Напряжение электрической сети (или сетевое напряжение) является среднеквадратичным (действующим) значением напряжения в электросети переменного тока, которая доступна для конечного потребителя.
Среднее значение напряжения электрической сети
Базовые параметры для сети переменного тока, такие как частота и напряжение, будут различными для каждого региона. Так, большинству европейских стран будет доступно низкое сетевое напряжение, составляющее в трёхфазных сетях 230/400 В с частотой в 50 Гц, в промышленных сетях при этом оно составит 400/690 В.
Если напряжение электрической сети будет выше (от 1000 В до 10 кВ), можно зафиксировать уменьшение потерь при передаче электроэнергии. Это позволит задействовать более мощные электроприборы. В то же время увеличивается тяжесть последствий при поражения током неподготовленных пользователей электроэнергии от незащищенных сетей.
С целью задействования электроприборов, ориентированных на одно сетевого напряжения, в районах, где нужно использовать другое, потребуются соответствующие преобразователи в виде, например, трансформаторов. Определенные виды электроприборов (они в основном, из разряда специализированных и не относятся к бытовым) нормально функционируют не только в зависимости от напряжения, но и от частоты питающей сети.
У современного высокотехнологичного электрооборудования с импульсными преобразователями напряжения могут быть переключатели на разные значения сетевого напряжения. При этом допускается их отсутствие. Таким электрооборудованием допускается широкий диапазон входных напряжений, варьируемый от 100 до 240 В, номинальная частота при этом – 50-60 ГЦ. Это позволяет применять такие электроприборы без преобразователей буквально в любой стране мира.
Параметры напряжения электрической сети в России
Производителями электроэнергии генерируется переменный ток промышленной частоты (в России она составляет — 50 Гц). В большинстве случаев линии электропередач передают трехфазный ток. Такой ток повышается до сверхвысокого и высокого напряжения посредством работы трансформаторных подстанций, устанавливаемых вблизи электростанций.
По межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014, сетевое напряжение должно составлять 230 В, а частота при этом будет 50Гц. При этом продолжают применяться системы 220/380 В и 240/415 В.
На сельских улицах к жилым домам подводят четырехпроводные ЛЭП (линии электропередачи). Это означает присутствие трех фазовых проводов и одного нейтрального провода (нулевого). Входные автоматы и счетчики энергопотребления зачастую используются на три фазы.
К однофазной розетке подводятся такие виды проводов:
- фазовый;
- нулевой провод;
- провод защитного заземления (зануления).
Электрическое напряжение между «фазой» и «нулем» составляет 230 Вольт. Согласно правилам устройства электрических установок (ПУЭ-7), продолжает применяться величина напряжения в 220В. При этом в сети по факту напряжение практически всегда оказывается выше данного значения, достигая в своем максимуме 250В и колеблясь до 190В.
Формулы измерения сетевого напряжения
Частота напряжения электрической сети может быть определена без задействования внешних дополнительных средств для измерения (как например, компараторов). Однако это может отразиться на точности ее измерения, существенно снижая ее.
Методика таких измерений заключается в следующем: производится выборка за период сетевого напряжения из $N$ значений амплитуды напряжения. Далее суммируются результаты (исключается знак). После этого они усредняются. Полученный результат будет зависеть от коэффициента:
$\frac{2 \sqrt{2}}{\pi}$
Указанный коэффициент помогает установить зависимости действительного значения синусоидального сигнала и средневыпрямленного. Такой метод измерений достаточно прост, не требует большого числа ресурсов микроконтроллера (временных и ресурсов памяти).
При изменении сигнала сетевого напряжения за основу берется синусоидальный закон (в результате использования на электростанции синхронных генераторов). Частота изменения сигнала при этом будет 50-60 ГЦ.
На практике фиксируется или значительное искажение синусоиды напряжения или замена ее прямоугольными импульсами. Причиной этому становится:
- воздействие сторонних факторов в виде подключения к сети нелинейных нагрузок большой мощности;
- использование инверторов с выходным квазисинусоидальным напряжением.
Действующее значение измеряемой периодической величины рассчитывается по формуле^
$V=\sqrt {\frac{1}{N}} \sum \limits_{i=0}^{N} V_i^2$
Частота напряжения вычисляется по формуле:
$F=\frac{F_д}{N_1+N_2}$, где $F_д$ — частота дискретизации.
