Почему напряжение в сети отличается от значения 220 В.

zastavka-vВ соответствии с действующими нормами напряжение в электросети дома или квартиры должно быть 220 В ±5% (209-231) В. Допускаются кратковременные предельные отклонения до ±10% (198-242) В.

Если напряжение выходит за предельно допустимые значения, то отказывает домашняя техника, чем наносится существенный материальный ущерб.

О том, как и почему это происходит рассказано в этой статье.

В конце статьи видео, где наглядно смоделированы штатная и аварийная ситуации, с меняющимися в реальном времени показаниями вольтметров.

Схема подачи напряжение в дома и квартиры выглядит следующим образом:

3-fazy-n1v

В многоквартирный дом заходит четырехжильный кабель. Три фазы А,В,С и ноль N.

Напряжение между фазами называется линейным и равно 380 В.

Напряжение между каждой фазой и нулем называется фазным и равно 220 В.

В каждую квартиру заводится фаза и ноль, т.е. напряжение 220 В.

Если в доме, например, 30 квартир, то к каждой фазе подключают по 10 квартир. Это важно для соблюдения баланса по нагрузкам.

Для пояснения процессов, происходящих в электрической сети, воспользуемся эквивалентной схемой:

3f1v

Источником питания в электрической сети является генератор электростанции. Он содержит три обмотки, расположенные друг относительно друга под углом 1200. Поэтому напряжения, вырабатываемые каждой обмоткой, сдвинуты по фазе друг относительно друга также на 1200. После ряда преобразований (повышений и понижений напряжения в целях снижения потерь), напряжение приходит на подстанцию, где установлен трехфазный трансформатор, изображенный как источник питания на рисунке сверху.

В источнике питания напряжение между клеммами АС, АВ и СВ равно 380 В.

Напряжение между клеммами ОА, ОВ и ОС равно 220В.

Сопротивление Ro в цепи нулевого провода отражает состояние провода и контактов. При нормальном состоянии электропроводки его можно принять равным 1 Ом.

Сопротивления Rа,Rв,Rс – это нагрузки включенные в трех группах квартир, подключенных каждая  к своей фазе.

Для упрощения ситуации допустим, что:

Ra = 500 Ом, что соответствует нагрузке около 100 Вт (лампа освещения).

Ток I(А)=  = 0,44А

Мощность при этом токе (сдвиг фаз в активной нагрузке отсутствует):

Р(Вт) = U(B) × I (A) = 220(В) × 044 (А) = 96,8 Вт или ≈ 100 Вт

Rв = 22 Ом, что при расчете по вышеприведенным формулам соответствует мощности 2200 Вт (например чайник).

Rc примем равным бесконечности, т.е. в квартире или группе квартир подключенных к фазе С в данный момент ничего не подключено.

Просчитаем, какими будут напряжения в каждой квартире при такой ситуации. Для этого еще упростим схему:

chema-r1v

Ток Ia равен 220 В / (500 + 1)Ом = 0,44 А

Напряжение на Ra равно 0,44 А × 500 Ом = 220 В.

Ток Iв равен 220 В / (22 + 1)Ом = 9,57 А

Напряжение на Rв равно 9,57 А × 22 Ом = 211 В.

Т.е. мы видим, что при малом токе сопротивление 1 Ом практически не влияет, а при большом приводит к уменьшению напряжения до 211 В.

Если состояние электропроводки ухудшится, например, Ro увеличится до 3 Ом. То напряжение на Rв уменьшится до 186 В. Это нетрудно просчитать.

При обрыве же нулевого провода ток будет протекать между точками А и В, где напряжение 380 В.

chema-r1zv

При этом ток будет равен:

380 В / (500 + 22) Ом = 0,73 А.

Напряжение на Rв будет равно:

0,73 А × 22 Ом = 16 В

При этом напряжение на Ra будет равно:

0,73 А × 500 Ом = 365 В

От этого повышенного напряжения конечно сгорит вся бытовая техника. Пробки или автоматы, установленные возле счетчика, не защитят технику от выхода из строя. Они срабатывают на увеличение тока, а не напряжения. А ток существенно повысится после того, как техника сгорит и произойдет короткое замыкание. Т.е. автоматы и пробки фактически защищают от пожара, который может возникнуть после короткого замыкания если не отключить питание.

Даже эти упрощенные приблизительные расчеты показывают, насколько сильно зависит напряжение в наших квартирах от состояния электропроводки и баланса нагрузок.

Более наглядно, с меняющимися показаниями вольтметров, эти ситуации смоделированы в программе «Multisim» и представлены в этом видео:

 

 

 

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *