехпроводных сетях контроль изоляции не нужен, так как замыкание на землю является коротким. Эти повреждения отключает релейная защита.

 

Пробивной предохранитель

 

Пробивной предохранитель применяется в трехпроводных сетях. Он устанавливается в рассечку заземленной нейтрали силового трансформатора или в одну из фаз.

 

 

Следует различать плавкие и пробивные предохранители: пробивной предохранитель, в отличие от первого, не создает контакта в электрической цепи.

Пробивной предохранитель предназначен для защиты человека при переходе с высокого напряжения на низкое. Это может произойти, когда обмотки низкого и высокого напряжения расположены на одном стержне или рядом. В связи с этим человек может попасть под напряжение 6/ или 10/ кВ. Но пробивной предохранитель расплавляется и шунтирует человека.

Пробивной предохранитель является одноразовым, восстановлению не подлежит.

 

Сопоставление трех— и четырехпроводных сетей по бесперебойности

Рассмотрим два случая: короткое замыкание на землю в трех- и четырехпроводных сетях.

 

В четырехпроводных сетях короткие замыкания на землю отключает релейная защита (ток составляет килоамперы), а в сетях с изолированной нейтралью ток небольшой, поэтому сеть не обесточивается и продолжает работать некоторое время, которое допускает ПУЭ. Тогда получается, что трехпроводная сеть обеспечивает якобы бесперебойность. Но это одна сторона вопроса.

Вольтметры контроля изоляции фиксируют факт замыкания на землю, но не указывают место замыкания. Селективные указатели очень дорогие и из-за разветвленности сетей неэффективны. Для того, чтобы обнаружить повреждение, приходится поочередно отключать присоединения до момента, когда показания вольтметра не вернутся в нормальное положение.

 

 

Таким образом, неизвестно какая из сетей лучше по бесперебойности.

Сопоставление трех— и четырехпроводных сетей по экономичности

 

Произведем сопоставление сетей по следующим пунктам:

1. Рассмотрим осветительные трансформаторы, т.е. трансформаторы, которые нужны для питания однофазных нагрузок. В четырехпроводных сетях в отличие от трехпроводных они не применяются.

 

Из-за этого трехпроводные сети дороже, но в четырехпроводных сетях силовая и осветительная сеть объединены (точка М). В связи с этим нарушается электромагнитная совместимость и наносится ущерб от плохого качества напряжения. А при использовании отдельного осветительного трансформатора этого нет и на стороне силового трансформатора колебания напряжения меньше.

2. В трех- и четырехпроводных сетях происходит внедрение компьютерных технологий.

3. Рассмотрим измерительные цепи на рис.

 

Для трехпроводных сетей достаточно двух трансформаторов тока и трех амперметров для измерения тока в трех фазах, а для четырехпроводных нужно три трансформатора тока и четыре амперметра – по одному в каждой фазе и один, который устанавливается в нулевой провод на сумму токов. Если I_А+I_В+I_С=0, то нагрузка равномерная.

Таким образом, исходя из этих сопоставлений трехпроводная сеть экономичнее, но если провести технико-экономический расчет, то чаще всего получается наоборот – четырехпроводная экономичнее.

Сопоставление трех— и четырехпроводных сетей по безопасности

Раньше считалось, что обе системы безопасны, но разные по вариантам поражения электрическим током. Рассмотрим схемы, где человек дотрагивается фазы в трех- и четырехпроводных сетях.

 

В обоих случаях человек оказывается под фазным напряжением, т.е. 220 В. Но в первой схеме ток равняется , а во второй – :

 

,

.

 

Сопротивление изоляции очень большое, поэтому . Исходя из этого лучше применять сеть с изолированной нейтралью, но здесь нужен контроль изоляции и пробивной предохранитель.

 

Схемы силовых сетей

Существуют незамкнутые (магистральные, радиальные, смешанные) и замкнутые схемы сетей.

Цеховые сети

В сетях до 1000 В, как правило, применяются магистральные сети, только во взрывоопасных – радиальные.

Идеальной является схема блока трансформатор-магистраль

 

 

Это пример реализации принципа повышения надежности путем упрощения схемы коммутации – нет шины на стороне низкого напряжения трансформаторной подстанции. В действительности она есть. Это необходимо для отдельного питания осветительной сети, чтобы не нарушать показатели ЭМС.

 

 

В цехе могут устанавливаться силовые шкафы, а от них отходят магистральные или радиальные сети

На рис. Слева – абсолютно нерационально, справа — магистраль выполняется надежными элементами.

 

Замкнутая схема сети

 

Схема замкнутой сети изображена на рис.

 

 

Под землей располагается кабельная линия по схеме «сетка». Каждая точка присоединения называется «колодец». К некоторым из них подводится питание от силовых трансформаторов, а от других питаются потребители.

Различают американскую и европейскую (на рис. справа) замкнутую схему сети.

При коротком замыкании протекают большие токи, расплавляющие кабель, и происходит так называемый расплавляющий пробой, т.е. разгерметизация.

Преимущество такой схемы заключается в том, что напряжение теряется на время перегорания места повреждения, а недостаток – если по каким-либо причинам сеть отключится, то трудно восстановить ее питание: она имеет большую емкость, а, как известно, при включении емкости происходит бросок тока, который отключается защитой.

Классификация помещений

 

Конструктивное выполнение проводки зависит от вида помещения (производства). В ПУЭ классификация начинается с ненормальных помещений.

Ненормальные:

1. Пожароопасные помещение (в производстве используются вещества, которые горят на воздухе, т.е. бумага, промасленные тряпки и т.п.).

2. Взрывоопасные помещения (в производстве присутствуют газы, которые воспламеняются и дают взрыв при контакте с воздухом; легковоспламеняющиеся жидкости – керосин и бензин; взрывоопасная пыль – угольная, мучная и т.д.).

3. Влажные помещения (влажность до 75 %).

4. Сырые помещения (влажность 75-100 %).

5. Особо сырые помещения (влажность 100 % и на стенках конденсируется влага).

6. Жаркие помещения (температура более 30 ⁰С).

7. Пыльные помещения (помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п.; пыльные помещения разделяются на помещения с токопроводящей пылью и помещения с нетокопроводящей пылью).

8. Помещения с химически активной средой (помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования).

К нормальным помещениям относятся все помещения, кроме вышеуказанных.

 

Скрытая проводка

 

Скрытая проводка выполняется специальным проводом, например ПВХ (поливинилхлоридная изоляция). Она выполняется до проведения строительно-отделочных работ.

 

Провода прокладываются только по вертикальным и горизонтальным линиям, а их расположение должно быть точно известно во избежание повреждения при сверлении отверстий, забивании гвоздей и т.д..

 

Преимущества: компактность, техническая.

Недостатки: трудоемкий способ прокладки, плохие условия охлаждения.

 

Закрытые шинопроводы

 

Закрытые шинопроводы бывают двух типов: магистральные и радиальные.

Магистральные шинопроводы — это шинопроводы, которые имеют относительно небольшое число присоединений (чаще всего они болтовые)

 

 

Шинопровод набирается из секций:

1. Прямая секция

 

 

2. Угловая секция

 

 

3. Т-образная или ответвленная секция

 

 

4. Секция с автоматом

 

 

Крепление закрытых магистральных шинопроводов осуществляется на стойках, подвесах, кронштейнах и т.д.

Преимущества: высокая надежность, универсальность (в любых помещениях), могут прокладываться на любой высоте.

Недостатки: если корпус металлический, то возникают дополнительные потери мощности из-за перемагничивания и вихревых токов; несколько меньший длительно допустимый ток по сравнению с открытым шинопроводом, так как хуже условия охлаждения; не приспособлен для перестановки оборудования.

Радиальные шинопроводы — это шинопроводы, которые имеют большое число присоединений. Если нет ответвлений, коробки просто закрываются.

 

 

Если есть ответвления, нужен видимый разрыва цепи на стойках, подвесах, кронштейнах.

 

 

Также как и магистральные набираются из секций, но отличаются тем, что ответвления штепсельные.

 

 

Крепление осуществляется теми же способами.

 

Преимущества: надежность, универсальность, большая пропускная способность, хорошо приспособлены к перестановке оборудования.

 

Применение кабелей

Чаще всего используются кабели с пластмассовой или поливинилхлоридной изоляцией.

 

 

Соединение кабелей производят с помощью муфт методами холодно- и термоусадки. Сейчас чаще всего применяется муфты холодной усадки. Самое очевидное различие состоит в принципе монтажа двух технологий. Технология термоусадки предполагает наличие источника нагрева — газовой горелки, фена или паяльной лампы. Качество монтажа в этом случае сильно зависит от квалификации монтажника и условий монтажа. Например, неравномерный нагрев, который может быть связан с ограниченным рабочим пространством или с ограниченным доступом ко всей поверхности муфты, может привести к неравномерности толщины изоляции.

Применение открытого пламени требует особой осторожности с точки зрения повреждения кабеля или окружающего оборудования.

Холодноусаживаемая муфта представляет собой изделие, предварительно растянутое и помещенное на спиралевидный пластиковый корд. Монтаж производится простым удалением корда, без применения каких-либо инструментов. При этом муфта плотно усаживается на кабель, обеспечивая электрическую изоляцию равномерной толщины, которая никак не зависит от мастерства монтажника.

 

 

Сейчас вместо многожильных применяются одножильные кабели. Поскольку в каждом кабеле есть заземленный экран, то магнитные поля других фаз практически не влияют на фазу. Поэтому кабели не обязательно прокладывать навалом (по вершинам равностороннего треугольника), а произвольно.

Преимущества одножильных кабелей: легко прокладывать, малый диаметр, соединять проще, место повреждения легче найти.

 

Сети постоянного тока

Сеть постоянного тока состоит из трехпроводной сети с заземленным средним проводом, если в цеху есть силовые и осветительные электроприемники.

 

 

По принципу работы трехпроводная сеть постоянного тока схожа с четырехпроводной сетью переменного тока.

Средний провод заземляется по той же причине, что и в четырехпроводной сети: по технике безопасности (пожарной и электрической), сопротивление нулевого провода не должно быть большим, иначе на однофазных электроприемниках не будет фазное напряжение.

 

Выбор предохранителей

 

Выбор предохранителей осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальному напряжению.

 

 

Если на один и тот же ток, но разные номинальные напряжения поставить одинаковый предохранитель, то плавкая вставка перегорит у предохранителя, рассчитанного на меньшее напряжение, и дуга будет продолжать гореть. Если сделать наоборот, т.е. взять предохранитель на более высшее напряжение, то будут зря затрачены средства.

2. По номинальному току патрона (в один и тот же патрон можно поставить вставки с разными токами перегорания).

3. По длительному току.

Это необходимо, чтобы предохранитель не перегорел при длительном токе и обеспечить бесперебойность электроснабжения.

 

 

Из вышеуказанного рис. следует, что чем меньше длительный ток, тем больше время перегорания вставки.

4. По пиковому току.

Это необходимо, чтобы предохранитель не перегорел при эксплуатационных бросках тока и обеспечить бесперебойность электроснабжения.

 

 

Это требование выполняется, когда длительность и значение пикового тока лежат ниже характеристики двигателя.

Тогда ток плавкой вставки равен:

 

,

 

где — коэффициент, который учитывает условия пуска двигателя (равен 2,5 при нормальных условиях пуска, а если тяжелый — 2¸1,8.

Если несколько двигателей:

,

где — пиковый ток самого мощного двигателя;

— количество двигателей.

Тогда ток плавкой вставки равен:

 

.

Если предохранитель защищает другие электроприемники, то у них свои значения коэффициента .

 

Магнитный пускатель

На рис. изображен участок электрической сети с магнитным пускателем и двигателем.

 

 

Магнитный пускатель предназначен для дистанционного управления электрооборудования и для защиты от минимального напряжения. Основным его конструктивным элементом является контактор. В нем есть два вида контактов: размыкающий и замыкающий.

 

Защита автоматами

 

Автомат – это коммутационный аппарат, способный включать, проводить и отключать токи в нормальном режиме работы сети, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи короткого замыкания.

 

 

Здесь есть механизм свободного расцепления и даже если «курок» автомата находится в положении включено, то все равно автомат может отключиться.

При включении автомата сжимается включающая и отключающая пружины. Создаются большие усилия. Отключающая пружина становится на защелку, а включающая пружина замыкает контакты. Для отключения цепи расцепитель высвобождает защелку (здесь усилия небольшие) и отключающая пружина высвобождается.

Существуют различные конструкции автоматов. Например, есть автоматы с передним и задним присоединением.

 

 

Также были изобретены токоограничивающие автоматы: последовательно с контактами включают сопротивление (в нормальном режиме зашунтировано), а в первый момент короткого замыкания электромагнитное дутье размыкает эти контакты и ток уменьшается почти вдвое.

Различают автоматы с ручным и электродвигательным приводом.

Преимущества автоматов:

1. Высокая точность, низкий разброс характеристик

2. Возможность регулировать уставку.

3. Трехполюсное отключение, т.е. соблюдается симметричный режим при отключении.

4. Быстрота восстановления питания.

5. Меньшие перенапряжения, чем у предохранителей.

6. Автомат с электродвигательным приводом позволяет использовать его в АВР.

7. Дистанционное управление.

Недостатки:

1. Дорогой.

2. Наличие подвижных частей (хотя уже существуют электронные автоматы, в которых отключение происходит с помощью тиристоров).

3. Дребезг контактов.

Когда проходит сквозной ток КЗ (его автомат не должен отключать), электромагнитные силы слегка размыкают контакты – происходит дребезг, а возникающая дуга может приварить контакты друг к другу.

 

Выбор автоматов

 

Выбор автоматов осуществляется по следующим параметрам:

1. По номинальному напряжению.

2. По длительному току.

3. По пиковому току

 

 

Исходя из рис. уставка автомата должна быть больше пикового тока, а тепловой расцепитель выбирается как предохранитель.

4. Проверка по току КЗ, так как автомат должен надежно защищать электрическую схему:

 

,

 

где — коэффициент надежности, принимается равным 1.1;

— коэффициент, который учитывает характеристики конкретного автомата;

— ток уставки автомата.

Если нет сведений о выключателе, то произведение принимают равным 1.4 при токах до 100 А и 1.2 — более 100 А.

У автомата есть два вида коммутационной способности (рис.):

— Предельная коммутационная способность (автомат может отключать токи КЗ несколько раз без повреждений) – ПКС.

— Однократная предельная коммутационная способность (автомат в состоянии только один раз отключить ток КЗ) – ОПКС.

 

 

5. Проверка по сквозному току КЗ (проверка на дребезг).

6. Проверка по допустимому току защищаемой линии

 

 

Ток для электромагнитного расцепителя:

 

,

где — длительно допустимый ток линии, где установлен автомат.

Ток для теплового расцепителя:

 

.

7. Проверка по селективности

Чтобы обеспечить селективность защиты при КЗ первым должен сработать автомат №1, а не №2.

 

Согласно этому рисунку видно, что автомат №2 выбирается на сумму токов отходящих линий, и, соответственно, уставка по току этого аппарата будет больше, чем у автомата №1, т.е. селективность будет обеспечена. Но это одна сторона вопроса. Ток КЗ может достигнуть такого значения, что окажется близким к уставкам обоих автоматов, и тогда неизвестно какой из них сработает первым. Поэтому у автоматов устанавливают разные выдержки времени либо увеличивают и уставку по току и выдержку времени.

Тепловой расцепитель (качественно) имеет характеристики как у предохранителя. Поэтому автоматы с тепловым расцепителем не всегда обеспечивают селективность.

 

 

Иногда используют автоматы с двумя расцепителями.

 

 

Групповая защита автомата

 

Она применяется с целью уменьшения капзатрат.

 

 

Когда происходит КЗ, автомат отключает все присоединения, а защита минимального напряжения отключает все контакторы. После этого включается групповой автомат и поочередно присоединения. При включении поврежденного участка сети автомат снова отключает КЗ, т.е. нашлось место КЗ. В дальнейшем заново включается групповой автомат и «здоровые» присоединения.

Недостатками такой схемы является: нарушение бесперебойности электроснабжения (дважды отключаются неповрежденные присоединения) и автомат лишний раз отключает КЗ. Эта может применяться для неответственных потребителей, например, общий щит для нескольких пускателей.

 

Род тока и частота напряжения

 

По роду тока различают сети переменного и постоянного тока. Одним из характеристик является частота тока: у переменного частота изменяется в широких пределах, а у постоянного она равна нулю.

Постоянный ток применяется там, где необходим по технологии и передачи энергии на большие расстояния.

Преимущества постоянного тока:

1. Нет реактивной мощности, передается только активная мощность;

2. На постоянном токе большая глубина регулирования скорости вращения электрических машин постоянного тока. Сейчас применяются тиристорные регуляторы частоты асинхронных двигателей (АД).

Недостатки:

1. На постоянном токе трудно трансформировать напряжение, нужно инвертирование;

 

2. Большая стоимость и габариты электрических машин.

Существует оптимальная частота на уровне прошлого века − 50 и 60 Гц. Такие значения частоты приводят к росту стоимости и габаритов оборудования, а если частота большая, то эти параметры уменьшаются, но увеличиваются потери (вихревые токи, гистерезис).

По мнению Мукосеева на сегодня оптимальная частота равняется 400 Гц (танки, подводные лодки, корабли и т.д.).

Рекомендуемые страницы:

По роду тока — Студопедия

По роду тока все потребители электрической энергии делятся на три группы:

— Работающие от сети переменного тока, промышленной частоты,

— Получающие питание от сети переменного тока повышенной частоты,

— От сети постоянного тока, а также от источников импульсного тока.

Основной род тока, на котором работают электроустановки промышленных предприятий, является трёхфазным переменным с частотой 50 Гц.

Преобразователь электрической энергии из переменного тока с частотой 50 Гц, в переменный ток с повышенной или пониженной частотой, или в постоянный ток, является потребителем электрической энергии трёхфазного переменного тока с частотой 50 Гц.

По числу фаз:

— Потребители электрической энергии чаще всего выполняются трёхфазными,

— По суммарной нагрузке – однофазные,

— С иным числом фаз, потребители получают питание от преобразователя числа фаз, то есть от трёхфазной сети.

По частоте питающего тока:

— Промышленной частоты 50 Гц,

— Пониженной частоты,

— Повышенной частоты до 10 кГц,

— Высокой частоты более 10 кГц.

Большинство потребителей электрической энергии получают питание от сети переменного тока с частотой 50 Гц.

К потребителям с пониженной частотой относятся коллекторные электродвигатели применяемые в передвижных потребителях электрической энергии для транспортных целей 16,5 Гц. Перемешиватели жидкого металла 25 Гц, индукционные нагревательные устройства для отливки крупных деталей. Пониженную частоту питающего тока применяют в ряде передвижных (сейсморазведка) и переносных (электроинструмент) потребителях электрической энергии.

К потребителям электрической энергии повышенной частоты относятся электродвигатели в текстильной промышленности для производства искусственного шелка 133 Гц, отдельные электрические инструменты, специальные станки в доках, ряд шлифовальных станков в подшипниковой промышленности, для питания высокоскоростных электродвигателей 180 – 400 Гц. Используется повышенная частота в основном 400 Гц в том числе применяются умножители частоты.

Потребители высокой частоты

До 20 кГц для нагрева, плавки металла, ковки, штамповки и заколки металла.

20 – 40 кГц для питания люминесцентных ламп.

До 100 кГц установки поверхностной заколки.

До 20 МГц для нагрева полупроводниковых и диэлектрических материалов.

Во всех описанных случаях потребители электрической энергии питаются через индивидуальные преобразователи частоты, или преобразовательные подстанции.

Для преобразования переменного тока частоты 50 Гц в переменный ток повышенной или высокой частоты используют: двигатель генератор (ЭМУ), а также электронные (тиристорные) или ионные преобразователи. Обычно для получения повышенной частоты до 140 кГц применяют тиристорные преобразователи, инверторы, а для частоты свыше 10 кГц ламповые преобразователи.

Свойства преобразователя: относительно алая область устойчивой работы, ограничена на скорость изменения напряжения и тока ( ), относительно сложная система распределения напряжения и тока по элементам – выравнивание для работы.

Целесообразно отметить, что для ряда производственных механизмов необходимо широкое регулирование скорости вращения, поддержание постоянства скорости технологического процесса, повышенный перегрузочный момент при ПВ работе, частое реверсирование, быстрые разгоны и торможения, что вызывает необходимость применять в качестве электроприводов двигатели постоянного тока. Кроме того в цехах электролиза, электролитического производства металла, гальванических цехов и некоторых видов электросварочного оборудования, также потребители постоянного тока — при построении схемы электроснабжения на промышленном предприятии необходимо считаться с наличием потребителей постоянного тока, пониженной или повышенной частоты и учитывать в схеме электроснабжения индивидуальные преобразовательные установки и преобразовательные подстанции.

Электрическая сеть — это… Что такое Электрическая сеть?

Высоковольтная линия электропередачи

Электрическая сеть — совокупность электроустановок предназначенных для передачи и распределения электроэнергии от электростанции к потребителю. ГОСТ 24291-90 даёт следующее определение электрической сети^[1]:

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии.

Классификация электрических сетей

Электрические сети принято классифицировать по назначению (области применения), масштабным признакам, и по роду тока.

1. Назначение, область применения
   • Сети общего назначения: электроснабжение бытовых, промышленных, сельскохозяйственных и транспортных потребителей.
   • Сети автономного электроснабжения: электроснабжение мобильных и автономных объектов (транспортные средства, суда, самолёты, космические аппараты, автономные станции, роботы и т. п.)
   • Сети технологических объектов: электроснабжение производственных объектов и других инженерных сетей.
   • Контактная сеть: специальная сеть, служащая для передачи электроэнергии на движущиеся вдоль неё транспортные средства (локомотив, трамвай, троллейбус, метро).
2. Масштабные признаки, размеры сети
   • Магистральные сети: сети, связывающие отдельные регионы, страны и их крупнейшие источники и центры потребления. Характерны сверхвысоким и высоким уровнем напряжения и большими потоками мощности (гигаватты).
   • Региональные сети: сети масштаба региона (в России — уровня субъектов Федерации). Имеют питание от магистральных сетей и собственных региональных источников питания, обслуживают крупных потребителей (город, район, предприятие, месторождение, транспортный терминал). Характерны высоким и средним уровнем напряжения и большими потоками мощности (сотни мегаватт, гигаватты).
   • Районные сети, распределительные сети. Имеют питание от региональных сетей. Обычно не имеют собственных источников питания, обслуживают средних и мелких потребителей (внутриквартальные и поселковые сети, предприятия, небольшие месторождения, транспортные узлы). Характерны средним и низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (мегаватты).
   • Внутренние сети: распределяют электроэнергию на небольшом пространстве — в рамках района города, села, квартала, завода. Зачастую имеют всего 1 или 2 точки питания от внешней сети. При этом иногда имеют собственный резервный источник питания. Характерны низким уровнем напряжения и небольшими потоками мощности (сотни киловатт, мегаватты).
   • Электропроводка: сети самого нижнего уровня — отдельного здания, цеха, помещения. Зачастую рассматриваются совместно с внутренними сетями. Характерны низким и бытовым уровнем напряжения и маленькими потоками мощности (десятки и сотни киловатт).
3. Род тока
   • Переменный трёхфазный ток: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. Переменный электрический ток передаётся по трём проводам таким образом, что фаза переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются «фазой». Каждая «фаза» имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.
   • Переменный однофазный ток: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. «фаза» и «ноль»). Потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «ноль» отличается от провода заземления.
   • Постоянный ток: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого и ультравысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.

Принципы работы

Электрические сети осуществляют передачу, распределение и преобразование электроэнергии в соответствии с возможностями источников и требованиями потребителей.

Переменный ток

Большинство крупных источников электроэнергии — электростанции — построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи трансформаторов, что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока. Мировым стандартом генерации, передачи и преобразования электроэнергии является использование переменного трёхфазного тока. В России и европейских странах промышленная частота тока равна 50 герц, в США, Японии и ряде других стран — 60 герц.

Переменный однофазный ток используется многими бытовыми потребителями и получается из переменного трёхфазного тока путём объединения потребителей в группы по фазам. При этом каждой группе потребителей выделяется одна из трёх фаз, а второй провод («ноль»), используемый при передаче однофазного тока, является общим для всех групп и в своей начальной точке заземляется.

Классы напряжения

При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока. Формула δS = I²R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии и протекающего тока. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток: при снижении тока в 2 раза омические потери снижаются в 4 раза. Согласно формуле полной электрической мощности S = I×U, для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности целесообразно передавать при высоком напряжении. Однако строительство высоковольтных сетей сопряжено с рядом технических трудностей; кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне проблематично для конечных потребителей.

В связи с этим сети разбивают на участки с разным классом напряжения (уровнем напряжения). Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения: от 750 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ) — Ультравысокий, 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ — сверхвысокий, 220 кВ, 110 кВ — ВН, высокое напряжение, 35 кВ — СН-1, среднее первое напряжение, 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ — СН-2, среднее второе напряжение, 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже — НН, низкое напряжение.

Преобразование напряжения

Как правило, генераторы источника и потребители работают с низким номинальным напряжением. Потери энергии в линиях обратно пропорциональны квадрату напряжения, поэтому для снижения потерь электроэнергию выгодно передавать на высоких напряжениях. Для этого на выходе от генератора его повышают, а на входе потребителя его понижают при помощи трансформаторов.

Структура сети

Электрическая сеть может иметь очень сложную структуру, обусловленную территориальным расположением потребителей, источников, требованиями надёжности и другими соображениями. В сети выделяют линии электропередачи, которые соединяют подстанции. Линии могут быть одинарными и двойными (двухцепными), иметь ответвления (отпайки). К подстанциям, как правило, подходит несколько линий. Внутри подстанции происходит преобразование напряжения и распределение потоков электроэнергии между подходящими линиями. Для соединения линий и оборудования внутри подстанций используются электрические коммутаторы (англ. Commutator (electric)) различных типов.

Для наглядного представления структуры сети используется специальное начертание схемы сети, однолинейная схема, представляющая три провода трёх фаз в виде одной линии. На схеме отображаются линии, секции и системы шин, коммутаторы, трансформаторы, устройства защиты.

Структура сети электроснабжения может динамически изменяться путём переключения коммутаторов. Это необходимо для отключения аварийных участков сети, для временного отключения участков при ремонте. Структура сети также может быть изменена для оптимизации электрического режима сети.

Основные компоненты сети

Сеть электроснабжения характерна тем, что связывает территориально удалённые пункты источников и потребителей . Это осуществляется при помощи линии электропередачи — специальных инженерных сооружений, состоящих из проводников электрического тока (провод — неизолированный проводник, или кабель — изолированный проводник), сооружений для размещения и прокладки (опоры, эстакады, каналы), средств изоляции (подвесные и опорные изоляторы) и защиты (грозозащитные тросы, разрядники, заземление).

Примечания

1. ↑ ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения»

См. также

Род тока — это… Что такое Род тока?

род тока — (постоянный или переменный) [Интент] Тематики электротехника, основные понятия EN kind of currenttype of current …   Справочник технического переводчика

Тока, Владимир Салчакович — род. 16 июня 1942 в г. Кызыле (ТувАССР). Композитор. Засл. артист ТувАССР (1984). В 1960 учился в Новосибирской конс. по кл. ф п. М. С. Либензон, в 1972 стажировался в Ленингр. конс. по кл. композиции А. Д. Мнацаканяна. С 1973 пианист в… …   Большая биографическая энциклопедия

Тока, Салчак Калбакхорекович — Род. 1901, ум. 1973. Советский политический деятель, писатель. В разные годы занимал высокие партийные должности: с 1932 г. генеральный секретарь ЦК Тувинской народно революционной партии, с 1944 г. первый секретарь Тувинского обкома КПСС.… …   Большая биографическая энциклопедия

Род Белые куропатки — 8.1.5. Род Белые куропатки Lagopus Среднего размера (с ворону) птицы. Зимой и самец и самка чисто белые с черными рулевыми перьями, летом пестрые, рыжеватые с черными пестринами, белыми крыльями и лапами. Весной у самцов бывает промежуточная,… …   Птицы России. Справочник

тока́рня — и, род. мн. рен, дат. рням, ж. устар. Токарная мастерская. У Патапа Максимыча по речкам Шишинке и Чернушке восемь токарен стояло. Мельников Печерский, В лесах …   Малый академический словарь

Турачи (род птиц) — Турачи …   Википедия

ГОСТ Р 50030.5.1-2005: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Глава 1. Электромеханические аппараты для цепей управления — Терминология ГОСТ Р 50030.5.1 2005: Аппаратура распределения и управления низковольтная. Часть 5. Аппараты и коммутационные элементы цепей управления. Глава 1. Электромеханические аппараты для цепей управления оригинал документа: (обязательное)… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Электровоз ВЛ60 — ВЛ60 (Н6О) Электровоз ВЛ60к−1196 …   Википедия

ВЛ60 — (Н6О, Н60) …   Википедия

ВЛ10 — ВЛ10 …   Википедия

3. Род тока

− Переменный трёхфазный ток: большинство сетей высших, средних и низких классов напряжений, магистральные, региональные и распределительные сети. Переменный электрический ток передаётся по трём проводам таким образом, что фаза переменного тока в каждом из них смещена относительно других на 120°. Каждый провод и переменный ток в нём называются «фазой». Каждая «фаза» имеет определённое напряжение относительно земли, которая выступает в роли четвёртого проводника.

− Переменный однофазный ток: большинство сетей бытовой электропроводки, оконечных сетей потребителей. Переменный ток передаётся к потребителю от распределительного щита или подстанции по двум проводам (т. н. «фаза» и «ноль»). Потенциал «нуля» совпадает с потенциалом земли, однако конструктивно «ноль» отличается от провода заземления.

− Постоянный ток: большинство контактных сетей, некоторые сети автономного электроснабжения, а также ряд специальных сетей сверхвысокого напряжения, имеющих пока ограниченное распространение.

1. Принципы работы

Электрические сети осуществляют передачу, распределение и преобразование электроэнергии в соответствии с возможностями источников и требованиями потребителей.

1. Переменный ток

Большинство крупных источников электроэнергии − электростанции − построено с использованием генераторов переменного тока. Кроме того, амплитудное напряжение переменного тока может быть легко изменено при помощи трансформаторов, что позволяет повышать и понижать напряжение в широких пределах. Основные потребители электроэнергии также ориентированы на непосредственное использование переменного тока. Мировым стандартом генерации, передачи и преобразования электроэнергии является использование переменного трёхфазного тока. В России и европейских странах промышленная частота тока равна 50 герц, в США, Японии и ряде других стран — 60 герц.

Переменный однофазный ток используется многими бытовыми потребителями и получается из переменного трёхфазного тока путём объединения потребителей в группы по фазам. При этом каждой группе потребителей выделяется одна из трёх фаз, а второй провод («ноль»), используемый при передаче однофазного тока, является общим для всех групп и в своей начальной точке заземляется.

2. Классы напряжения

При передаче большой электрической мощности при низком напряжении возникают большие омические потери из-за больших значений протекающего тока. Формула δS = I²R описывает потерю мощности в зависимости от сопротивления линии и протекающего тока. Для снижения потерь уменьшают протекающий ток: при снижении тока в 2 раза омические потери снижаются в 4 раза. Согласно формуле S = IU для передачи такой же мощности при пониженном токе необходимо во столько же раз повысить напряжение. Таким образом, большие мощности целесообразно передавать при высоком напряжении. Однако строительство высоковольтных сетей сопряжено с рядом технических трудностей; кроме того, непосредственно потреблять электроэнергию с высоким напряжением крайне проблематично для конечных потребителей.

В связи с этим сети разбивают на участки с разным классом напряжения (уровнем напряжения). Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения: 1150 кВ, 750 кВ — ультравысокий, 500 кВ, 330 кВ — сверхвысокий, 220 кВ, 110 кВ — ВН, высокое напряжение, 35 кВ, 20 кВ, 10 кВ — СН-2, среднее второе напряжение, 6 кВ, 1 кВ — СН-1, среднее первое напряжение, 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже — НН, низкое напряжение.

Сила тока. Род тока (постоянный или переменный). Частота переменного тока.

По степени воздействия на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный.

Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм человека вызывает ощутимое раздражение. Ощущение от протекания переменного электрического тока, как правило, начинается от значения 0,6 мА.

Неотпускающим называют ток, который при прохождении через организм человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц рук, ног или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником. Переменный ток промышленной частоты, протекая по нервным волокнам, поглощает управляющие биотоки коры головного мозга, что приводит к возникновению эффекта «приковывания» к месту прикосновения. Человек не может самостоятельно оторваться от токоведущей части проводника.

При силе тока, равной 8-10 мА, происходит непроизвольное сокращение мышц руки, в результате чего пострадавший не может самостоятельно освободиться от проводника тока (так называемый «неотпускающий ток»).

Фибрилляционным называется ток, вызывающий при прохождении через организм человека фибрилляцию сердца — разновременные некоординированные сокращения отдельных мышечных волокон сердца, в конечном итоге приводящие к остановке сердца и параличу дыхания.

При силе тока, равной 25-50 мА, возникает мощное сокращение дыхательных мышц. От этого может полностью прекратиться дыхание и через несколько минут, если не разомкнуть электрическую цепь, наступает смерть от удушья.

При силе тока, равной 50-200 мА и более, наступает клиническая смерть, т.е. остановка дыхания и кровообращения.

Продолжительность состояния клинической смерти — 4 минуты.

В течение этого времени должен быть оказан весь комплекс доврачебной медицинской помощи.

Ток, мА	Переменный ток 50 Гц	Постоянный ток
0.6…1,5	Порог ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи	Не ощущается
2…4	Сильное дрожание пальцев	Не ощущается
5…7	Судороги во всей кисти руки	Порог ощущения — зуд, нагрев кожи
10…15	Неотпускающие токи, непреодолимые судорож- ные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. Человек не может самостоятельно освободить руку от контакта с проводником	Значительное усиление ощущения нагрева кожи, сокращение мышц руки
20…25	Оторвать руки от проводника кожи невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, судороги
50…80	Паралич дыхания через несколько секунд, сбои в работе сердца. При длительном протекании тока может возникнуть фибрилляция сердца	Неотпускающие токи, то же, что при переменном токе 10…15 мА
90…100	Фибрилляция сердца, через 2…3 с дыхание прекращается	Паралич дыхания при дли- тельном протекании тока

Наиболее опасен частотный диапазон переменного тока от 20 до 100 Гц. Основная масса промышленного оборудования работает на частоте 50 Гц (входящей в этот опасный диапазон). Высокочастотные токи менее опасны. Токи высокой частоты могут вызвать лишь поверхностные ожоги, так как они распространяются только по поверхности тела человека.

Частота тока 50 Гц самая неблагоприятная для человека. При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока изменяются несущественно. В области частот от 0 до 50 Гц с уменьшением частоты значения неотпускающего тока возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток), становятся больше примерно в 3 раза.

Значения фибрилляционного тока при частотах 50 — 100 Гц равны. С повышением частоты до 200 Гц фибрилляционный ток возрастает примерно в 2 раза, а до 400 Гц почти в 3,5 раза.

Повышение частоты электроустановок применяют как одну из мер электробезопасности.

 

Похожие статьи:

текущий тип — это … Что такое текущий тип?

Фрегат типа 23 — Обзор класса HMS Somerset Название: Тип 23 Строители: Yarrow Shipbuilders и… Wikipedia

Тип 99 — Информационное окно Имя оружия = Тип 99 caption = Танк Тип 99 в Военном музее Китайской народной революции в Пекине во время выставки 2007 года «Наши войска навстречу солнцу». is vehicle = yes type = Основной боевой танк origin = Стоимость единицы в Китайской Народной Республике… Wikipedia

Токовая нить накала — Токовая нить накала — это неоднородность в распределении плотности тока латеральнее тока (т. Е. Ортогональная вектору плотности тока).Это обычное явление в устройствах, показывающих отрицательную дифференциальную проводимость по току… Wikipedia

Type-Moon — Тип Игры и новые предприятия по разработке и производству Промышленность Разработка и производство визуальных новинок Разработка и производство аниме Создание и производство 2000… Wikipedia

Current Publishing (Великобритания) — Current Publishing Type Publishing Company Отраслевые журналы, издательство основано в 1998 г. Найдено… Wikipedia

Current Communications Group — CURRENT Group Тип общества с ограниченной ответственностью, ООО Промышленность Энергетический сектор Основан в Джермантауне, Мэриленд, США.С. (1 января 2000 г.… Википедия

Current River Greenway — Северный берег озера Бульвар, смотрящий на восток, летним вечером Заповедник типа и общественный парк Местоположение Гром… Wikipedia

Тип (биология) — Типовой образец Cimbrophlebia brooksi, ископаемой мухи-скорпиона. По соглашению красная этикетка обозначает типовой образец. В биологии тип — это один конкретный образец (или в некоторых случаях группа образцов) организма, к которому научные…… Wikipedia

Тип 07 — это новое семейство военной формы, которое будет использоваться всеми видами Народно-освободительной армии (НОАК) и Народной вооруженной полиции (ПНП) ​​Китайской Народной Республики (КНР).В течение 2007–2008 годов новая форма заменит службу Type 87…… Wikipedia

Личность типа D — Личность типа D, концепция, используемая в области медицинской психологии, определяется как совместная тенденция к негативной аффективности (например, беспокойство, раздражительность, уныние) и социальному торможению (например, замкнутость и отсутствие самости). заверение). Письмо… Википедия

Пистолет Тип 54 — Тип 54 Пистолет Тип 54. Тип Полуавтоматический пистолет Место происхождения… Википедия

.

c ++ — Как получить информацию о «текущем типе» внутри структуры / класса?

Переполнение стека

1. Около
2. Продукты
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
6. О компании

.

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Пораженный громом!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Почему, переменный ток и постоянный ток, конечно же! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменного тока (переменного тока), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. Переменный ток также имеет некоторые полезные свойства, такие как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

• История создания переменного и постоянного тока
• Различные способы генерации переменного и постоянного тока
• Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи питания в дома, офисные здания и т. Д.

Генератор переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для производства переменного тока.

Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:

(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что зажатый участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенный тип переменного тока — синусоидальный. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, например, усилителей.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока математическими терминами. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V _P — это амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V _P вольт, -V _P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).Со временем меняется и форма нашего сигнала.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360 и измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Когда вы хотите рассчитать электрическую мощность, часто бывает полезно использовать значение RMS для переменного тока. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокое напряжение означает более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может питать электродвигатели. Двигатели и генераторы представляют собой одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

DC может быть сгенерирован несколькими способами:

• Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
• Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
• Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда бак опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. На самом деле батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

• Сотовые телефоны
• D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
• Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
• Фонари
• Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

AC против

постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели можно подключить между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). 110 В допускает некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередачи было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены на много миль от них и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания Эдисона по выявлению мазков

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток опаснее постоянного тока. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены выставкой. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса на Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и в Буффало начали использовать переменный ток. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 вольт при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 вольт при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри в 1880-х годах использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока, которую можно было использовать для передачи постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и высокой стоимости обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) можно использовать специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и движение вперед

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. С другой стороны, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие руководства, когда будете готовы глубже погрузиться в мир электроники:

и nbsp

.

Почему четыре типа устройств остаточного тока? Все дело в нагрузке.

Защита людей от ударов всегда была приоритетом при проектировании электрических систем переменного тока. Оборудование, как правило, проектируется таким образом, чтобы служить барьером для любого, кто вступает в физический контакт с токоведущим проводником, с помощью изоляции или других средств. Однако такой контакт иногда может произойти случайно, в результате чего через тело человека проходит так называемая «утечка на землю» или «остаточный» ток короткого замыкания. И для смерти требуется всего 30 мА тока через руку к ногам, если только ток не прерывается в течение очень короткого промежутка времени.

Устройства защитного отключения (УЗО), или GFCI в Северной Америке, разработаны для защиты от этого риска. Однако возникают новые проблемы из-за роста приложений электрических систем, таких как зарядные станции для электромобилей, фотоэлектрические установки и более широкое использование приводов с регулируемой скоростью для управления двигателями. Это привело к возникновению остаточных токов, которые не являются чисто синусоидальными. В этой серии сообщений в блоге, состоящей из двух частей, я дам краткий обзор основных типов УЗО, представленных сегодня на рынке, и типов рисков, от которых каждый предназначен для защиты.

Стандарт IEC 60755 определяет четыре типа УЗО для приложений переменного тока. Каждый из них предназначен для различных типов или комбинаций сигналов остаточного тока.

• Тип AC . Этот тип УЗО используется там, где ожидается, что ток короткого замыкания будет синусоидальным и будет иметь ту же частоту, что и питание. Например, это может произойти при возникновении короткого замыкания в проводниках питания или при резистивной или линейной нагрузке. Во многих странах они считаются УЗО общего назначения.
• Тип А . Некоторые виды нагрузок, например, с однофазной выпрямительной схемой, такой как нагревательная пластина, будут создавать пульсирующий постоянный остаточный ток. Для этих приложений требуется УЗО типа A, которое может обнаруживать этот вид остаточного тока. Они также могут выдерживать наложенный «плавный» постоянный ток до 6 мА. Они также обнаруживают синусоидальные остаточные токи, которые может использовать УЗО типа AC.
• Тип F . В некоторых приложениях могут существовать «составные» остаточные токи в диапазоне от единиц до 1000 Гц.Например, схемы с однофазными двигателями, управляемыми частотно-регулируемым приводом, такими как тепловой насос или кондиционер. Для этих приложений требуется УЗО типа F. Они также могут выдерживать наложенный плавный постоянный остаточный ток до 10 мА. И они также могут обнаруживать все остаточные токи, обнаруживаемые УЗО типа А.
• Тип B . Теперь давайте рассмотрим схемы с трехфазным двигателем, управляемым частотно-регулируемым приводом. Сюда могут входить определенные типы кондиционеров, насосов, зарядных устройств для электромобилей или медицинское оборудование, требующее высокой точности движения.В этих случаях могут быть частоты остаточного тока выше 50 или 60 Гц, а также несинусоидальные составляющие, формы сигналов, возникающие в результате шестиимпульсных мостовых выпрямительных схем, и даже плавный постоянный ток. В этом случае необходимо УЗО типа B. Подобно типу F, тип B может выдерживать наложенный плавный остаточный ток постоянного тока до 10 мА, а также обнаруживать все остаточные токи, обнаруживаемые типом F.

В моем следующем посте мы более подробно рассмотрим УЗО типа B, включая то, как они работают, их применение и согласование с другими типами УЗО.Мы также рассмотрим специальные УЗО типа SI с «сверхстойчивостью» для высокочастотных утечек на землю.

Schneider Electric предлагает полный спектр УЗО, от дополнительных устройств для автоматических выключателей до полных автоматических выключателей дифференциального тока (RCCB), включая модели типа B и типа SI. Для получения дополнительной информации о выборе правильного типа УЗО, включая соответствующие стандарты, загрузите информационный документ « Почему следует выбирать защиту от утечки на землю типа B для безопасной и эффективной защиты людей» .

.