Основны электрических сетей: номинальное напряжение, режимы работы нейтрали

Выбор режима работы нейтрали

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

Глухое заземление нейтрали может выполняться на напряжении 220/ 127, 380/220, реже — 660/380 В. Нулевой провод в четырехпроводной сети обеспечивает равенство фазных напряжений при неравномерной загрузке фаз от однофазных электроприемников.

Трехфазные сети с заземленной нейтралью позволяют питать совместно трех- и однофазные нагрузки, например, трехфазные — на линейном напряжении 380 В, однофазные — на фазном напряжении 220 В. : Установки с изолированной нейтралью применяются в условиях с повышенными требованиями к безопасности (торфяные разработки, угольные шахты, передвижные электроустановки), Электроустановки напряжением выше 1 кВ по виду режима нейтрали подразделяются на: электроустановки в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).

В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше используется эффективное заземление нейтрали.

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

Электрические сети напряжением 6—35 кВ выполняются с изолированной или компенсированной, т.е. соединенной, например, через индуктивность (дугогасящую катушку), нейтралью.

В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю через место повреждения будут проходить емкостные токи, обусловленные напряжением и емкостью неповрежденных фаз.

Включение в нейтраль активных или реактивных сопротивлений вызвано необходимостью ограничения емкостных токов на землю. Так, эти токи не должны превышать в нормальных режимах: в сетях 3—20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях, и во всех сетях 35 кВ — 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях: при напряжении 3—6 кВ — 30 А, при 10 кВ — 20 А, при 15—20 кВ — 15 А.

История вопроса

Эталон напряжения

14 июля 1729 года произошло великое событие: Стивен Грей догадался проводить статическое электричество по шёлковым нитям и прочим материалам, создав первую цепь. До внедрения электричества предприятиям приходилось располагаться прямо на берегах рек. Что неудобно. Гораздо проще строить заводы вблизи ресурсов.

Сложно вести разработку природных ресурсов вдали от источников энергии. Людская сила не заменит электричество. Первой попыткой передать энергию на расстояние стал коммерческий телеграф в 1837 году длиной линии 20 км. Этим доказано, что возможно передавать энергию на дальние расстояния и выполнять там при помощи неё работу. Пятью годами ранее сэр Джозеф Генри демонстрировал устройство с бухтой провода в милю. Электромагнит поднимал весьма солидный даже по нынешнему времени груз.

Все совершалось при помощи вольтова столба – набора из кружков меди и цинка, разделённых слоем мокрой ткани, пропитанной солёной водой. Первая серьёзная конструкция появилась в 1836 году. Она стала первым эталоном номинального напряжения, измерявшего прочие источники, к примеру, термоэлектрические генераторы. Джон Фредерик Дэниэл пытался решить затруднение выделения газа (водорода) гальваническим источником при работе. Это привело его к идее использования двух электролитов вместо одного.

Дэниэл основывался на докладе профессора Дэви за 1801 год о химической природе вольтова столба, как результата оксидирования металла. Позднее тема затрагивалась Беккерелем. Дэниэл решил проверить электрохимические опыты Фарадея и искал подходящий источник. Как результат, появился новый тип гальванического элемента:

• Исходная конструкция:

1. В центре чаши находился цинковый стержень, окружённый бычьим пищеводом. Внутрь заливался слабый раствор цинковой кислоты.
2. Вкруг пищевода шёл полый медный цилиндр диаметром 3,5 дюйма, заполненный слабым раствором сульфата меди. Цилиндр покрывался перфорированным диском, сквозь который в центре проходили пищевод быка и цинковый стержень.
3. На нижней грани медного диска находились крупные кристаллы сульфата меди, не дававшие раствору выйти из насыщения.

• Реконструкция (см. рис.):

1. В центре чаши находится медный полый цилиндр (см. рис.), погруженный в раствор сульфата меди.
2. Конструкция умещается внутри мембраны из пищевода быка.
3. Снаружи располагался цинковый полый цилиндр, покрытый амальгамой и чуть меньшей высоты, окружённый слабым раствором серной кислоты.

Неизвестно, что привело учёного к столь экзотической конструкции, но она действовала потрясающе. За сто лет до события учёного точно обвинили бы в колдовстве. В 1881 году на Международной конференции электриков решено, что напряжение, выдаваемое одной ячейкой Дэниэла, станет называться 1 В. Эта величина и сегодня используется для измерения номинального напряжения. С оговоркой: действительный потенциал ячейки Дэниэла при температуре 25 градусов Цельсия равен 1,1 В.

Конструктор отмечал, что бычий пищевод возможно заменить фаянсом, но эксплуатационные характеристики ячейки становились хуже. Позже Джон Гасьё предложил использовать неглазированный фарфор в качестве пористой мембраны. Высокое внутреннее сопротивление ячейки обуславливало малый ток, но постоянность потенциала (1,1 В) оказалась быстро замечена, и гальванический элемент использовался в качестве эталона до официального признания таковым в 1881 году. С этого времени говорят о номинальном напряжении.

Поставки энергии

Уже в 1843 году Луис Делеуи при помощи ячеек Бунзена и электрической дуги осветил Площадь Согласия в Париже. Это важный момент, как видно дальше, на французские шоу равнялись прочие видные деятели того времени.

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

Двухтонный двигатель на 600 оборотов, построенный по проекту Блэквэлла считается первой попыткой создания полностью автоматического парового генератора тока. В паре с ним использовался механический коммутатор для спрямления переменной составляющей. В 1858 году подобные генераторы начали использоваться в качестве оборудования английских маяков. Результат не превзошёл ожидания, но совершился первый шаг к поставкам энергии для нужд человечества.

Параллельно шли демонстрации электрического освещения во Франции. Там новинка служила скорее для развлечения публики. К началу 70-х годов отдельные маяки прочно перешли на электричество, включая одесский. На сцену выходят немцы, прежде остававшиеся в тени английских и французских экспериментов. Организатору и затейнику Оскару фон Миллеру захотелось превзойти иностранцев. Он заказал организовать передачу электрической энергии на расстояние 35 миль. Что стало первой высоковольтной сетью в мире.

Номинал всегда обозначен

Таблица зависимости мощности автомата от сечения провода

В каждой электрической проводке происходит разделение на определенные группы. Соответственно каждая группа использует электрический провод или кабель с определенным сечением, а защита обеспечивается автоматом с наиболее подходящим номиналом.

Таблица поможет выбрать автоматический выключатель и сечение кабеля в зависимости от предполагаемой нагрузки электрической сети, рассчитанной заранее. Таблица помогает сделать правильный выбор автомата по мощности нагрузки. При расчете токовых нагрузок следует помнить, что расчеты нагрузки одного потребителя и группы бытовых приборов различаются между собой. При расчетах необходимо учитывать и разницу между однофазным и трехфазным питанием.

Автоматический выключатель предназначается для защиты электрической сети, к которой подключены потребители. При этом суммарная мощность потребителей не должна превышать мощность самого автомата. Поэтому необходимо правильно проводить выбор автомата по мощности нагрузки. Как это можно сделать, существует ли один способ выбора или их несколько?

Зачем повышать номинал напряжения

В разделе о двухполюсных автоматах дан краткий экскурс в развитие цепей передачи. Показано, что вольтаж постоянно стремились повысить. Это требуется для обеспечения приемлемого КПД, который сегодня не опускается ниже 90%. Объясняется это через закон Ома для участка цепи:

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

Согласно закону Ома эти величины, включая напряжение, связаны. Чем больше напряжение, тем меньше ток при аналогичной переданной мощности. Следовательно, пониже и потери. Получается, при передаче энергии на большие расстояния сечение провода требуется повышать, как и номинальное напряжение. Уже в 1923 году по линии пропускали 220 кВ. Все 20-е немецкая компания RWE AG строила такие трассы. Одна пересекает Рейн, переброшенная через два пилона высотой 138 метров в районе Фёрде. С 20-х годов необходимость располагать предприятия рядом с электростанциями отпала окончательно.

Параллельно шёл процесс электрификации США. Первая ГЭС на Ниагаре построена ещё в 90-х годах XIX века, не трёхфазная. Система Николы Теслы состояла из 4-х проводов и легко могла быть переоборудована. За описанными событиями номиналы напряжений линий передач росли:

1. Германская линия в Роммерскирхене оказалась первой на номинальное напряжение 380 кВ. Одновременно аналогичная трасса, проложенная через Мессинский пролив, введена в эксплуатацию в Италии.
2. США, СССР и Канада одновременно вводят в эксплуатацию линии номинальным напряжением 750 кВ в 1967 году.
3. В 1982 году самая высоковольтная линия введена между Электросталью и Экибастузом. Три фазы переменного тока номинальным напряжением 1,2 МВ.
4. В 1999 году Япония строит линию Кита-Иваки номинальным напряжением 1 МВ.

С начала XXI века за постройку высоковольтных линий взялся Китай.

Введение

Настоящий стандарт устанавливает номинальные напряжения для электрических систем, сетей, цепей и оборудования переменного и постоянного тока, которые применяют в странах — членах Международной электротехнической комиссии.

Настоящий стандарт по построению, последовательности изложения требований, нумерации разделов и подразделов полностью соответствует стандарту IEC 60038:2009. По сравнению со стандартом IEC 60038:2009 настоящий стандарт дополнен обновленными ссылками на международные стандарты и определениями терминов.

Наименьшее используемое напряжение в Таблице А.1 Приложения А настоящего стандарта определено для максимального падения напряжения между вводом в электроустановку пользователя и электрооборудованием, которое равно 4%. Такое максимальное падение напряжения в электрических цепях электроустановки было указано в ранее действовавшем стандарте IEC 60364-5-52:2001. В Таблице G.52.1 действующего в настоящее время стандарта для электроустановок, подключаемых к электрическим сетям общего пользования IEC 60364-5-52:2009, установлены иные значения максимального падения напряжения:

• для электрических светильников — 3%;
• для других электроприемников — 5%.

Условия нормальной работы электрической сети

Для стабильной работы электроприёмников, должно соблюдаться следующее правило равенства напряжений: номинальное напряжение электроприемников должно равняться номинальному напряжению электросети. Uном.эп =Uном.сети. Но обеспечить такое равенство, при котором не будет, ни потерь, ни убытков на практике не возможно.

Нагрузка электроприёмников не может быть постоянной, она меняется и отклоняется от номинального значения. Принята допустимая зона отклонения напряжения электроприёмника в ±5%.

Кроме этого, протяженность ЛЭП предполагает потерю напряжения на линии, а это значит, что напряжение у приёмника будет меньше, напряжения у источника. Разница напряжений и будет величина потерь.  Это учитывается при проектировании и по ГОСТ, напряжения (ном.) вырабатываемые генераторами, должны быть на 5% больше необходимого напряжения сети.

Шкала номинальных напряжений электроустановок

Номинальным напряжением

(Uном) называется действующее значение линейного напряжения, при котором электроустановки могут работать нормально и развивать мощность, указанную в паспорте (номинальную мощность).

Номинальное напряжение сети это то напряжение, которое необходимо для нормальной работы электроприемников, оно совпадает с номинальным напряжением приемников. Номинальное напряжение генераторов, также как и для вторичных обмоток трансформаторов принимается на 5 % выше номинального напряжения сети. Это вызвано необходимостью учета потерь напряжения, вызванных протеканием тока по проводам сети и поддерживать у потребителя номинальное напряжение.

Номинальные напряжения установлены для согласования режимов работы всех элементов систем электроснабжения, начиная от генераторов электрических станций и кончая самыми удаленными электроприемниками. На эти же напряжения изготовляют электрическое оборудование.

Согласно ПУЭ имеются две категории напряжения до

и
свыше 1000 В
. Шкала номинальных линейных напряжений электроустановок свыше 1000 В определяется ГОСТ 721-77, до 1000 В – ГОСТ 21128-83 (см. таблицы 1.1 – 1.3).

Таблица 1.1 – Шкала номинальных напряжений электроустановок до 1000 В

<td>36; 42; (230/133); 400/230; 690/400<td>36; (40); 42; (220/127); 380/220; 660/380

Вид тока	Номинальное напряжение
источников и преобразователей	СЭС, сетей и приемников
Постоянный	(6); 12; 24; (28,5); 36; 48; 60; (62); 115; 230; 460	(6); 12; 24; (27); 36; 48; 60; 110; 220; 440
Переменный: однофазный трехфазный	(6); 12; 24; (28,5); 36; 42; (62); (115); (133); 230	(6); 12; 24; (27); 36; (40); 42; (60); (110); (127); 220; 380

Таблица 1.2 – Шкала номинальных напряжений электроустановок свыше 1000 В

<td>6; 6,3*6,3; 6,6<td>6; 6,3*6,3; 6,6<td>10; 10,5*10,5; 11<td>10; 10,5*10,5; 11<td>20; 21*<td>35; 36,7538,5

Сети и приемники	Генераторы и синхрон-ные ком-пенсаторы	Трансформаторы и автотрансформаторы
без РПН	с РПН
первичные обмотки	вторичные обмотки	первичные обмотки	вторичные обмотки
(3)	(3,15)	(3); (3,15)*	(3,15); (3,3)	—	(3,15)
6,3
10,5
—	38,5
—	—	110; 115	115; 121
(150)	—	—	(165)	(158)	(158)
—	—	220; 230	230; 242
—
—	—
—	—
—	—

Таблица 1.3 – Классификация и применение напряжений

Напряжение, кВ	до 1 кВ	(3) 6 – 35	110 – 220	330 – 750	1150, 1500
Охват территории	местные сети	район	регион
Назначение	распределительные	системообразующие

При увеличении номинального напряжения сети возрастает стоимость электрооборудования. С другой стороны, при снижении напряжения увеличиваются потери мощности и энергии, так как возрастает ток при той же передаваемой мощности. Примерная зависимость приведенных затрат от напряжения показана на рисунке 1.4.

Напряжение, при котором затраты имеют минимум, называется рациональным

. Рациональное напряжение зависит от длины линий и передаваемо мощности и может быть определено:

— по специальным таблицам;

— по номограмма;

— по эмпирическим формулам.

При определении рационального нестандартного напряжения по эмпирическим формулам (в кВ) можно воспользоваться, например, формулой Стилла:

где P

– передаваемая расчетная активная мощность на одну цепь, МВт;

L

– длина линии, км.

Эта формула дает приемлемые результаты при L

≤ 250 км и
P
≤ 60 МВт.

При L

≤ 1000 км и
Pр
≥ 60 МВт в расчетах рационального напряжения можно использовать формулу Залеского

Также для расчетов довольно часто применяют формулу Илларионова, дающую удовлетворительные результаты для шкалы напряжений от 35 до 1150 кВ при больших протяженностях линии и значительных мощностях, особенно при P

≥ 1000 МВт:

Обычно рациональное напряжение сети определяется для наиболее протяженного участка и (или) участка наибольшей мощности.

Результатом расчета по приведенным выше формулам является нестандартное рациональное напряжение, поэтому после расчета обычно намечают два ближайших стандартных напряжения (больше и меньше рационального). Окончательно номинальное напряжение электрической сети выбирается путем технико-экономического сравнения. При учебном проектировании допускается округлять рациональное напряжение до одного ближайшего стандартного.

Следует отметить, что при реальном проектировании выбор номинального напряжения весьма ограничен. Как правило, электрическая сеть не проектируется «с нуля», а представляет собой динамически развивающийся объект. Поэтому проектирование сводится к развитию сети, когда новые отдельные участки необходимо привязать к уже существующей сети. В этих условиях номинальное напряжение новых участков во многом предопределено уже имеющимися в районе напряжениями.

Пример выбора сечения кабеля на напряжение 10 кВ

Требуется выбрать сечение кабеля на напряжение 10 кВ для питания трансформаторной подстанции 2ТП-3 мощностью 2х1000 кВА для питания склада слябов на металлургическом комбинате в г. Выкса Нижегородская область. Схема электроснабжения представлена на рис.1. Длина кабельной линии от ячейки №12 составляет 800 м и от ячейки №24 составляет 650 м. Кабели будут, прокладываться в земле в трубах.

Таблица расчета электрических нагрузок по 2ТП-3

Наименование присоединения	Нагрузка	Коэффициент мощности cos φ
Активная, кВт	Реактивная, квар	Полная, кВА
2ТП-3 (2х1000 кВА)	955	590	1123	0,85

Трехфазный ток КЗ в максимальном режиме на шинах РУ-10 кВ составляет 8,8 кА. Время действия защиты с учетом полного отключения выключателя равно 0,345 сек. Подключение кабельной линии к РУ осуществляется через вакуумный выключатель типа VD4 (фирмы Siemens).

Рис.1 –Схема электроснабжения 10 кВ

Сечение кабельной линии на напряжение 6(10) кВ выбирают по нагреву расчетным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Выбираем кабель марки ААБлУ-10кВ, 10 кВ, трехжильный.

1. Определяем расчетный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены).

где: n – количество кабелей к присоединению;

2. Определяем расчетный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

3. Определяем экономическое сечение, согласно ПУЭ раздел 1.3.25. Расчетный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

Jэк =1,2 – нормированное значение экономической плотности тока (А/мм2) выбираем по ПУЭ таблица 1.3.36, с учетом что время использования максимальной нагрузки Тmax=6000 ч.

Сечение округляем до ближайшего стандартного 35 мм2.

Длительно допустимый ток для кабеля сечением 3х35мм2 по ПУЭ,7 изд. таблица 1.3.16 составляет Iд.т=115А > Iрасч.ав=64,9 А.

4. Определяем фактически допустимый ток, при этом должно выполняться условие Iф>Iрасч.ав.:

Коэффициент k1, учитывающий температуру среды отличающуюся от расчетной, выбираем по таблице 2.9 [Л1. с 55] и таблице 1.3.3 ПУЭ. Учитывая, что кабель будет прокладываться в трубах в земле. По таблице 2-9 температура среды по нормам составляет +25 °С. Температура жил кабеля составляет +65°С, в соответствии с ПУЭ, изд.7 пункт 1.3.12.

Принимаем по таблице 4.13 [Л5, с.86] среднемесячную температуру грунта для наиболее жаркого месяца (наиболее тяжелый температурный режим работы) равного +17,6 °С (г. Москва). Температуру грунта для г. Москвы, я принимаю в связи с отсутствием данных по г. Выкса, а так как данные города находятся в одном климатическом поясе — II, то погрешность в разности температур будет в допустимых пределах. Округляем выбранное значение температуры грунта до расчетной равной +20°С.

Диапазоны значений

Стандарт ГОСТ 29322-2014 устанавливает значения стандартного напряжения, которые предназначены для применения в качестве [2]:

• предпочтительных значений для номинального напряжения электрических систем питания;
• эталонных значений для электрооборудования и проектируемых электрических систем.

В таблице 1 подраздела 3.1 «Системы и электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно» стандарта ГОСТ 29322-2014 приведены номинальные напряжения систем переменного тока в диапазоне от 100 В до 1000 В, которыми следует руководствоваться при выборе номинального напряжения в распределительных электрических сетях и подключаемых к ним электроустановках зданий.

Таблица 1. Системы и электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно (на основе таблицы 1 из ГОСТ 29322-2014 [2]
Номинальное напряжение трехфазных четырехпроводных или трехпроводных систем, В	Номинальное напряжение однофазных трехпроводных систем, В
50 Гц	60 Гц	60 Гц
–	120/208	120/240d
230c	240c	–
230/400a	230/400a	–
–	277/480	–
–	480	–
–	347/600	–
–	600	–
400/690b	–	–
1000	–	–
a) Значение 230/400 В является результатом эволюции систем 220/380 В и 240/415 В, которые завершили использовать в Европе и во многих других странах. Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять. b) Значение 400/690 В является результатом эволюции системы 380/660 В, которую завершили использовать в Европе и во многих других странах. Однако систему 380/660 В до сих пор продолжают применять. c) Значение 200 или 220 В также используют в некоторых странах. d) Значения 100/200 В также используют в некоторых странах в системах с частотой 50 или 60 Гц.

В стандарте ГОСТ 29322-2014 [2] указано, что таблицей 1 учтено наличие однофазных электрических цепей, представляющих собой ответвления от трехфазных четырехпроводных и однофазных трехпроводных электрических систем. Меньшие значения в первой и второй колонках таблицы 1 являются напряжениями между фазой и нейтралью1, большие значения – напряжениями между фазами2. Если указано одно значение, оно относится к трехфазным трехпроводным электрическим системам и устанавливает напряжение между фазами. Меньшее значение в третьей колонке таблицы 1 является напряжением между фазой и нейтралью, большее значение – напряжение между фазными проводниками3.

Стандартом ГОСТ 29322-2014 установлено, что при нормальных условиях оперирования напряжение питания4 не должно отличаться от номинального напряжения системы больше чем на ±10%. В стандарте также указано, что диапазон используемых напряжений5 зависит от изменений напряжения на зажимах питания и падения напряжения, которое может быть в потребительской электроустановке6.

Например, номинальное напряжение 230/400 В обозначает следующее: 230 В – напряжение между фазой и нейтралью, 400 В – напряжение между фазами. Напряжение в точке подключения однофазной электроустановки здания к низковольтной электрической сети должно быть равным 230 В ± 10 %, трёхфазной электроустановки здания – 400 В ± 10 %.

Напряжения, превышающие 230/400 В, предназначены для применения в электроустановках промышленных и больших торговых предприятий, поскольку они характеризуются большими нагрузками и протяженными электрическими цепями.

Пояснения к написанному выше:

«1) Напряжение между фазой и нейтралью – напряжение между фазным и нейтральным проводниками в заданной точке электрической цепи. »

«2) Напряжение между фазами – напряжение между двумя фазными проводниками в заданной точке электрической цепи. »

«3) В однофазной трехпроводной электрической системе, сети или цепи имеются два фазных проводника и нейтральный проводник или PEN-проводник, а также может быть защитный проводник. »

«4) Термин «напряжение питания» определен стандартом ГОСТ 29322-2014 следующим образом: напряжение между фазами или напряжение между фазой и нейтралью на зажимах питания. »

«5) Термин «диапазон используемых напряжений» определен стандартом ГОСТ 29322-2014 следующим образом: диапазон напряжений в штепсельных розетках или в точках фиксированных электроустановок, к которым должны быть присоединены электроприемники. »

«6) К потребительским электроустановкам, в том числе, относятся электроустановки зданий. »

Номинальное напряжение трехфазных электроустановок жилых и общественных зданий, медицинских учреждений и торговых предприятий, как правило, равно 400 В, однофазных – 230 В. Это значение было установлено ГОСТ 29322 еще в 1993 г. Однако до сих пор указанное номинальное напряжение не нашло должного применения в нашей стране. Даже на уровне нормативных документов употребляют значения 220 и 380 В.

Наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и на зажимах электроприемника приведены в справочном приложении А «Наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и электроприемников для систем переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно» стандарта ГОСТ 29322-2014.

Таблица А.1 стандарта ГОСТ 29322-2014 Наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и электроприемников для систем переменного тока с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно
Системы	Номинальная частота, Гц	Напряжение
Наибольшее напряжение питания или используемое напряжение2, В	Номинальное напряжение, В	Наименьшее напряжение питания, В	Наименьшее используемое напряжение, В
Трехфазные четырехпроводные или трехпроводные системы	50	253	230c	207	198
253/440	230/400c	207/360	198/344
440/759	400/690b	360/621	344/593
1100	1000	900	860
60	132/229	120/208	108/187	103/179
264	240c	216	206
253/440	230/400a	207/360	198/344
305/528	277/480	249/432	238/413
528	480	432	413
382/660	347/600	312/540	298/516
660	600	540	516
Однофазные трехпроводные системы	60	132/264	120/240d	108/216	103/206
a), b), c), d) — смотрите текст из таблицы 1 2) Термин «используемое напряжение» (utilization voltage) определен стандартом ГОСТ 29322-2014 так: напряжение между фазами или напряжение между фазой и нейтралью в штепсельных розетках или в точках фиксированных электроустановок, к которым должны быть присоединены электроприемники.

В таблице A.1 указаны наибольшие и наименьшие значения напряжения на зажимах питания и выводах электроприемников. Они рассчитаны по данным таблицы 1 стандарта ГОСТ 29322-2014 и следующим указаниям, приведенным в подразделе 525 «Падение напряжения в установках потребителя» стандарта МЭК 60364-5-52:2001: при отсутствии других соображений, рекомендуется, чтобы на практике падение напряжения между вводом в электроустановку пользователя и электрооборудованием было не более 4% от номинального напряжения электроустановки.

Однако в таблице G.52.1 действующего стандарта ГОСТ Р 50571.5.52-2011 для низковольтных электроустановок, подключаемых к электрическим сетям общего пользования, установлены иные значения максимального падения напряжения:

• для электрических светильников – 3%;
• для других электроприемников – 5%.

Поэтому значения наименьшего используемого напряжения, приведенные в таблице A.1 стандарта МЭК 60038, необходимо согласовать с требованиями стандарта ГОСТ Р 50571.5.52-2011. Для этого последнюю колонку таблицы A.1 следует заменить двумя колонками, в которых привести значения наименьшего используемого напряжения, которые рассчитаны с учетом максимального падения напряжения, равного 3 и 5% от номинального напряжения электроустановки.

Стандартом МЭК 60449 и его национальным аналогом – ГОСТ 32966-2014 [3] для электроустановок зданий установлено два диапазона напряжения переменного и постоянного тока. В таблице 1 раздела 3 «Диапазоны напряжения переменного тока» приведены два диапазона напряжения переменного тока, а в таблице 2 раздела 4 «Диапазоны напряжения постоянного тока» приведены два диапазона напряжения постоянного тока. По этим диапазонам напряжения классифицируют электроустановки в зависимости от их номинального напряжения.

Эти 2 таблицы в объединенном виде смотрите ниже:

Таблица: диапазоны номинального напряжения U электроустановки. Основана на таблицах 1 и 2 из ГОСТ 32966-2014
Диапазоны	Заземленные системы1	Изолированные или неэффективно заземленные системы2
Напряжение между фазой и землей3, или между полюсом и землей 4, В	Напряжение между фазами или полюсами, В	Напряжение между фазами или полюсами, В
Переменный ток
I	U≤ 50	U≤ 50	U≤ 50
II	50<>	50<u≤1></u≤1>	120<u≤1></u≤1>
Постоянный ток
I	U ≤ 120	U ≤ 120	U ≤ 120
II	120 < U ≤ 900	120 < U ≤ 1 500	120 < U ≤ 1 500
1) Под заземленной системой понимают электрическую систему, в которой одна из частей, находящихся под напряжением, заземлена. При этом в трехфазной четырехпроводной и однофазной трехпроводной электрических системах переменного тока заземляют нейтрали. В трехфазной трехпроводной и однофазной двухпроводной электрических системах переменного тока, в которых нет нейтралей, заземляют фазные проводники. В трехпроводной электрической системе постоянного тока заземляют среднюю часть, находящуюся под напряжением. В двухпроводной электрической системе постоянного тока, в которой нет средней части, находящейся под напряжением, заземляют полюсный проводник.
2) Под изолированной или неэффективно заземленной системой понимают электрическую систему, в которой все части, находящиеся под напряжением, изолированы от земли или одна из частей, находящихся под напряжением, заземлена через большое полное сопротивление.
3) Напряжение между фазой и землей – напряжение между фазным проводником и эталонной землей в заданной точке электрической цепи.
4) Напряжение между полюсом и землей – напряжение между полюсным проводником и эталонной землей в заданной точке электрической цепи.

Диапазон II в таблице 1 стандарта ГОСТ 32966-2014 [3] охватывает все номинальные напряжения, указанные в таблице 1 стандарта ГОСТ 29322-2014. Диапазон I устанавливает верхнюю границу сверхнизкого напряжения переменного тока, которое применяют в электроустановках зданий в таких мерах защиты от поражения электрическим током, как «сверхнизкое напряжение, обеспечиваемое БСНН и ЗСНН». В таблице 1 стандарта ГОСТ 29322-2014 указаны номинальные напряжения переменного тока от 100 В до 1000 В, а в низковольтных электроустановках применяют электрооборудование и электрические цепи, функционирующие при напряжении менее 100 В.

Кроме того, в стандарте ГОСТ 29322-2014 не указаны номинальные напряжения постоянного тока для низковольтных электроустановок. Поэтому в таблице 6 подраздела 3.6 «Электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением менее 120 В и постоянного тока с номинальным напряжением менее 750В» стандарта ГОСТ 29322-2014 приведены номинальные напряжения электрооборудования переменного тока, попадающие в диапазон I, и электрооборудования постоянного тока, попадающие в оба диапазона напряжения (I и II).

Таблица 6 стандарта ГОСТ 29322-2014 Электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением менее 120 В и постоянного тока с номинальным напряжением менее 750 В
Постоянный ток	Переменный ток
Номинальные напряжения	Номинальные напряжения
Предпочтительные, В	Дополнительные, В	Предпочтительные, В	Дополнительные, В
—	2,4	—	—
—	3	—	—
—	4	—	—
—	4,5	—	—
—	5	—	5
6	—	6	—
—	7,5	—	—
—	9	—	—
12	—	12	—
—	15	—	15
24	—	24	—
—	30	—	—
36	—	—	36
—	40	—	—
48	—	48	—
60	—	—	60
72	—	—	—
—	80	—	—
96	—	—	—
—	—	—	100
110	—	110	—
—	125	—	—
220	—	—	—
—	250	—	—
440	—	—	—
—	600	—	—
Примечания: 1) Поскольку напряжение элементов или аккумуляторов менее 2,4 В и выбор типа применяемого элемента или аккумулятора для различных областей использования основан на иных критериях, чем его напряжение, эти напряжения не указаны в таблице. Соответствующие технические комитеты МЭК могут устанавливать типы элементов или аккумуляторов и соответствующие напряжения для конкретных применений 2 По техническим и экономическим причинам для специфических областей применения могут потребоваться другие напряжения.

Согласно данным таблицы 6 стандарта ГОСТ 29322-2014 в электрических цепях переменного тока электроустановок зданий, функционирующих при сверхнизком напряжении, обычно применяют электрооборудование, которое имеет номинальное напряжение 6, 12, 24 и 48 В. Возможно также использование электрооборудования с номинальным напряжением 5, 15 и 36 В. Если в электроустановке здания используют электрооборудование постоянного тока, то оно, как правило, имеет значения номинального напряжения, указанные в первых двух колонках таблицы 6 стандарта ГОСТ 29322-2014.

Область применения

Настоящий стандарт распространяется:

• на электрические системы переменного тока номинальным напряжением более 100 В и стандартной частотой 50 Гц или 60 Гц, используемые для передачи, распределения и потребления электроэнергии, и электрооборудование, применяемое в таких системах;
• на тяговые системы переменного и постоянного тока;
• на электрооборудование переменного тока с номинальным напряжением менее 120 В и частотой (как правило, но не только) 50 или 60 Гц, электрооборудование постоянного тока с номинальным напряжением менее 750 В. К такому оборудованию относятся батареи (из элементов или аккумуляторов), другие источники питания переменного или постоянного тока, электрическое оборудование (включая промышленное и коммуникационное) и бытовые электроприборы.

Настоящий стандарт не распространяется на напряжения, используемые для получения и передачи сигналов или при измерениях. Стандарт не распространяется на стандартные напряжения компонентов или частей, применяемых в электрических устройствах или электрооборудовании.

Настоящий стандарт устанавливает значения стандартного напряжения, которые предназначены для применения в качестве:

• предпочтительных значений для номинального напряжения электрических систем питания;
• эталонных значений для электрооборудования и проектируемых электрических систем.

Примечания

1. Две главные причины привели к значениям, установленным в настоящем стандарте:
   значения номинального напряжения (или наивысшего напряжения для электрооборудования), установленные в настоящем стандарте, главным образом основаны на историческом развитии электрических систем питания во всем мире, так как эти значения оказалось наиболее распространенными и получили всемирное признание;
2. диапазоны напряжений, указанные в настоящем стандарте, были признаны самыми подходящими в качестве основы для разработки и испытания электрического оборудования и систем.
3. Однако определение надлежащих значений для испытаний, условий испытаний и критериев приемки является задачей систем стандартов и стандартов на изделия.

Напряжения на обмотках трансформаторов ЭС

Повышающие трансформаторы на первичных обмотках должны иметь напряжение равное напряжению генераторов. Напомню, повышающие трансформаторы стоят сразу после генераторов электроэнергии на ТЭЦ или ГЭС.

Первичные обмотки понижающих трансформаторов по отношению к сети являются потребителями, поэтому напряжение на них должно равняться номинальному напряжению сети.

Посмотрим на вторичные обмотки трансформаторов. Они, у обоих типов трансформаторов, являются источником напряжения для питаемой электросети. Поэтому, напряжение вторичных обмоток трансформаторов должно быть на 5%, а иногда и на 10% больше нужного напряжения  сети.

Все эти 5-10 % нужны для компенсации падения напряжений в электрической сети. Иллюстрация компенсации и падения напряжения смотрим на эпюре напряжений.