Электротехника Термины и определения Часть 1 Введение

Электротехника. Термины и определения. Часть 1.

Введение "Электричество - это просто, электричество - это керосин, текущий по тонким медным трубочкам» (Опытный электрик) Курс предназначен для начинающих электротехников, изучающих продукцию ГК ИЭК. Для более эффективного изучения этого курса необходимо пользоваться торговым каталогом компании. Электронная версия находится по адресам: www. iek. ru/products/techcat www. sdo-iek. ru/lib/catprod Изучение курса начнем с повторения физических величин, которые используются в электротехнике.

Навигация Красным цветом выделены термины, нуждающиеся в пояснении. Кнопка клавишу мышки. означает, что в этом месте нужно нажать на левую

Сила тока – это упорядоченное движение заряженных частиц. (Рис. 1) Рис. 1 Выражение «электрический ток» давно всем известно. Электрический ток течет по проводам, «заставляет» зажигаться лампочки, нагревает воду в электрочайниках и выполняет другую полезную работу. Единица измерения силы тока – Ампер (А). Обозначение - I. Прибор для измерения – Амперметр.

Напряжение Итак, сила тока – это упорядоченное движение заряженных частиц. Это движение создается электрическим полем, в котором на частицу начинают действовать электрические силы. Под действием этих сил, заряженная частица перемещается из одной точки проводника в другую. Щелкнем мышкой Электрические силы при этом совершают работу. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. - F A = FS S Рис. 2. Движение частицы под действием электрической силы.

Напряжение Выясним, от чего зависит работа тока. Соберем две электрических схемы (Рис. 3, рис. 4). Рис. 3 Рис. 4 При замыкании рубильников Щелкнем мышкой амперметры показываю одинаковое , значение силы тока, а лампы светят по разному – левая ярче. Объясняется это тем, что при одинаковой силе тока, работа тока на этих участках различна. Эта работа тока и определяет величину, называемую электрическим напряжением. Единица измерения – Вольт (В). Обозначение – U. Прибор для измерения – Вольтметр.

Сопротивление Проведем опыт. В цепь, состоящую из источника тока, ключа, лампочки и амперметра, будем подсоединять проводники, сделанные из различных материалов (Рис. 5). Щелкаем мышкой и наблюдаем, как изменяются показания амперметра. Никель Медь Железо Рис. 5

С опр отивление Опыт показал, что при одинаковом напряжении в цепи, сила тока зависит от свойств проводников, включенных в цепь. Разные проводники обладают различным сопротивлением электрическому току из-за различия в строении их кристаллической решетки. Физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать протеканию электрического тока, называется электрическим сопротивлением. Единица измерения – Ом. Обозначение – R. Прибор для измерения – омметр. По другому, такое сопротивление называется «активное» . Таким сопротивлением обладают лампы накаливания и нагревательные элементы. Если в устройстве есть индуктивность (например, электромотор, трансформатор) или емкость (например, пускорегулирующая аппаратура люминесцентных ламп), то, в цепях переменного тока, появляется еще одна составляющая – «реактивное» сопротивление. При расчетах цепей переменного тока, нужно учитывать обе составляющих сопротивления и их сумму – то есть «полное» сопротивление. Для простоты расчетов, принято графически обозначать составляющие сопротивления в виде прямоугольного треугольника (Рис. 6). Полное сопротивление Z 90º Рис. 6 Реактивное сопротивление X Активное сопротивление R

Основной закон электротехники Описанные выше, величины связаны между собой законом, который носит название «Закон Ома» . Для участка цепи он формулируется следующим образом: I = U/R Поставим опыт для проверки этого закона. Соберем электрическую схему из вольтметра, амперметра, лампы, рубильника (Рис. 7) Подключим несколько разных источников тока и посмотрим, как будут меняться показания приборов.

Основной закон электротехники Щелкаем мышкой и смотрим как меняются показания приборов. Рис. 7 Итак, опыт показал, что при изменении силы тока и постоянном сопротивлении, напряжение меняется.

Электрическая мощность. Еще один важный параметр – электрическая мощность. Он показывает сколько электрической энергии превратилось в другие виды энергии (механическую, тепловую и др. ). Для расчетов электрической мощности применяют формулу: P = UI Но, вспомним треугольник сопротивлений (Рис. 6). Все, что справедливо для сопротивления, распространяется и на электрическую мощность. То есть, существуют три вида электрической мощности: - активная P, измеряется в Ваттах (Вт) и указывается в паспортах на электроприборы. Прибор для измерения - Ваттметр; - реактивная Q, измеряется в Вольт. Амперах реактивных (ВАР); - полная S, измеряется в Вольт. Амперах (ВА) и указывается, например, на стабилизаторах напряжения. Графическое представление – прямоугольный треугольник. Полная мощность S 90º Рис. 8 Активная мощность P Реактивная мощность Q Из треугольника появляется еще один важный параметр cos или коэффициент , мощности, или power factor – указывает соотношение между полной и активной мощностями.

Электроснабжение. Мы повторили некоторые физические величины, необходимые для изучения продукции ГК ИЭК и переходим к следующему разделу – «Электроснабжение» . В нормативной документации совокупность источников электрической энергии, устройств для ее передачи, преобразования и распределения называется «Система энергоснабжения» (СЭС). СЭС не включает в себя приёмники электроэнергии. Щелкнем мышкой К потребителям электрическая энергия попадает с помощью «Системы электроснабжения (СЭл. С)» . Определение «Система электроснабжения» дано в ПУЭ Глава 1. 2 «Электроснабжение и электрические сети. Область применения, определения» : « 1. 2. 5. Электроснабжением называется обеспечение потребителей электрической энергией. Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией» . Щелкнем мышкой ГК ИЭК производит продукцию, работающую в диапазоне низших (до 1000 В) напряжений. Поэтому из всех устройств, входящих в СЭС и СЭл. С, нас интересуют только те, которые работают в этом диапазоне.

Электроснабжение Где же начинается низшее напряжение? Посмотрим схему СЭС (Рис. 9) Давно доказано, что лучше передавать высоковольтное электричество – меньше потерь. Поэтому, электростанции вырабатывают электрическое напряжение от 35 до 500 КВ. В состав, удаленных от потребителей, электростанций входит комплекс повышающих трансформаторов и распределительное устройство закрытого или открытого типа. Далее, по высоковольтным линиям электропередач, напряжение попадает на подстанцию. Подстанцией (ПС) называется электроустановка, служащая для преобразования и распределения электроэнергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, распределительных устройств, устройств управления и вспомогательных сооружений. Далее – распределительный пункт. Распределительным пунктом (РП) электрической сети называется распределительное устройство напряжением не ниже 10 (6) к. В, предназначенное для приема электроэнергии от ПС и передачи ее в распределительную сеть - электрическую сеть, обеспечивающая распределение электрической энергии между пунктами потребления. Далее по схеме (Рис. 9) следует трансформаторная подстанция. ГОСТ 14695 «Подстанции трансформаторные комплектные мощностью от 25 до 2500 к. ВА на напряжение до 10 к. В. Общие технические условия» дает следующее определение: «Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) - электротехническое устройство напряжением 6 -10 к. В, мощностью 25 -2500 к. ВА, служащее для приема, преобразования и распределения электроэнергии трехфазного переменного тока и состоящее из устройства со стороны высшего напряжения (УВН), трансформатора, распределительного устройства со стороны низшего напряжения (РУНН) и шинопроводов между ними, поставляемых в собранном или подготовленном для сборки виде» . (Рис. 11)

Электроснабжение Заканчивается система СЭС вводнораспределительным устройством (ВРУ) - совокупность электротехнических конструкций и аппаратов, предназначенных для приема, распределения, резервирования и учета электрической энергии, устанавливаемая в жилых и общественных зданиях, а также промышленных производственных помещениях (цехах). ВРУ предназначены для использования в сети напряжением 220/380 В трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с глухозаземленной нейтралью, для защиты линий при перегрузках и коротких замыканиях, а также для нечастых (до 6 включений в час) оперативных включений и отключений электрических сетей и обычно представляет собой заземленный металлический шкаф защищённого исполнения, внутри которого могут находиться соответствующая аппаратура: рубильники, предохранители, счетчики электрической энергии, панели аварийного ввода резерва, реле контроля фаз, выключатель аварийного освещения, датчики распределения нагрузки по фазам, вольтметры и амперметры. На дверь ВРУ может выводиться индикация основных параметров электросети: напряжения, тока, срабатывания защит, асимметрии по фазам, и пр. Амперметры и счетчики энергии включаются через трансформаторы тока. В других случаях применяется главный распределительный щит (ГРЩ) распределительный щит, через который осуществляется приём и распределение электроэнергии по зданию или какой-то его части. Щиты ГРЩ предназначены для приёма и распределения электроэнергии (возможен также учёт) в сетях переменного тока с разделенной землёй и нейтралью (возможно подключение к сетям с глухозаземленной нейтралью (тип заземления TN-C, TN-S, TN-CS) напряжением до 380 В, частотой 50 Гц, защиты линий при перегрузках, утечек и коротких замыканиях. В качестве ГРЩ может служить вводно-распределительное устройство или щит низшего напряжения подстанции. Главный распределительный щит содержит в себе противоаварийную автоматику (например, УЗИП, автоматические выключатели и устройства УЗО) и средства учёта электроэнергии (счётчики).

Электроснабжение Итак, во всех составляющих системы СЭС, присутствую устройства управления, вспомогательные и распределительные устройства, работающие в диапазоне низших напряжений. ВРУ и ГРЩ работают в том же диапазоне. Все эти устройства могут быть укомплектованы продукцией ГК ИЭК. Далее, по линии электропередач, напряжение низшего диапазона передается в СЭл. С, то есть к потребителю (Рис. 10). Существует две разновидности линий электропередач: - воздушная линия; - кабельная. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), редакция 7, раздел 2 «Канализация электроэнергии» , раздел 2. 4 «Воздушные линии электропередачи напряжением до 1 к. В: П. 2. 4. 2. «Воздушная линия (ВЛ) электропередачи напряжением до 1 к. В - устройство для передачи и распределения электроэнергии по изолированным или неизолированным проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным линейной арматурой к опорам, изоляторам или кронштейнам, к стенам зданий и к инженерным сооружениям» . Определение кабельной линии электропередач приведено в ГОСТ`е 24291 «Электрическая часть электростанций и электрические сети. Термины и определения» : линия электропередачи, выполненная одним или несколькими кабелями, уложенными непосредственно в землю, кабельные каналы, трубы, на кабельные конструкции. По электрическим параметрам, системы электроснабжения можно разделить на однофазные и трехфазные. Рассмотрим различия.

Трехфазная система электроснабжения. Трёхфазная система электроснабжения - частный случай многофазных систем электрических цепей, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол. В трёхфазной системе этот угол равен 2π/3 (120°). Линия электропередач 3 фазный источник тока Рис. 12 3 фазная нагрузка Многопроводная (шестипроводная) трёхфазная система переменного тока изобретена Николой Теслой. Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс М. О. Доливо. Добровольский, который впервые предложил трехи четырехпроводную системы передачи переменного тока, выявил ряд преимуществ малопроводных трёхфазных систем по отношению к другим системам и провёл ряд экспериментов.

Трехфазная система электроснабжения. Преимущества трехфазной системы электроснабжения: - Экономичность: • • • - - Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния. Меньшая материалоёмкость 3 -фазных трансформаторов. Меньшая материалоёмкость силовых кабелей, так как при одинаковой потребляемой мощности снижаются токи в фазах (по сравнению с однофазными цепями). Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы. Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электрического двигателя и ряда других электротехнических устройств. Двигатели 3 фазного тока (асинхронные и синхронные) устроены проще, чем двигатели постоянного тока, одно - или 2 -фазные, и имеют высокие показатели экономичности. Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений - фазного и линейного, и двух уровней мощности при соединении на «звезду» или «треугольник» . Возможность резкого уменьшения мерцания и стробоскопического эффекта светильников на люминесцентных лампах путём размещения в одном светильнике трёх ламп (или групп ламп), питающихся от разных фаз.

Трехфазная система электроснабжения. Обмотки источника тока (генератора) соединены в общую точку – нулевая шина (нейтраль). A, B, C – линейные провода, по которым протекает ток и напряжение. Соединение «звезда» (Рис. 13). A UAB UAC UA « 0» UB C Нагрузка B UBC Генератор (источник тока) UC Рис. 13 Напряжение между двумя линейными проводами (UAB, UBC, UAC) называется линейным. Напряжение между линейным проводам и нейтралью (UA, UB, UC) называется фазным. Соотношение напряжений при симметричной нагрузке (Рис. 13): UL = √ 3*UF.

Трехфазная система электроснабжения. Обмотки источника тока (генератора) соединены последовательно. Соединение «треугольник» (Рис. 14). A IA UCА UAB IB B C Нагрузка UBC IC Генератор (источник тока) Рис. 14 Соотношение напряжений при симметричной нагрузке (Рис. 14): UL = UF.

Электроустановка. Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено понятие “Электроустановка”. Электроустановкой принято называть совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виде энергии. Все электроустановки по условиям электробезопасности подразделяются на: - электроустановки напряжением до 1 к. В с заземленной нейтралью; - электроустановки напряжением 1 к. В с изолированной нейтралью; - электроустановки напряжением выше 1 к. В в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю); - электроустановки напряжением выше 1 к. В в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю). В современной нормативно-технической документации все электроустановки напряжением до 1 к. В рассматриваются как системы различных типов. Под системой следует понимать совокупность источника электроэнергии, питающей линии и потребителя электроэнергии.

Питающая электрическая сеть. Термином “питающие электрические сети” обозначается составная часть системы, включающая источник электроэнергии и питающие линии. Питающие сети различаются по типам: - систем токоведущих проводников; - систем заземления. Существуют следующие типы систем токоведущих проводников переменного тока: - однофазные двухпроводные; - однофазные трехпроводные; - двухфазные пятипроводные; - трехфазные четырехпроводные; - трехфазные пятипроводные. Системы заземления могут быть следующих типов: TN-S, TN-C-S, IT, TT. Система TN – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали (занулены) при помощи нулевых защитных проводников. Расшифруем некоторые термины, связанные с системами заземления.

Системы заземления. Нейтраль – это общая точка соединенных в звезду фазных обмоток (элементов) электрооборудования (ГОСТ 24291 -90 «Электрическая часть электростанций и электрические сети. Термины и определения» ). Напряжения на выходных зажимах источника электроэнергии, измеренные относительно нейтрали, должны быть равны. Нулевой рабочий проводник (N – проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 к. В, предназначенный для питания электроприемников. Нулевой защитный проводник (PE – проводник) – нулевой проводник в электроустановках напряжением до 1 к. В, предназначенный для присоединения к открытым проводящим частям с целью обеспечения электробезопасности. Нейтраль Рис. 15

Системы заземления. Глухозаземленная нейтраль источника электроэнергии – нейтраль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 к. В, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление. Рис. 16

Системы заземления. Изолированная нейтраль – нейтраль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 к. В, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление. Рис. 17

Система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении; при этом совмещенный нулевой и рабочий провод обозначается PEN. Рис. 18

Система TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении. Рис. 19

Система TN-C-S – система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электроэнергии Рис. 20

Система TT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника. N Рис. 22

Система IT – система, в которой нейтраль источника электроэнергии изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющее большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены. В этом случае защитный заземляющий проводник обозначается так же, как и нулевой защитный проводник, т. е. PE – проводник. Рис. 21

Заключение. В этом разделе мы повторили изучили некоторые общие электротехнические параметры и переходим к изучение терминов и определений, связанных с продукцией ГК ИЭК.

Спасибо за внимание ! Группа компаний IEK тел. +7 (495) 542 -22 -22 /23 факс. +7 (495) 542 -22 -20 Отдел проектной поддержки (доб. 3263, 3334) Техническая поддержка +7 (495) 542 -22 -27 www. iek. ru www. sdo-iek. ru