5 Европейский и Российский стандарты электропитания конечных потребителей Несимметричная схема электропитания

В России со времен СССР действует стандарт, согласно которому для однофазной нагрузки в подавляющем большинстве случаев используется несимметричное электропитание «ноль-фаза». Нулевой провод находится под потенциалом, близким к нулю (примерно с точностью до 1 В). Фазовый провод относительно нулевого провода имеет действующее значение напряжения около 220 В с частотой 50 Гц. Такой стандарт соответствует несимметричной схеме электропитания конечных потребителей.

Основными достоинствами несимметричной схемы электропитания является простота конструкции электроподстанций, щитков управления, схем защиты от перегрузок, экономия проводов.

Основными недостатками несимметричной схемы электропитания является:

1. Высокий уровень сетевых наводок;

2. Высокая опасность поражения током;

3. Наличие блуждающих токов, создаваемых заземлением;

4. Ускоренная коррозия подземных сооружений;

5. Повышенная опасность выхода из строя электронного оборудования при соединении и разъединении отдельных блоков.

В несимметричных схемах электропитания должны использоваться схемы подавления сетевых помех, выполненных по схеме, изображенной на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема сетевого фильтра, разработанного для несимметричных сетей электропитания.

Приведенная на рисунке схема состоит из ФНЧ, образованного элементами C1L1C2. Недостатком этой схемы является магнитное насыщение ферромагнитного сердечника катушки L1, вызванное протекающими через катушку нагрузочными токами. В некоторых сетевых фильтрах катушку L1 используют в реле, отключающем нагрузку в случае возникновения в ней перегрузок по току.

Симметричная схема электропитания

Во многих зарубежных, в том числе и в европейских странах, действует стандарт симметричного электропитания конечных потребителей. В этом случае к розетке подводится три или четыре провода. В случае трехпроводной схемы электропитания к розетке (к нагрузке) подводится заземление или нулевой провод и два противофазных напряжения с действующими значениями 115 В. В случае четырехпроводной схемы электропитания к розетке (к нагрузке) подводится «ноль», заземление и два противофазных напряжения с действующими значениями 115 В. Действующее значение напряжения, которое прикладывается к нагрузке, одинаковое и составляет для трехпроводной и четырехпроводной схем 230 В.

Основными достоинствами симметричной схемы электропитания является:

1. Малый уровень излучения сетью электромагнитных помех, действующих на оборудование и персонал;

2. Относительно меньшая опасность поражения электрическим током при одновременном касании фазы и земли;

3. Отсутствие блуждающих токов, создаваемых силовым заземлением;

4. Уменьшенная коррозия подземных сооружений;

5. Незначительная опасность выхода из строя электронного оборудования при соединении и отсоединении сигнальных кабелей отдельных блоков.

Основными недостатками симметричной схемы электропитания является:

1. Повышенная сложность конструкций конечных низковольтных электрических подстанций, щитков управления,

2. Необходимость использования более сложных устройств защиты от перегрузок с синхронным отключением двух питающих фаз;

3. Увеличенный расход проводов.

Симметричная схема электропитания позволяет использовать весьма эффективную схему подавления сетевых помех (см. рисунок 5). Приведенная на рисунке схема состоит из двух одинаковых ФНЧ, образованных элементами C1L1C3 и C2L2C4. Емкости всех конденсаторов выбирают одинаковыми. Наилучшие характеристики фильтрации помех на высоких частотах достигаются при использовании в качестве C1 C3 и C2 C4 так называемых проходных конденсаторов, у которых одна из обкладок соединена с корпусом, а другая обкладка имеет два вывода, через которые проходит силовой ток.

Катушки L1 L2 фильтра намотаны на общем сердечнике в два провода. Это позволяет компенсировать сильные низкочастотные магнитные поля, вызванные протеканием через катушки токов нагрузки. Без такой компенсации создаваемые катушками магнитные поля могли бы вызвать насыщение сердечника и уменьшение индуктивности катушек.

Рисунок 5. Схема сетевого фильтра, разработанного для симметричных сетей электропитания.

Применение электрооборудования с сетевыми фильтрами вида рис. 5 в несимметричных электросетях может вызвать серьезные осложнения в плане надежности функционирования аппаратуры и электрической безопасности обслуживающего персонала. Дело в том, что в случае отсутствия заземления корпуса на последнем возникает переменное напряжение с действующим значением около 110 В, формируемое емкостными делителями C1C2, C3C4. Это напряжение представляет реальную опасность для полупроводниковых элементов, включенных на концах разъемных элементов отдельных блоков. Особенно опасная ситуация возникает в том случае, если хотя бы один из соединенных между собой блоков окажется заземленным, а хотя бы один другой из блоков окажется незаземленным.