Разбиране на класовете напрежение: важност типове и приложения в електроенергийните системи

Какво е клас напрежение?

• Дефиниция на клас напрежение:Класовете напрежение (или ниво на напрежението) се отнасят до набор от стандартизирани номинални напрежения, използвани в системите за електроенергия и електрическото оборудване. Номиналното напрежение е напрежението, при което оборудването е проектирано да работи при нормални условия; по същество, клас напрежение определя предвидения диапазон на работно напрежение за система или устройство.

• Аналогия с потребителските апарати:Битовите апарати (например, хладилници, телевизори) работят при номинално напрежение – обикновено 220 В – и може да се повредят или да бъдат повредени, ако им се достави значително по-високо или по-ниско напрежение. По същия начин, оборудването на системата за електроенергия трябва да работи в рамките на своята определена класова напрегнатост, за да се гарантира надеждната работа.

Важността на класификацията по ниво на напрежението

• Стандартизиране:Единени класове напрежение предоставят ясен фреймворк за проектиране, производство и поддръжка на оборудването. Устройства от различни производители, спазващи един и същ клас напрежение, могат безпроблемно да взаимодействат, което увеличава възможността за замяна и опростява управлението на системата.

• Ефективност:Изборът на подходящи нива на напрежение минимизира загубите при пренос. За даден преход на мощност, по-високите напрежения намаляват тока, като по този начин намаляват I²R загубите в проводниците и подобряват общата ефективност от генериране до крайна употреба.

• Сигурност и надеждност:Ясното разграничаване на класовете напрежение гарантира, че изолационните изисквания и защитните мерки съответстват на напрежението, предотвратявайки прекомерни натоварвания или къси съединения от несъответстващи напрежения и защитавайки персонала и оборудването.

• Осигуряване на технологична еволюция:Добре дефинираните нива на напрежение позволяват мрежата да се адаптира към растящата потребност в енергия и възникващите технологии (например, разпределена генерация, интелигентни мрежи). Те подкрепят интегрирането на възобновяеми източници, съхранение на енергия и напреднали контроли, докато се поддържа стабилността и устойчивостта.

Общи класове напрежение

• Безопасно напрежение (≤36 В):Използва се в приложения, критични за безопасността: 24 В за ръчни електроинструменти, 12 В за осветление в мини, ≤6 В за медицински ендоскопи. Специални среди (например, плувни басейни) често използват 12 В; детски играчки използват ≤6 В. Изисква се съответствие с GB/T 3805-2008, включително трансформатори за безопасност, батерии, двойна изолация и време на аварийно осветление 72 часа.

• Ниско напрежение (220 В/380 В):Формира трифазна четирижилна мрежа за разпределение на ниско напрежение (220 В между фаза и нулев проводник, 380 В между фази) с допустимо отклонение ±7% според GB/T 12325. Европа използва 230/400 В; Япония използва 100/200 В. Защитата включва 30 мА RCD, предпазни устройства срещу прекомерно натоварване и късо съединение (разцепваща способност ≥6 кА) и TN-S заземяване (изолиран PE проводник, съпротивление на земята ≤4 Ω).

• Средно напрежение (10 кВ–35 кВ):10 кВ е често срещано за градско разпределение (емпирична капацитет на кабела ~300 А/км); 35 кВ за пригородни/индустриални питащи линии. IEEE 1547 ограничава връзката на разпределена генерация до ≤35 кВ, изисква ±10% регулация на напрежението за ФВЕ станции.

• Високо напрежение (110 кВ–220 кВ):Економично за масов пренос на енергия: 110 кВ обработва 50–100 МВ (например, с LGJ-240 проводници); 220 кВ обработва 200–500 МВ. Типични трансформатори на 220 кВ подстанции имат рейтинг 180 МВА с 12%–14% съпротивление при късо съединение.

• Супервисоко и ултрависоко напрежение (≥330 кВ):Линии на 500 кВ AC пренасят ~1000 МВ естествено; ±800 кВ DC линии обработват до 8000 МВ (с 6×720 мм² проводници). Линии на 1000 кВ AC UHV имат загуби <0.8‰ на км.

Основа за определяне на ниво на напрежението

• Национални стандарти:Класовете напрежение в Китай произлизат от GB/T 156-2017 ("Стандартни напрежения") и GB/T 156-2007, съобразени с IEC 60038, но приспособени към местните нужди на 50 Hz AC мрежата.

• Разстояние на пренос:По-високите напрежения са подходящи за по-дълги разстояния: 0.4 кВ за кратки (<0.6 км) местни разпределения; 1000 кВ AC за ултра-дълги (800–1500 км) масови преноси.

• Техническа възможност:Преходът към по-високи напрежения изисква решаване на проблеми с изолация, охлаждане и материали. Оборудването за UHV използва специализирани изолатори и термално управление за безопасна и стабилна работа, с постоянни усилия в областта на НИОК за разширяване на класовете напрежение.