Однолинейные схемы в электроэнергетике

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
Ю.В. ЦЕЛЕБРОВСКИЙ 
 
 
 
 
 
 
ОДНОЛИНЕЙНЫЕ  
СХЕМЫ  
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
 в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК  
2019 

 

УДК 621.311(075.8) 
         Ц 341 
 
 

Рецензенты: 

Русина А.Г., д-р техн. наук, доцент 
Секретарёв Ю.А., д-р техн. наук, профессор 
 
 
Работа подготовлена на кафедре Техники и электрофизики 
высоких напряжений для студентов 1-го курса направления 
130302 «Электроэнергетика и электротехника» 
 
Целебровский Ю.В. 
Ц 341   
Однолинейные схемы в электроэнергетике: учебное пособие / Ю.В. Целебровский. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 
64 с. 

ISBN 978-5-7782-4032-2 

В учебном пособии изложены начальные сведения об однолинейных электрических схемах электроустановок, об элементах этих схем 
и о технических характеристиках элементов, указываемых на схемах. 
Приведен пример расчета потерь электроэнергии в линиях электропередачи с использованием указанных характеристик. В приложении 
даны основные сведения из Государственного стандарта России по 
правилам выполнения электрических схем а также Стандарта Федеральной сетевой компании «Правила оформления нормальных схем 
электрических соединений подстанций и графического отображения 
информации посредством ПТК и АСУ ТП» 
Учебное пособие может быть использовано для изучения курса 
«Введение в направление», а также при подготовке к изучению специальных курсов по электрическим станциям и электроэнергетическим 
системам. 
 
УДК 621.311(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-4032-2  
 
 
 
 
 
 
 Целебровский Ю.В., 2019 
 Новосибирский государственный  
    технический университет, 2019. 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Однолинейная электрическая схема – это упрощенное изображение 
трехфазных электрических цепей в электроэнергетике, включающее 
электрооборудование электроустановок и линии электропередачи. Свободное «чтение» электрической схемы позволяет специалисту электроэнергетику быстро разобраться с нормальными и аварийными режимами электроустановки и электроэнергетической системы. 
Для освоения этой «электрической грамоты» студент должен иметь 
определенные базовые знания, содержащиеся в ранее изданных учебных пособиях [1,2]. Конкретно для изучения материала, представленного в этом учебном пособии студент должен: 
– знать, что означает термин «фаза» применительно к переменным 
току и напряжению а также к элементам трехфазной электрической 
сети; 
– иметь основные представления о этой сети и ее характеристиках; 
– глубоко понимать основные законы электромагнетизма и владеть 
основными понятиями и терминологией в этой области; 
– иметь большое желание изучать электроэнергетику и стать квалифицированным специалистом. 
Краткие сведения о трехфазных электрических цепях приводятся в 
разделах настоящего пособия, а основные понятия и определения – 
в прилагаемом терминологическом словаре. Термины, имеющиеся в 
словаре, в тесте пособия выделены курсивом. Студент может также обратиться к литературе, приводимой под нумерацией в конце пособия, 
ссылки на номера литературы приводятся в тексте в квадратных скобках 
В приложениях приводятся основные положения ГОСТ 2.702–2011 
«Единая система конструкторской документации. Правила выполнения 
электрических схем» [3] и стандарта Федеральной сетевой компании 
СТО 56947007-25.040.70.101 – 2011 по правилам оформления схем электрических соединений [4] 

ВВЕДЕНИЕ 

Основным документом, по которому проектируются и исполняются 
электроустановки, являются Правила устройства электроустановок 
(ПУЭ). Седьмое издание ПУЭ было утверждено в 2002 г. [5]. Эти Правила 
распространяются на вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки постоянного и переменного тока напряжением до 750 кВ. 
В соответствии с п. 1.1.3 ПУЭ «Электроустановка – это совокупность машин, аппаратов, линий, вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии». 
В настоящем учебном пособии рассматриваются электроустановки, 
предназначенные для: 
– трансформации и распределения электрической энергии1 (подстанции); 
– передачи электрической энергии (линии электропередачи). 
Эти электроустановки объединяются в электрическую сеть. По ПУЭ 
(п. 1.2.6) «Электрическая сеть – это совокупность электроустановок для 
передачи и распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, токопроводов, воздушных и кабельных линий электропередачи, работающих на определенной территории». 
Сети переменного тока выполняются, как правило, трехфазными2. 
Схемы сети и подстанций изображаются в виде однолинейных схем. 
Терминология, использованная в ПУЭ и в настоящем введении, далее 
разъясняется в тексте пособия. 
                                                      

1 Физически более точное название электрической энергии – электромагнитная энергия. 
2 Преимущества трехфазной системы при передаче и использовании электроэнергии кратко рассматриваются в тексте. 

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ  
ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ 

Трехфазные системы переменного тока широко используются в 
электроэнергетике, так как позволяют экономично передавать электроэнергию (см. раздел 10) и использовать электродвигатели такой конструкции, при которой к вращающейся части (ротору) не требуется подводить электрический ток (трехфазный асинхронный двигатель). 
Трехфазная электрическая сеть – это сеть, в которой протекают переменные синусоидальные токи, мгновенное значение каждого из которых i описывается уравнением: 

sin
,
m
i
I

  

в котором 
m
I  – амплитудное значение синусоиды тока,   – аргумент 
синуса, называемый фазой тока в конкретный момент времени [1]. 
Три тока с различными фазами текут через электрическую сеть к потребителям за счет энергии, вырабатываемой трехфазным генератором. 
Генератор на основе Закона электромагнитной индукции [2] вырабатывает три электродвижущие силы (ЭДС), индуцируемые в трех обмотках 
генератора. Обмотки генератора, вырабатывающие ЭДС с разными фазами, соединяются в одной точке (это соединение называется «звезда», 
рис. 1, а или последовательно, образуя соединение, называемое «треугольник», рис. 1, б. 
Общая точка трех обмоток при соединении в звезду называется 
«нейтраль». 
Такие же схемы соединений могут быть и у обмоток приемника 
электромагнитной энергии (электроприемника), например – трансформатора. 
На рис. 2 показана трехфазная система, содержащая генерирующие 
обмотки и трехфазную линию электропередачи. На каждом проводе линии (который в электроэнергетике принято называть фазным проводом 
или фазой) изображены синусоидальные токи, отличающиеся друг от 

друга по фазе на 120° (2/3π). Их сумма (ток по проводу, соединяющему 
нейтрали генератора и электроприемника) при одинаковости амплитуд 
токов, протекающих по фазным проводам всегда равна нулю. 

         
 

                                                     а                                                     б 

Рис. 1. Схемы соединения обмоток трехфазного генератора 

а – в звезду; б – в треугольник 

 

 
Рис. 2. Трехфазная система 

Нейтраль трехфазной электрической сети может быть соединена с 
землей (заземленная нейтраль) или изолирована от земли (изолированная нейтраль)3. 
В электротехнике и энергетике термин «фаза» используется также и 
для обозначения участка трехфазной сети, по которому течет ток под 
действием одной из ЭДС трехфазной системы. Для наименования фаз 

                                                      

3 Между нейтралью и землей может быть также подключен реактор (индуктивность) или резистор с большим активным сопротивлением. 

используются латинские буквы А, В, С. Так каждая из обмоток трехфазного генератора называется фазной обмоткой (обмоткой фазы А, В, С). 
Каждый провод линии электропередачи принято называть соответствующей фазой. 
В трехфазной электрической сети переменного тока существуют два 
понятия: «линейное напряжение» и «фазное напряжение». 
Линейным напряжением 
л
U  называется разность потенциалов 
между концами обмоток двух фаз (при соединении в звезду) или между 
различными фазными проводами линии электропередачи. 
Фазным напряжением 
ф
U  называется разность потенциалов между 
концом фазной обмотки и нейтралью или между фазным проводом и 
землей (при заземлении нейтрали). 
Синусоиды с разными фазами могут быть заменены символическими векторами, расположенными под углом друг к другу – 120° [1] 
(рис. 3). 
Если символические векторы на рис. 3 отображают синусоиды 
напряжений, то длины этих векторов – это амплитудные значения фазных напряжений. Длина линии, соединяющие концы двух любых векторов соответствует (в принятом масштабе) амплитудному значению 
линейного напряжения. 

 

Рис. 3. Трехфазная система ЭДС, I, U  
в символических векторах 

С учетом того, что угол между векторами составляет 120°, можно 
вычислить соотношение между значениями фазного и линейного напряжений: 
 
л
ф
3
U
U


 
 (1) 

 

2. НОМИНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ  
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 

По ПУЭ (1.1.15): номинальное значение параметра – указанное изготовителем значение параметра электротехнического устройства. Изготовители не могут произвольно выбирать главные параметры, прежде 
всего – напряжение (напряжения), на которые рассчитано устройство. 
Например, ГОСТ 29322–92. «Стандартные напряжения» нормирует 
действующие значения напряжений переменного и постоянного тока, 
которым должны соответствовать выпускаемое оборудование и проектироваться электрические сети. Так для сетей переменного тока ГОСТом 29322–92 нормируются действующие значения напряжений, наиболее часто применяемые из которых показаны в табл. 1. 
С такими номинальными напряжениями выпускаются генераторы4, 
трансформаторы, другое оборудование, проектируются и сооружаются 
электрические сети, выпускаются приемники электрической энергии 
(электродвигатели, электропечи, светильники и т. д.). Для каждого из 
объектов выбирается необходимое номинальное напряжение из числа 
стандартных. 
Т а б л и ц а  1 

Стандартные напряжения сетей и оборудования  
переменного тока (из ГОСТ 29322–92) 

Напряжение 
До 1000 В 
Выше 1 кВ 

6 
12 24 48 400 790 6 
10 35 110 220 525 765 1200 

В табл. 1 для трехфазных электроустановок напряжением выше 
1000 В указаны действующие значения линейных напряжений. Для 
оборудования этих электроустановок можно также говорить о номинальных фазных напряжениях, номинальной мощности и т. д – величинах, которые количественно связаны с номинальным линейным 
напряжением (см., например, выражение (1)). 
                                                      

4 Трехфазные генераторы на электрических станциях могут иметь номинальные напряжения от 6,3 до 24 кВ. 

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОДНОЛИНЕЙНОЙ СХЕМЫ 

Электрическая схема электроустановки – документ, содержащий в 
виде условных изображений и (или) обозначений составные части 
электроустановки, обеспечивающие одну или несколько взаимосвязанных функций: производство, преобразование, трансформацию, передачу, распределение электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. 
Для изображения электрических схем электрической станции, электрической сети, подстанции, электрических машин и аппаратов при их 
трехфазном исполнении обычно используются однолинейные схемы. 
Однолинейная электрическая схема – схема, в которой цепи различных фаз, выполняющие идентичные функции, изображают одной 
линией, а одинаковые элементы этих цепей – одним условно-графическим изображением. На рис. 4 показан фрагмент трехфазной электрической схемы, содержащей три провода фаз А, В, С, подходящих к трехфазной обмотке трансформатора, соединенной «в звезду» (а) и однолинейное изображение этой электрической схемы (б). 

 

а 

б 

Рис. 4. Схема трехфазной электроустановки (а) и ее однолинейное 
 изображение (б): 

Т – трехфазный двухобмоточный трансформатор; ВТ – трехфазный выключатель  
трансформатора; РТ – трехфазный разъединитель трансформатора 

 

4. ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ  
НА ОДНОЛИНЕЙНОЙ СХЕМЕ 

Линия электропередачи – это электроустановка для передачи электрической энергии на расстояние. 
Линии электропередачи бывают воздушные (ВЛ) и кабельные (КЛ)5. 
Воздушная линия электропередачи – это конструкция, состоящая из 
опор, и подвешенных к ним на изоляторах проводов (рис. 5). Главной 
изоляцией ВЛ между проводами (к этой изоляции приложено линейное 
напряжение) и между каждым проводом и землей (приложено фазное 
напряжение) служит воздух. 

 
Рис. 5. Воздушные линии электропередачи на металлических (слева)  
и железобетонных (справа) опорах 

                                                      

5 Для линий электропередачи безотносительно их исполнения некоторыми 
стандартами (см. например, [4], [5]) используется аббревиатура ЛЭП. Правилами устройства электроустановок [6] такой аббревиатуры не предусмотрено.