Величина напряжения: Электрическое напряжение: определение, виды, единицы измерения

Kак определить уровень напряжения для расчетов за услуги по передаче электроэнергии

Заключая договор с сетевой организацией на оказание услуг по передаче электроэнергии, требуется определить тарифный уровень напряжения, на котором подключен потребитель. От этого зависит, как он будет оплачивать услуги по передаче электрической энергии, величина затрат на оплату услуг и конечный тариф электроснабжения.

Что такое тарифный уровень напряжения

Следует различать понятия “напряжение” и “уровень напряжения”, потому что они порой вызывают путаницу. “Напряжение” – это характеристика энергоустановки, которая показывает какое напряжение может принять энергопринимающее устройство. Эта величина измеряется в киловольтах (кВ) и фиксируется в документах о техприсоединении. В России энергопринимающие устройства предназначены для приема следующего напряжения: 0,4 кВ, 1 кВ, 6 кВ, 10 кВ, 20 кВ, 35 кВ, 110 кВ, 150 кВ, 220 кВ и выше.

“Уровень напряжения” — это понятие, которое применяется при установлении тарифов на передачу электроэнергии и в применении этих тарифов в расчётах за услуги по ее передаче.

Вместо термина “уровень напряжения” с таким же успехом можно использовать термины “тарифный уровень напряжения” и  “диапазон напряжения”.

Тарифы дифференцируются по уровням напряжения, то есть различаются по величине. Чем выше уровень напряжения, тем ниже величина тарифа, поэтому потребителю выгоднее подтвердить наиболее высокий диапазон напряжения.

Тарифные уровни напряжения

Согласно законодательству размер тарифа на услуги по передаче электрической энергии рассчитывается в виде экономически обоснованной ставки, которая в свою очередь дифференцируется по четырем уровням напряжения:

• высокое напряжение (ВН) — 110 кВ и выше;
• среднее напряжение 1 (СН1) — 35 кВ;
• среднее напряжение 2 (СН2) — от 1 до 20 кВ;
• низкое напряжение (НН) — 0,4 кВ.

Разбивка по вышеописанным уровням напряжения применяется для установки тарифов на услуги по передаче электроэнергии по региональным сетям. Если же потребитель подключается к сетям Федеральной сетевой компании (ПАО «ФСК ЕЭС»), то услуги по передаче электроэнергии оплачиваются по тарифам ФСК, а они значительно ниже, чем у региональных компаний.

Также нужно учитывать, что если потребитель подключается непосредственно к подстанции, то для расчетов за услуги по передаче принимается наивысший уровень ее напряжения.

Чтобы понять, как это работает, рассмотрим несколько примеров.

1. Потребитель подключается на опоры линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 10 кВ.  В этом случае потребитель будет оплачивать услуги по передаче по тарифу СН2. Понятно, что он должен располагать электросетевым оборудованием с входным напряжением 10 кВ. 
2. Потребитель подключается к подстанции  35/6 кВ по сетям 6 кВ.
   В этом случае потребитель оплачивает услуги по тарифу СН1 — по наивысшему питающему напряжению подстанции — 35 кВ.
3. Потребитель подключается к подстанции по сетям 110/10 кВ
   Суть такая же, как и в предыдущем примере. Потребитель оплачивает услуги по тарифу ВН и должен располагать электросетевым оборудованием с входным напряжением 10 кВ. 

4. Потребитель подключается к подстанции 220/110/10 кВ принадлежащей 
   ПАО «ФСК ЕЭС»

   В этом случае потребитель оплачивает услуги по передаче электроэнергии по тарифам ФСК, но подключиться может только на уровне напряжения 110 кВ и выше. Подключиться на уровне 10 кВ он не может, а следовательно должен располагать соответствующим электросетевым оборудованием или построить его. Исключение составляют потребители, которые являются электростанцией, обеспечивают работу средств связи, средств оповещения ГО и ЧС или пунктов пропуска через государственную границу.
5. Потребитель подключается к подстанции 220/110/10 кВ НЕ принадлежащей ПАО «ФСК ЕЭС»
   Потребитель, вне зависимости от того, по какому уровню напряжения он будет подключаться, будет оплачивать услугу по передаче по тарифу ВН.

Определение тарифного уровня напряжения при опосредованном присоединении

Иногда, между потребителем и сетевой организацией находятся объекты электросетевого хозяйства лиц, которые не оказывают услуги по передаче электроэнергии. Такое присоединение называется опосредствованным. Определения уровня напряжения при этом имеет свои нюансы. Рассмотрим три примера.

Пример 1.  

Потребитель подключен к сетевой организации через объекты по производству электрической энергии — к шинам электростанции.

В этом примере тарифный уровень напряжения определяется по наиболее высокому напряжению, на котором объекты по производству электроэнергии присоединяется к электрическим сетям сетевой организации.  Поскольку электростанции крайне редко подключаются по среднему уровню напряжения, вероятнее всего такой потребитель будет подключен по ВН. Кроме того, в этом случае потребитель не имеет права выбрать одноставочный тариф и оплачивает услуги по передаче только по двухставочному тарифу, а точнее только ставку за содержание электрических сетей без оплаты ставки за потери в сетях. В такой ситуации говорят о подключении по ГН — генераторному напряжению. Это определение не прописано в нормативной базе, но на практике используется весьма широко.

Пример 2.

Потребитель подключен к сетевой организации через объекты электросетевого хозяйства лиц, не оказывающих услуги по передаче электрической энергии.

В советское время заводы и крупные предприятия достаточно широко подключали к своим сетям мелких потребителей. Тогда о статусе сетевой организации задумываться не было необходимости. Такие подключения сохранились и до сих пор. В этом случае потребитель оплачивает услуги по передачи электроэнергии по наиболее высокому напряжению, на котором такой завод или иной объект присоединен к электрическим сетям сетевой организации. То есть, если завод присоединен к сетям ТСО по напряжению 110 кВ, значит и потребитель платит по тарифам ВН.

Здесь есть нюанс. Многие такие предприятия получили статус сетевой организации, а значит об опосредствованном присоединении речь уже не идет и определять уровень напряжения для потребителя следует по общим правилам, так как потребитель получается подключен непосредственно к сетевой организации — заводу и уже неважно как к внешней электрической сети подключен сам завод

Пример 3

Потребитель подключается к сетям сетевой организации через цепочку объектов, которые не оказывают услуги по передаче электроэнергии.

Допустим потребитель подключен к сетям предприятия А по уровню напряжения 10 кВ. Предприятие А подключено по уровню напряжения 35 кВ к предприятию Б. Предприятие Б подключено по уровню 110 кВ к сетевой организации. Законодательно такая ситуация не урегулирована, однако есть судебная практика, которая показывает, что уровень напряжения определяется по наивысшему питающему напряжению последней организации в этой цепочке. Таким образом, для нашего гипотетического потребителя тарифный уровень напряжения составит 110 кВ.Такая цепочка посредников может быть сколь угодно длинной — суть не меняется.

Можно ли изменить уровень напряжения

Поскольку, чем выше тарифный уровень напряжения, тем ниже тарифы, у потребителя закономерно может возникнуть желание подключиться по более высокому тарифному диапазону. Однако, если уровень напряжения потребителя уже определен в соответствии с законодательством, законным путем ничего сделать нельзя.

Теоретически возможно подать новую заявку на технологическое присоединение по более высокому диапазону напряжения. Но закон здесь не на стороне потребителя. Сетевые организации отказывают при поступлении таких заявок, так как потребитель уже подключен к внешней электрической сети, а согласно действующему законодательство технологическое присоединение носит однократный характер.

А вот «слететь» с более высокого тарифного диапазона на более низкий можно. Например, при передаче в аренду сетевой организации питающих  линий.

Но этот вопрос мы рассмотрим в статье об особенностях аренды объектов электросетевого хозяйства. 

12. Величина напряжения прикосновения к корпусу заземленного оборудования.

Напряжение прикосновения (рис.4, б) — это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновений к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса и точек почвы, в которых находятся ноги человека (рис.4, б), т.е.

или

.

Величину а называют коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока а меньше единицы, а за пределами этой зоны равен единице). Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через человека при прикосновений,

.

13. Величина напряжения шага при падении неотключенного провода на землю.

Напряжение шага — это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рис.3.16, в).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается а = 80 см) получаем

,

или

.

Аналогично напряжению прикосновения напряжение шага:

,

где — коэффициент напряжения шага, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем  больше).

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

.

14 . Основные технические средства защиты от поражения электрическим током.

Технические средства защиты (ТСЗ) предназначены для уменьшения тока через тело человека до безопасного значения при случайном контакте с токоведущими частями или при необходимости выполнения работ под напряжением. Этот эффект достигается одним из двух способов: либо напряжение прикосновения (то есть напряжение, приложенное непосредственно к телу человека) уменьшается до безопасного значения, либо оно становится равным нулю.

В настоящее время наиболее широко применяют следующие ТСЗ:

• защитное заземление;

• зануление;

• уравнивание потенциалов;

• защитное отключение;

• защитное разделение сетей;

• выравнивание потенциалов;

• защита от опасности перехода высокого напряжения на сторону низшего;

• защитное шунтирование;

• компенсация емкостных токов;

• обеспечение недоступности токоведущих частей;

• контроль изоляции;

• двойная изоляция;

• защитные средства.

15. Заземление.

Заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или с ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Назначение защитного заземления – устранения опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, то есть при замыкании на корпус.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей или животных. При этом в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных по условиям поражения током, а также во внешних установках заземление обязательно при номинальном напряжении электроустановки более 42 В переменного и более 110 В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380 В и выше переменного тока; 440 В и выше – постоянного тока. Только во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от значения напряжения установки.

Заземлению не подлежат корпуса электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленные на заземленных металлических конструкциях, распределительных устройствах, в щитах, шкафах, на станинах станков, машин и механизмов, при условии надежного электрического контакта с заземленным основанием, арматура изоляторов всех типов, растяжки, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных опорах воздушных линий электропередач или на деревянных конструкциях открытых подстанции.

Среднее и среднеквадратичное напряжение — Electronics-Lab.com

Введение

В режиме постоянного тока возможно только одно определение значения напряжения, это значение однозначно и определяется разницей между эталонным значением 0 В и плоская линия сигнала постоянного тока.

Однако в режиме переменного тока может возникнуть путаница, если говорить только об одном значении напряжения. Из простого синусоидального сигнала мы можем, по крайней мере, перечислить четыре различных определения напряжения:0005 рис. 1: Иллюстрация пиковых, средних и среднеквадратичных значений

Пиковое значение соответствует разнице между опорным значением (которое является значением, вокруг которого колеблется сигнал переменного тока) и максимальным значением сигнала. Значение размаха представляет собой пиковое значение, умноженное на коэффициент 2, оно соответствует общей вертикальной ширине сигнала.

В рис. Значения 0012 красного цвета, на которых мы сосредоточимся в следующем уроке.

В двух разделах, разработанных в этой статье, будут отдельно представлены значения Average и RMS , мы увидим, как они определяются, как их определить, и, наконец, мы увидим, что особенного в значении RMS.

Среднее напряжение

Для элементарного симметричного синусоидального, треугольного, прямоугольного или пилообразного сигнала (см. Рисунок 2 и учебник по форме сигнала переменного тока) неясно говорить о среднем значении напряжения, которое мы будем обозначать буквой A в дальнейшем. Действительно, эти типы сигналов в течение половины своего периода положительны, а в течение другой половины отрицательны. Другими словами, сигналы в 50 % случаев находятся над горизонтальной осью и в 50 % — под ней.

Из этого наблюдения легко понять, что если мы рассмотрим среднее значение любого из этих сигналов на полном периоде, оно равно 0 независимо от пикового значения и, следовательно, не имеет значения.

рис. 2: Элементарные синусоидальные, треугольные, прямоугольные и пилообразные сигналы

Мы можем продемонстрировать этот результат, объяснив, как вычислить среднее значение. Для конечного набора значений процесс усреднения состоит в суммировании всех значений (V ₁ , V ₂ , V ₃ …)  и разделив их на кардинальное число N набора (сколько значений в наборе):

Однако для аналогового сигнала невозможно просуммировать все мгновенные значения , также называемые средними ординатами, которые сигнал принимает в течение периода просто потому, что существует бесконечность. Вместо суммирования мы используем операцию интегрирования:

уравнение 1: среднее значение сигнала переменного тока V(t), взятое за полный период , то есть полный период. Член ∫V(t)dt дает значение площади между кривой V(t) и эталоном 0 В. Поскольку операция интегрирования является линейной, этот член можно разделить на две части:

Для элементарного сигнала, такого как представленный в Рисунок 1 , мы видим, что первый и второй члены этой формулы равны, но имеют противоположные знаки, поэтому среднее значение равно 0. Чтобы иметь смысл среднее значение таких сигналов, мы предпочитаем рассматривать отдельно половину положительных и отрицательных периодов, некоторые их значения соответственно выделены красным и зеленым цветом на следующем рисунке 3 :

рис. 3: Некоторые мгновенные значения для положительный полупериод (красный) и отрицательный полупериод (зеленый) синусоидального сигнала

Аналогично Уравнению 1 , мы можем определить отдельно средние значения для положительного полупериода (A ₊ ) и отрицательного полупериода (A _– ):

eq 3: Среднее значение переменного сигнала V (t) взятые для положительного (+) и отрицательного (-) полупериодов

Значение A ₊ и A _– зависит от сигнала, с которым мы имеем дело, и их соответствующих пиковых значений (V _p ) _. Ниже приводится абсолютное значение |A| А+ и А _– для наиболее распространенных элементарных и симметричных сигналов переменного тока:

• Синусоидальная форма волны: |A|=0,637×V _p
• Треугольная форма сигнала: |A|=0
• Прямоугольная форма волны: |A|=V _p
• Пилообразный сигнал: |A|=0,5×V _p

Мы можем завершить этот раздел, сказав, что когда мы хотим усреднить сигнал, мы должны указать точность, выполняется ли процесс на полном периоде или на меньшем значении. Для элементарных и симметричных сигналов переменного тока усреднение по полному периоду всегда дает результат 0 В независимо от частоты, пикового значения или периода. По этой причине целесообразнее усреднять эти сигналы в течение их полупериодов.

Среднеквадратичное значение напряжения

Среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение. Эта операция аналогична представленному ранее среднему значению, но вместо этого мгновенные значения возводятся в квадрат, а общая дробь извлекается из корня:

По тем же причинам, что и ранее, мы используем операцию интегрирования, чтобы определить V _RMS для аналогового сигнала:

eq 4: среднеквадратичное значение сигнала переменного тока V(t) периода T

В отличие от среднего значения, среднеквадратичное значение всегда определяется для полного периода сигнала, действительно нет никакой возможности путаницы, чтобы определить это значение.

В качестве примера определим среднеквадратичное значение синусоидального сигнала с пиковым значением V _p и угловой пульсацией ω V(t)=V _p ×sin(ωt) . Заметим f частоту, которая удовлетворяет f=ω/2π и T=1/f период.

Прежде всего, мы вычисляем интегральный член, который мы отмечаем I:

Мы используем тригонометрическое тождество sin ² (x)=(1-cos(2x))/2 для продолжения:

Вычисление скобки между 0 и T дает 2π/ω=T . Следовательно, член интегрирования окончательно равен (πV _p ² )/ω . Из уравнения 4 мы видим, что нам все еще нужно умножить на 1/T, что приводит к [(πV _p ² )/ω]×[ω/(2π)]=V _p ² /2 на срок под корень.

Наконец, после извлечения корня окончательное выражение для среднеквадратичного значения синусоидального сигнала будет иметь вид:

Ниже перечислены среднеквадратичные значения, которые могут быть вычислены тем же методом, что и приведенный выше пример синусоиды для элементарных и симметричных сигналов, указанных в предыдущем разделе: /√2

Треугольник и пилообразный сигнал: V _RMS =V _p /√3

Прямоугольная форма волны: V _RMS =V _P

Важно отметить, что V _RMS >|A|, среднеквадратичное значение всегда больше, чем абсолютное значение среднего.

Принципиальным для понимания значения RMS является то, что оно создает связь между режимами постоянного и переменного тока в соответствии со следующим Рисунок 4 :

рис. 4: Сходство между режимами переменного и постоянного тока

Среднеквадратические значения напряжения и тока являются значениями, которые развивают ту же мощность на сопротивлении в режиме постоянного тока.

Заключение

Средние и среднеквадратичные значения можно легко измерить современными вольтметрами или осциллографами и предоставить информацию о сигнале переменного тока.

Численный подход к усреднению состоит в суммировании всех значений сигнала и делении суммы на количество значений. Для реальных сигналов мы предпочитаем использовать операцию интегрирования, которая представляет собой расширение суммы для бесконечного набора значений.

Для среднего значения возможны два определения, в зависимости от того, выполняется ли усреднение за полный период или за половину периода. Симметричные сигналы характеризуются средним значением 0 на полном цикле . Среднее значение за полный цикл отличается от 0 только в том случае, если в сигнале присутствует постоянная составляющая или если сигнал несимметричен относительно горизонтального эталона. Усреднение по полупериоду также может быть выполнено для того, чтобы охарактеризовать по-разному симметричные сигналы.

Среднеквадратичное значение определяется аналогично среднему значению, но вместо этого каждое значение суммы возводится в квадрат, а окончательный результат укореняется. Среднеквадратичное значение всегда выше абсолютного значения среднего и устанавливает связь между режимами переменного и постоянного тока, поэтому оно особенно используется инженерами.

Калькулятор среднеквадратичного значения напряжения

— от среднего значения, пикового и пикового значения до пикового значения

Содержание

С помощью этого калькулятора можно рассчитать среднеквадратичное значение напряжения (В _RMS ) синусоидальной волны из различных связанных значений, таких как среднее значение (V _AV ), пиковое или максимальное значение (V _P или V _MAX ) и размах (V _P-P ).

• Связанный пост: Калькулятор пикового напряжения и размаха напряжения

Как рассчитать среднеквадратичное значение напряжения?

Как обсуждалось ранее о среднеквадратичном (RMS) или V _RMS напряжении, это напряжение, эквивалентное постоянному току синусоиды, т.е. если среднеквадратичное значение напряжения составляет 230 В _AC генерирует 60 Вт тепла при подключении к нагревательному элементу, такому как резистор, такое же количество тепла может генерироваться через источник постоянного напряжения 230 В _DC при подключении к тому же нагревательному элементу, который был подключен ранее в цепи переменного тока.

Мы покажем различные уравнения для расчета среднеквадратичного напряжения с прикладными формулами и решенными примерами, как показано ниже.

Связанный калькулятор: Калькулятор значений 3-, 4-, 5- и 6-полосных резисторов

Уравнения для калькулятора среднеквадратичных значений

Поскольку калькулятор среднеквадратичного напряжения связан со средним значением (V _AV ), пиковым или максимальным значением (VP или V _MAX ) и размахом (V _P-P ), следующие связанные уравнения для среднеквадратичного напряжения калькулятор показан на рис. 2.

Пиковое значение: V _P или V _MAX

Максимальное значение, положительное или отрицательное, переменной величины (например, напряжения или тока) известно как его амплитуда форму сигнала, максимальное значение или пиковое значение. Обозначается V _P , I _P  или E _MAX  и I _MAX .

В _P = √2 x В _RMS

Используя приведенную выше формулу, мы можем найти среднеквадратичное значение напряжения следующим образом:

Пример: 

Предположим, что значение пикового напряжения равно 325 В переменного тока, значение среднеквадратичного значения напряжения будет:0011 229,80 В _СКЗ

Связанный пост: Калькулятор пикового напряжения и размаха напряжения

Размах  Значение (V _PP )

Сумма положительных и отрицательных пиковых значений в синусоиде называется размахом. Он выражается как I _PP или V _PP .

В _PP = 2√2 x В _СКЗ

Используя приведенную выше формулу, мы можем найти среднеквадратичное значение напряжения следующим образом:

V _ОБРАТА = 0,35355 x V _PP

Пример:

Предположим, что пиковое пиковое значение составляет 340VAC, значение RMS-напряжения будет:

V _{4141411111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111. 0,35355 x 340 В = 120,2 В RMS}

Связанные калькуляторы:

• Калькулятор размеров электрических проводов и кабелей (медь и алюминий)
•  Усовершенствованный калькулятор падения напряжения и формула падения напряжения

Среднее напряжение Значение (В _AV )

Если мы преобразуем синусоиду переменного тока (AC) в волну постоянного тока (DC) через выпрямители, то преобразованное значение в DC известно как среднее значение этой синусоидальной волны переменного тока.