Меню

Напряжение постоянного тока относительно земли



Про электричество понятным языком.

Сейчас я попытаюсь дать ответ на два вопроса, которые неизбежно возникают в постах, где упоминаются электросети.

Что убивает: напряжение или ток?
Почему в паре проводов один из них «фаза», а второй «ноль», если ток в сети переменный?

Объяснять буду просто, «на пальцах», чтобы все поняли, так что профессионалы, не пинайте за профанские аналогии.

Итак, на первый вопрос ответ короткий — убивает ток. Причем очень небольшой, порядка 300mA для постоянного тока и 100mA для переменного. Но сразу возникает вполне резонный вопрос: почему человека не убивают, скажем, блоки питания мобильных телефонов, или простые батарейки, ведь они выдают и более высокий ток. Дело в том, что в электрической цепи ток — величина производная. Чтобы определить его величину, нужно напряжение разделить на сопротивление. Электрическое сопротивление человеческой кожи довольно велико, так что при небольших напряжениях и ток получается очень незначительный. Сопротивление может меняться в больших пределах, это зависит от состояния кожи, влажности, температуры, и т.д. Оно может достигать десятков и сотен тысяч Ом. При анализе опасности поражения человека током, принимается условное значение в 1000 Ом. (на самом деле, среднее значение выше, но раз уж так заведено)

Теперь к практике. Берем большой и страшный аккумулятор от автомобиля, который может обеспечивать ток в сотни А (в тысячи раз выше смертельного!) и. хватаемся за контакты голыми руками. Умерли? Нет. Даже ничего не почувствовали. Потому что напряжение всего 12v, соответственно ток 12/1000=0,012А.

Вот так и получается, что убивает ток, но без напряжения он существовать не может.

А что же тогда за страшные цифры указываются на блоках питания и аккумуляторах? Это максимальный ток, который они способны обеспечить. Предположим, у нас компьютерный блок питания, обеспечивающий ток 10 А при напряжении 12 V. Если мы подключаем нагрузку 10 Ом, получаем ток 12/10=1.2 А. С нагрузкой 5 Ом, ток получается 2,4 А. Подключаем нагрузку 1 Ом (ток соответственно должен быть 12 А) и блок питания либо выключается, если там есть защитная схема, либо начинает перегреваться, просаживать напряжение и т.д. Потому что сопротивление нагрузки требует больший ток, чем питальник может обеспечить.

Теперь второй вопрос: почему в паре проводов один из них «фаза», а второй «ноль», если ток в сети переменный?

Для начала нужно в полной мере осмыслить, что такое напряжение. Напряжение — разность электрических потенциалов. Напряжение не может быть на одном проводе. Это разница, а разница может быть как минимум между двумя точками.

Допустим, у нас есть батарейка на 1,5 вольта. Это значит, что электрический потенциал одного контакта на 1,5V выше, чем у другого. Можно сказать, что у нее с одной стороны ноль, а с другой +1,5V. А можно сказать, что у нее со стороны плюса ноль, а со стороны минуса -1,5V. Это не важно, за ноль можно принять любую часть схемы. А теперь соединим последовательно две такие батарейки, на краях этой конструкции получается разница потенциалов 3V. Но, опять же, это не «абсолютное» напряжение (такового вообще быть не может) а именно напряжение одного полюса, относительно другого. И за ноль можно принять любую точку — как один из полюсов, так и контакт в центре между батарейками. Ноль это лишь условность — точка отсчета. Неизменно одно — там где электрический потенциал выше — там плюс.

Читайте также:  Ток без напряжения быть или не быть

Теперь вернемся к бытовой электрической сети. Один из ее проводников — ноль. Его электрический потенциал равен земле, это точка равновесия, от нее идут все отсчеты. А вот фаза — второй проводник, обладающий электрическим потенциалом, относительно этого нуля. Причем как положительным, так и отрицательным, в этом и заключается суть переменного тока. То есть, в определенный момент времени у нас фаза +220V, а ноль это ноль, получается, что фаза это плюс, а ноль — минус. Но проходит доля секунды и фаза становится -220V. То есть, потенциал фазы ниже нуля — фаза становится минусом, а ноль плюсом. Ноль остается на месте, а фаза 100 раз в секунду (50 полных циклов) меняет свое состояние [+220] [-220] [+220] [-220]. Так и получается, что в системе ноль и фаза постоянны, а минус и плюс меняются местами.

Источник

Отыскание «земли» в сети постоянного оперативного тока подстанции

Отыскание «земли» в сети постоянного оперативного тока подстанции«Земля» в сети постоянного тока – одна из аварийных ситуаций, которая нередко случается на распределительных подстанциях. Постоянный ток на подстанции называется оперативным, он предназначен для работы устройств релейной защиты и автоматики, а также управления оборудованием подстанции.

Наличие «земли» в сети постоянного тока свидетельствует о том, что один из полюсов замыкается на землю. Данный режим работы сети постоянного тока подстанции является недопустимым и в случае возникновения аварийной ситуации на подстанции может привести к негативным последствиям. Поэтому, в случае возникновения данной ситуации необходимо немедленно приступить к поиску повреждения и в максимально короткий срок его устранить. В данной статье рассмотрим процесс поиска и устранения замыкания на «землю» в сети постоянного оперативного тока подстанции.

Возникновение «земли» в сети постоянного оперативного тока фиксируется на панели центральной сигнализации подстанции световой и звуковой сигнализацией. Первое, что следует сделать – это убедиться в том, что замыкание на землю в сети постоянного тока действительно есть.

На щите постоянного тока подстанции, как правило, расположен вольтметр контроля изоляции и соответствующие переключающие устройства, переключением которым можно замерить напряжение каждого из полюсов относительно земли. В одном положении данного переключателя вольтметр контроля изоляции включается в цепь «земля» – «+», в другом положении – соответственно – «земля» – «-». Наличие напряжения в одном из положений свидетельствует о том, что в сети постоянного тока есть замыкание на землю.

При наличии двух отдельных секций на щите постоянного тока, которые электрически не связаны, должна быть предусмотрена возможность проверки наличия напряжения относительно земли по каждой из секций отдельно.

Наличие замыкания на землю в сети постоянного тока свидетельствует о том, что нарушена изоляция одной из кабельных линий, которая подает оперативный ток к устройствам релейной защиты и автоматики или непосредственно к элементам оборудования и другим потребителям постоянного тока на подстанции. Или же причиной может быть обрыв провода, который впоследствии соприкоснулся с землей или с заземленными элементами оборудования.

Читайте также:  Потери напряжения 50 метров

Такой режим работы неприемлем, так как в таком случае устройство, которое получает питание по данному кабелю, может работать некорректно или вообще отказать (если одна из жил оборвана). Например, один из соленоидов привода высоковольтного выключателя. Если кабель, по которому постоянный ток подается на данный соленоид, поврежден, то в случае возникновения аварийной ситуации, например, короткого замыкания на линии, данный выключатель откажет, что может привести к повреждению других элементов оборудования.

Или, например, микропроцессорные устройства защиты. Как правило, микропроцессорные терминалы защит оборудования подстанции питаются от постоянного оперативного тока. Питание данных шкафов осуществляется от нескольких кабелей, проложенных от щита постоянного тока. В большинстве случаев один кабель питает несколько шкафов, например, шесть.

Если данный кабель повредится, то микропроцессорные терминалы защит, автоматики и управления оборудованием будут обесточены. Следовательно, все шесть присоединений останутся без защиты, и в случае возникновения аварийной ситуации оборудование не будет отключено и может повредиться (в случае отсутствия или отказа резервных защит).

Поэтому найти повреждение, которые привело к возникновению замыкания на землю, следует в максимально короткий срок.

Поиск замыкания на землю в сети постоянного тока сводится к очередному отключению всех отходящих линий, которые питаются от шкафа постоянного тока подстанции. Приведем пример отыскания места повреждения.

Отключаем автоматические выключатели, которые питают кольцо соленоидов выключателей 110 кВ и проверяем контроль изоляции. Как правило, кольцо соленоидов питается от двух автоматических выключателей разных секций щита постоянного тока для обеспечения высокой надежности схемы.

Если напряжение на каждом из полюсов относительно земли отсутствует, то это свидетельствует о том, что замыкание на землю находится на кольце соленоидов выключателей 110 кВ. В противном случае, то есть если не было изменений и замыкание на землю осталось, включаем отключенный ранее автоматический выключатель и переходим к дальнейшему отысканию повреждения. То есть поочередно отключаем остальные автоматические выключатели с последующей проверкой контроля изоляции по вольтметру.

Итак, когда найдена линия, при отключении которой замыкание на землю пропадает, следует найти и устранить неисправность. Рассмотрим порядок дальнейших действий по отысканию повреждения в случае, если замыкание на землю находится в кольце соленоидов.

Далее наша цель – локализировать повреждение. Кольцо соленоидов выключателей 110 кВ состоит из нескольких участков. Кабель постоянного оперативного тока идет от щита постоянного тока в шкаф вторичной коммутации одного из выключателей 110 кВ. В этом шкафу кабель разветвляется: один идет непосредственно в цепи управления данным выключателем, а другой к шкафу вторичной коммутации следующего выключателя.

От второго шкафа кабель оперативного тока идет к третьему и так далее, в зависимости от количества выключателей, расположенных в распределительном устройстве 110 кВ подстанции. От последнего выключателя кабель идет к щиту постоянного тока, то есть все соленоиды выключателей соединены в кольцо.

В каждом шкафу вторичной коммутации есть рубильники. Один из них подает оперативный ток на выключатель, другой на следующий шкаф вторичной коммутации. Для локализации поврежденного участка отключаем рубильник в шкафу вторичной коммутации, которым подается напряжение на все кольцо, например, на первый шкаф, к которому подается оперативный ток от первой секции щита постоянного тока.

Читайте также:  Зарядные устройства с постоянным напряжением заряда

Таким образом, включив автоматический выключатель кольца соленоидов 110 кВ первой секции ЩПТ, мы подаем напряжение на кабель, который идет до шкафа вторичной коммутации первого выключателя.

Включаем данный выключатель и проверяем контроль изоляции. Если «земля» присутствует, то однозначно повреждение находится на данном участке кабеля. Если контроль изоляции в норме, то приступаем к дальнейшему отысканию поврежденного участка.

Отключаем рубильник, который подает напряжение на шкаф вторичной коммутации второго выключателя, и включаем рубильник, который подает оперативный ток на цепи управления первым выключателем 110 кВ, проверяем контроль изоляции. Появление «земли» свидетельствует о том, что повреждение находится в цепях вторичной коммутации выключателя. В таком случае выключатель следует вывести в ремонт для устранения данной неисправности.

Также необходимо запитать кольцо соленоидов, оставив отключенным рубильник присоединения, где найдено повреждение вторичных цепей. Далее необходимо проверить контроль изоляции, чтобы убедиться в том, что замыкания на «землю» в сети постоянного тока больше нет.

Если после подачи оперативного тока на первый выключатель контроль изоляции остался в норме, то идем дальше. Отключаем рубильники во втором шкафу, которые подают оперативный ток на второй выключатель и на следующий, третий шкаф вторичной коммутации.

В первом шкафу включаем рубильник, который подает напряжение на второй шкаф, то есть подключаем к кольцу кабель, идущий от первого шкафа ко второму шкафу вторичной коммутации.

Аналогично, если «земля» появилась, то поврежден данный участок кабеля. В противном случае, то есть когда контроль изоляции в норме, включаем рубильник во втором шкафу, который подает напряжение на цепи постоянного тока второго выключателя, проверяем контроль изоляции, чтобы убедиться в наличии или отсутствии «земли».

Аналогичным образом производим поэтапное включение участков кольца соленоидов и проверяем контроль изоляции. Изначально, когда проверяется кабель, который идет от первой секции щита постоянного тока до первого шкафа вторичной коммутации выключателя, необходимо проверить второй кабель, который запитывается от второй секции ЩПТ и идет до шкафа вторичной коммутации выключателя.

Возможно, повреждение находится на втором кабеле, и, чтобы не делать лишнюю работу – не проверять цепи выключателей и кабельные линии, проложенные между шкафами вторичной коммутации выключателей, необходимо проверить оба кабеля сразу.

Следует отметить, что при выводе в ремонт выключателя, в шкафу вторичной коммутации которого обнаружено повреждение цепей оперативного тока, не всегда удается отключить данный выключатель дистанционно или с места при помощи привода, так как может быть оборван один из проводов цепей вторичной коммутации.

Если цепи управления выключателем неисправны и при этом нет возможности отключить выключатель вручную, с места, то следует снять нагрузку с выключателя и отключить его с двух сторон разъединителями. При возможности, необходимо снять не только нагрузку, но и напряжение с выключателя, так как при отсутствии нагрузки у потребителя, линейным разъединителем отключаются емкостные токи линии, что не рекомендуется.

Источник