Линейное напряжение: определение, расчет, где применяется

Линейное напряжение является важной характеристикой электрических сетей. Оно определяет рабочее напряжение, подаваемое на электроприемники, и влияет на многие параметры системы электроснабжения. Давайте разберемся, что такое линейное напряжение, как его рассчитать и где оно применяется.

Линейным напряжением называют напряжение между двумя точками электрической цепи. Обычно это напряжение между двумя фазными проводами в трехфазной сети. В отличие от фазного напряжения, которое измеряется между фазой и нейтралью, линейное измеряется непосредственно между двумя фазами. По сути, линейное напряжение - это напряжение, которое мы измеряем между контактами розетки.

Как определить значение линейного напряжения

В трехфазной системе линейное напряжение всегда больше фазного. Их соотношение зависит от схемы соединения фаз - звездой или треугольником.

При соединении звездой линейное напряжение равно:

Uл = √3 • Uф

где U_ф - фазное напряжение.

Например, если фазное напряжение равно 220 В, то линейное будет равно 220 • √3 = 380 В.

При соединении треугольником линейное напряжение равно фазному:

Uл = Uф

То есть, если фазное напряжение 220 В, то и линейное тоже будет 220 В.

Зачем нужно знать линейное напряжение

Знание точного значения линейного напряжения необходимо для правильной работы электрооборудования и безопасной эксплуатации сети. Вот несколько примеров, где применяется это знание:

• При выборе и настройке защитных аппаратов - автоматов, предохранителей, реле. Они должны соответствовать линейному напряжению сети.
• При подборе электродвигателей и других приемников электроэнергии, рассчитанных на определенное напряжение.
• Для правильного выбора сечения проводов. Сечение зависит от величины тока, который, в свою очередь, определяется линейным напряжением.
• При проверке изоляции и измерении напряжения мегомметром. Прибор должен быть рассчитан на соответствующее линейное напряжение.

Каким должно быть линейное напряжение

В электрических сетях общего назначения используется линейное напряжение 380/220 В. Это стандартное значение для промышленных, общественных и жилых зданий.

В бытовой сети 220 В фазное напряжение составляет 127 В, а 380 В соответствует линейному. Поэтому все электроприборы рассчитаны на 220-380 В.

Отклонение линейного напряжения от номинала не должно превышать ±10%. То есть оно должно находиться в диапазоне от 342 до 418 В для сети 380 В.

Как измерить линейное напряжение

Для измерения линейного напряжения используется вольтметр, переключенный в режим "~" и рассчитанный на рабочее напряжение сети. Прибор подключается к контактам розетки или силовому щитку между двумя фазными проводами.

При наличии осциллографа или мультиметра с функцией измерения истинного СКЗ напряжения, измеряют действующее значение между фазами. Это и будет линейным напряжением.

Также можно косвенно определить линейное напряжение, измерив фазное и умножив его на коэффициент трансформации (√3 или 1).

Измерять напряжение нужно при работающем электрооборудовании, когда проходит ток нагрузки. Это позволит получить реальное рабочее значение.

Таким образом, зная величину линейного напряжения, можно правильно выбирать и настраивать электрооборудование, что обеспечит его надежную и безопасную работу.

Влияние линейного напряжения на выбор проводов

Как уже упоминалось ранее, знание линейного напряжения необходимо для правильного выбора сечения проводов. Давайте разберем этот момент подробнее.

Сечение проводов выбирают исходя из величины тока нагрузки. При заданной мощности приемника ток обратно пропорционален напряжению. Чем выше напряжение, тем меньше ток для данной мощности. Следовательно, чем выше линейное напряжение, тем меньше можно выбрать сечение проводов для этой же мощности.

Например, при мощности 5 кВт и напряжении 220 В ток составит 5 кВт / 220 В = 22,7 А. А при напряжении 380 В - всего 5 кВт / 380 В = 13,2 А. Во втором случае сечение провода можно выбрать меньше.

Также на выбор сечения влияет допустимая потеря напряжения. Чем выше линейное напряжение, тем больше может быть относительная потеря напряжения в проводах для обеспечения требуемого уровня напряжения на приемнике. А значит, допускается применение проводов меньшего сечения.

Влияние отклонений линейного напряжения

Линейное напряжение должно находиться в определенном диапазоне относительно номинального значения. Каковы последствия выхода его за границы допустимого диапазона?

Повышенное линейное напряжение приводит к перегрузке оборудования, перегреву, ускоренному старению изоляции. В итоге снижается срок службы аппаратуры.

Пониженное линейное напряжение может стать причиной ошибок в работе цифровых устройств, сбоев в микропроцессорной технике. У двигателей снижаются момент и частота вращения. Недостаточное напряжение не позволяет оборудованию развивать номинальную мощность.

Поэтому, несмотря на наличие допуска, отклонения линейного напряжения от номинала нежелательны. Их необходимо учитывать при проектировании системы электроснабжения и выборе оборудования.

Расчет падения линейного напряжения

Для обеспечения нормальной работы оборудования линейное напряжение на его зажимах должно быть в допустимых пределах. Для этого нужно рассчитать возможное падение напряжения в сети.

Падение напряжения складывается из:

• Потерь в проводах (зависят от их сечения и длины)
• Падения напряжения в трансформаторе
• Потерь в коммутационной аппаратуре

Эти составляющие рассчитываются отдельно по известным методикам, затем суммируются.

Если полученная величина превышает допустимую потерю напряжения (обычно 5%), то может потребоваться либо увеличить сечения проводов, либо разгрузить линию путем перераспределения нагрузок.

Определение мест утечки линейного напряжения

При эксплуатации электрических сетей со временем может возникнуть проблема - снижение линейного напряжения ниже допустимого уровня. Где искать причины такого снижения?

В первую очередь нужно проверить:

• Нагрузку линии. Возможно, подключились новые энергоемкие потребители, которые вызывают дополнительное падение напряжения.
• Техническое состояние проводов линии. С годами изоляция стареет, возможны места нарушения изоляции.
• Подводящую линию высшего напряжения к трансформатору подстанции. Могли возникнуть утечки.

Для поиска мест утечек напряжения используют специальные приборы - искатели повреждений кабеля. Они позволяют быстро обнаружить дефект участка сети для последующего устранения.

Особенности измерения линейного напряжения

Для точного измерения линейного напряжения нужно учитывать ряд особенностей:

• Приборы должны иметь предел измерения не менее 380-400 В и класс точности не ниже 1,0.
• Измерения проводят между фазными проводами при однофазной сети или между линиями при трехфазной сети.
• Нужно измерять действующее (эффективное) значение напряжения.
• Желательно проводить измерения при работающей нагрузке, когда протекает ток.

Для повышения точности рекомендуется проводить измерения в течение некоторого времени с усреднением результатов. Это позволит учесть колебания напряжения.

Причины отклонения линейного напряжения от нормы

Отклонение линейного напряжения за пределы ±10% от номинала может быть вызвано следующими причинами:

• Несимметричная нагрузка фаз в трехфазных сетях. Приводит к дисбалансу.
• Большой пусковой ток при включении мощного оборудования.
• Неправильный выбор сечения проводов, их чрезмерная длина.
• Подключение оборудования, генерирующего высшие гармоники в сеть.
• Неисправности в системе электроснабжения, утечки тока.

Чтобы не допустить выхода линейного напряжения за допустимые пределы, нужно учитывать эти факторы при проектировании и обслуживании электрических сетей.

Меры по стабилизации линейного напряжения

Для поддержания линейного напряжения в норме можно предпринять следующие меры:

• Установка в сети устройств компенсации реактивной мощности, повышающих напряжение.
• Регулировка напряжения с помощью трансформаторов с РПН.
• Установка стабилизаторов напряжения непосредственно у потребителей.
• Выравнивание нагрузки фаз, перераспределение мощностей.
• Замена проводов на большее сечение при чрезмерных потерях напряжения.

Правильный выбор и применение средств регулирования позволяет поддерживать параметры сети в оптимальном диапазоне.

Допустимые потери линейного напряжения

При проектировании систем электроснабжения устанавливают допустимый уровень потерь линейного напряжения от источника питания до наиболее удаленного и мощного электроприемника.

Согласно нормам, для сетей напряжением до 1000 В это значение составляет:

• 5% - для осветительных сетей в общественных зданиях.
• 7% - для силовых сетей в общественных и административных зданиях.
• 10% - для производственных цехов.

Зная допустимые потери, можно правильно подобрать сечения проводов линий и других элементов схемы электроснабжения.