Основы электротехники
Есть много основ электротехники, которые вы действительно должны знать в любое время, даже в середине ночи! Основами, которые мы обсудим здесь, являются текущие системы и уровни напряжения в системах передачи и распределения.
Текущие системы (AC / DC) и уровни уровней напряжения, которые вы никогда не должны забывать
Содержание:
-
Текущие системы
- Прямые токи (dc)
- Переменный ток (переменный ток)
- Преимущество переменного тока для распределения
-
Значения напряжения
- Стандартные линейные напряжения
- Напряжение между живыми проводниками и напряжением до нейтрального
-
Системы напряжения
- Высоковольтные потолочные системы
- Высоковольтная однофазная система
- Высоковольтная трехфазная система
- Фазовая последовательность
- Низковольтная однофазная 2-проводная верхняя система
- Низковольтная однофазная 3-проводная система
- Низковольтная трехфазная 4-проводная система
- Высоковольтная однопроводная система возврата земли (SWER)
Текущие системы
Электрические токи имеют три класса:
- Прямой (DC)
- Чередование (ac) и
- Пульсирующий
Электрические работники по распределению и передаче в основном связаны с переменными токами. Пульсирующие токи в этой статье не обсуждаются.
Прямые токи (dc)
Система постоянного тока (постоянного тока) - это система, в которой ток течет в одном направлении в проводниках этой системы. Обычным примером является автомобильный аккумулятор, который имеет два терминала, один положительный (+) и другой отрицательный (-).
Принятое соглашение состоит в том, что ток протекает от положительного терминала к внешней цепи и возвращается к отрицательной клемме.
За последние годы была разработана высоковольтная передача электроэнергии постоянным током. Однако в общем случае распределение постоянного тока ограничено использованием в:
- Трамвайные и тяговые системы с напряжением обычно 600В;
- Железнодорожные системы тяговой тяги с напряжением 1, 5 кВ между железнодорожным и воздушным коллекторным проводом;
- Лифты, печатные машины и различные машины, где желательно плавное управление скоростью;
- гальванических; а также
- Зарядка батареи.
Обычно системы постоянного тока имеют 2-проводные или 3-проводные типы. В 2-проводной системе один провод положительный, а другой отрицательный. Разница в потенциале трамвайных путей составляет 500 В с отрицательным рельсом, а в железнодорожной системе постоянного тока разница в потенциале составляет 1, 5 кВ, опять же с отрицательным рельсом.
В трехпроводной системе стандартное напряжение составляет 460 и 230 В. Есть три провода, один из которых имеет 230 В положительный (или потенциал + 230 В), второй отрицательный 230 В (или - 230 В), третий - «общий» или нейтральный - с нулевым потенциалом (см. Рис. 1).
Питание при напряжении 230 В берется из «внешнего» (или положительного) и общего проводников, или из «внутреннего» (или отрицательного) и общего проводников.
Рисунок 1 - Потенциал в 3-проводной системе
Энергия для двигателей на 480 В берется из внешнего и внутреннего проводников.
Вернуться к содержанию ↑
Переменный ток (переменный ток)
Поток переменного тока (переменного тока) протекает в электрической цепи, которая питается переменным напряжением. Это напряжение является тем, которое регулярно меняет свое направление направления, и это вызвано методом его генерации.
Проще говоря, генератор представляет собой медный змеевик, который установлен на валу между противоположными полюсами магнита. Когда вращается вал, медь режет магнитное поле, и на концах катушки появляется напряжение.
Генератор (или генератор) показан на рисунке 2 (слева).
Рисунок 2 (слева) - простой генератор переменного тока; Рисунок 3 (справа) - форма волны переменного напряжения
Когда катушка вращается на один оборот, напряжение следует за изменением, показанным на рисунке 3 (справа). Когда катушка находится под прямым углом к магнитному полю, она не разрезает поле, а напряжение равно нулю. Максимальная скорость резки происходит, когда катушка находится в соответствии с магнитным полем, и есть максимальный выход напряжения.
От нуля до максимума и от максимума до нуля происходит в половине оборотов, а напряжение возрастает и падает. В следующем полуволне генерируемое напряжение противоположно первой половине. Один полный оборот катушки создает один «цикл» вариации.
Количество циклов напряжения за одну секунду называется частотой подачи, и дается название Hertz (Гц). Стандартная частота в Австралии и большинстве стран составляет 50 Гц.
Вернуться к содержанию ↑
Преимущество переменного тока для распределения
Переменный ток имеет важное преимущество перед постоянным током в том, что напряжение может быть изменено трансформаторами на высокое значение для передачи на большие расстояния, а затем уменьшено в точке поставки потребителя на более низкий уровень, подходящий для работы огней, двигателей и других приборов.
Поскольку мощность = вольт × А, при одном и том же уровне мощности можно использовать высокое напряжение, чтобы ток можно было поддерживать на низком уровне, тем самым минимизируя падение напряжения.
Поэтому передача высоких уровней мощности требует:
- Сопротивление линии передачи должно быть как можно меньше
- Ток линии передачи должен быть как можно ниже
Первое условие не всегда может быть выполнено, так как ему нужны проводники большой площади поперечного сечения. Большие проводники дороги, и их большой вес потребует сильной и дорогостоящей поддержки.
С другой стороны, второе условие может быть достигнуто повышением напряжения линии электропередачи, так что уровни высокой мощности могут передаваться с относительно небольшими токами. Небольшие токи, в свою очередь, требуют относительно небольшой площади поперечного сечения, легких проводников с соответственно более легкими опорами.
Поэтому, когда задействованы высокие уровни мощности, общепринято использовать высокие передаточные напряжения и относительно небольшие токи с соответственно небольшими падениями напряжения.
Это условие намного более эффективно, чем если бы эквивалентный уровень мощности передавался при низком напряжении и высоком токе с относительно высоким падением напряжения.
Трансформаторы используются для обеспечения высоких напряжений, необходимых для передачи высоких уровней мощности на большие расстояния. В соответствии со значением используемого напряжения линии электропередачи необходимо изолировать проводники от утечки на землю.
Вернуться к содержанию ↑
Значения напряжения
В дальнейшем «напряжение» означает напряжение между проводниками. Используемые стандартные значения напряжения:
- Дополнительное низкое напряжение (ELV) - означает любое напряжение не более 50 В переменного тока или 120 В без пульсаций постоянного тока
-
Низкое напряжение - означает любое напряжение, превышающее 50 В переменного тока или 120 В без пульсаций постоянного тока, но не превышающее 1 кВ или 1, 5 кВ постоянного тока
Таким образом, нормальное напряжение 240 В и 415 В, поставляемое большинству клиентов, является «низким напряжением».
- Высокое напряжение (HV) - средство и напряжение, превышающее 1 кВ или 1, 5 кВ постоянного тока
- Высокое напряжение (EHV) означает любое напряжение, превышающее 220 кВ.
Вернуться к содержанию ↑
Стандартные линейные напряжения
Стандартные линейные напряжения:
| Линейные напряжения | Применение |
| 240 / 415В (3 фазы) | Используется для установки клиентов |
| 240/480 В (1 фаза) | |
| 6.6kV | Используется для распределения городских и сельских высоковольтных |
| 11кВ | |
| 22 кВ | |
| 12, 7 кВ (SWER) | |
| 22 кВ | |
| 33 кВ | Используется для субпередачи больших уровней мощности при распределении по средним расстояниям |
| 66kV | |
| 110kV | Используется для передачи больших уровней мощности на большие расстояния |
| 220V | |
| 330кВ | |
| 500кВ |
Вернуться к содержанию ↑
Напряжение между живыми проводниками и напряжением до нейтрального
Напряжение между любыми двумя живыми проводниками часто называют «линейным напряжением». Напряжение к нейтрали, часто называемое «фазным напряжением», представляет собой напряжение между любым живым проводником и нейтральной точкой или землей системы.
Рисунок 4 - Трехфазная система с заземленной нейтралью
На рисунке 4 показаны линейное и фазное напряжения в трехфазной системе. Нейтральная точка обычно заземлена на конце подачи (по соображениям защиты и безопасности), и каждый жильный проводник тогда имеет определенный потенциал для заземления.
Например, в трехфазной системе с напряжением 11 кВ напряжение между любыми двумя живыми проводниками дает линейное напряжение 11 кВ, а напряжение между любым живым проводником и нейтралью (или землей) дает фазовое напряжение 6, 35 кВ.
Вернуться к содержанию ↑
Системы напряжения
Высоковольтные потолочные системы
Две системы, наиболее часто используемые для передачи и распространения:
- Один этап
- Трехфазный
Вернуться к содержанию ↑
Высоковольтная однофазная система
Эта система обычно связана с распределением уровней низкой мощности на относительно небольших расстояниях. Однофазные системы обычно подаются из трехфазной линии.
Однофазная линия состоит из двух проводников, не связанных непосредственно с общей массой земли. В этой системе нет нейтрального проводника (см. Рис. 5).
Обычно используется трехфазная система заземления (в нейтральной точке трансформатора или генератора, подающего систему) либо твердое, либо через некоторое ограничение по току (для целей безопасности и защиты). Поскольку однофазная HV-система является частью трехфазной HV-системы, каждая фаза однофазной системы имеет определенное напряжение на землю.
По соображениям безопасности важно помнить, что каждая фаза жива на земле и что между каждой фазой и оборудованием, подключенным к земле, существует определенное напряжение.
Рисунок 5 - Трехфазная система высокого напряжения с однофазным шпоном
Вернуться к содержанию ↑
Высоковольтная трехфазная система
Эта система широко используется для передачи высоких уровней мощности, а также является стандартной системой, используемой для распределения и ретикуляции.
Он состоит из трех проводников, каждый из которых называется «фазой». Для стандартизации идентификации фаз они называются фазами A, B и C или соответственно красной, белой и синей фазами.
Напряжение в каждой фазе чередуется, аналогично переменному напряжению, показанному на рисунке 3, но одно следует другому в обычном порядке (см. Рис. 6).
Рисунок 6 - Представление трех синусоидальных волн в трехфазной системе
Сначала Brie y, фаза A достигает максимального положительного значения, затем следует фаза B, затем фаза C и т. Д. Порядок, в котором фазы достигают своего пика, называется последовательностью фаз.
Вернуться к содержанию ↑
Фазовая последовательность
Существенно, что порядок фазовых последовательностей и тождество A, B и C известны. В приведенном случае порядок последовательности фаз составлял от A до B до C, потому что напряжение в фазе B достигало своего максимального значения после этого в фазе A, а напряжение на фазе C достигало своего максимального значения после этого в фазе B.
Фазовая последовательность имеет важное значение для направления вращения трехфазных электродвигателей переменного тока, которые зависят от последовательности фаз и относительного положения трех фаз, подключенных к клеммам двигателя.
Реверсирование в порядке последовательности фаз (например, путем замены любых двух из трех проводов, подключенных к его основным клеммам) приведет к тому, что двигатель будет работать в обратном направлении вращения.
По этой причине важно, чтобы электрические работники знали, что произойдет, если произойдет непреднамеренное изменение положения фаз, поставляющих завод, на котором установлены двигатели.
Вернуться к содержанию ↑
Низковольтная однофазная 2-проводная верхняя система
В этой системе есть два проводника, один из которых обычно заземлен на трансформаторе и известен как «нейтральный », в то время как другой известен как «живой», «активный» или «фазовый» проводник.
Напряжение между фазой и нейтралью номинально составляет 240 В, поэтому напряжение фазы или активного проводника на землю также составляет 240 В (см. Рис. 7).
Рисунок 7 - Однофазная 2-проводная система
Вернуться к содержанию ↑
Низковольтная однофазная 3-проводная система
В некоторых сельских районах зачастую более экономично устанавливать однофазную высоковольтную линию, экономя затраты на третью фазу высокого напряжения и подавая нагрузку путем перехода через трансформатор к 3-проводной системе. Один проводник заземлен и известен как нейтральный, в то время как другие проводники являются «активными». (см. рис. 8).
Рисунок 8 - Однофазная 3-проводная система
Напряжение между любыми активами и нейтралью составляет 240 В, а напряжение между двумя активными проводниками - 480 В. Это эквивалент переменного тока трехпроводной системы постоянного тока. Это облегчает поставку больших нагрузок или нагрузок на большие расстояния от трансформатора, чем однофазная 2-проводная система.
Половина внутренней нагрузки 240 В подключается между одной активной и нейтральной, а другая половина между другой активной и нейтральной. Это уравновешивает нагрузку на каждую фазу и уменьшает, если не устраняет, остаточный ток в нейтрали.
Вернуться к содержанию ↑
Низковольтная трехфазная 4-проводная система
Эта система использует четыре проводника и широко используется во всех областях, где считается экономичным подавать большие объемы энергии для промышленных и бытовых целей.
Система показана на рисунке 9 - a, b и c являются активными проводниками, а n - нейтралью, которая связана с «звездой» трансформатора. Обычно «звездная точка» заземляется, как показано на рисунке.
Рисунок 9 - Трехфазная система с заземленной нейтралью
Стандартное напряжение между активами составляет 415 В, а напряжение между любыми активами (a, b и c соответственно), а нейтраль - 240 В.
Та же фазовая зависимость «фазовой последовательности» существует на LV, как и на стороне высокого напряжения трансформатора, поэтому при обновлении сети необходимо соблюдать осторожность, чтобы не нарушать последовательность фаз при подаче нагрузки двигателя.
Вернуться к содержанию ↑
Высоковольтная однопроводная система возврата земли (SWER)
Силовая система, известная как система SWER, использует только один провод HV с заземлением, используемым в качестве обратного проводника (см. Рис. 10).
Эта система была впервые разработана в Новой Зеландии и теперь используется в Австралии, Южной Африке и многих других странах. Он может иметь большие экономические преимущества в холмистых районах, где нагрузка относительно светлая, где задействованы большие расстояния и где линия может быть натянута с вершины хребта на вершину хребта.
Из-за, как правило, более низкого импеданса цепи от земли к земле, он обычно имеет лучшее регулирование напряжения, чем обычная однофазная 2-проводная схема.
Чтобы ограничить шумовые помехи в телекоммуникационных системах, количество допустимого тока заземления в цепи возврата земли ограничено. Кроме того, должно быть минимальное расстояние между линиями SWER и любыми линиями электросвязи.
Для изоляции линии SWER от основной линии распределения используется специальный трансформатор. Линейное напряжение SWER составляет 12, 7 кВ на землю. Распределительные трансформаторы, подключенные к линии SWER, могут быть либо однофазными 2-проводными источниками питания 240 В, либо однофазными 3-проводными источниками питания 240/480 В.
Особое внимание должно быть уделено хорошему заземлению трансформаторов на однопроводной линии и защите этих заземляющих проводов от физического повреждения.
Рисунок 10 - Однопроводная система возврата земли
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Справочник по работе на рабочем месте VESI