Трехфазные и однофазные сети

Трехфазные и однофазные сети. Отличия и преимущества. Недостатки

В электрооборудовании жилых многоквартирных домов, а также в частном секторе применяются трехфазные и однофазные сети. Изначально электрическая сеть выходит от электростанции с тремя фазами, и чаще всего к жилым домам подключена сеть питания именно трехфазная. Далее она имеет разветвления на отдельные фазы. Такой метод применяется для создания наиболее эффективной передачи электрического тока от электростанции к месту назначения, а также для уменьшения потерь при транспортировке.

Чтобы определить количество фаз у себя в квартире, достаточно открыть распределительный щит, расположенный на лестничной площадке, либо прямо в квартире, и посмотреть, какое количество проводов поступает в квартиру. Если сеть однофазная, то проводов будет 2 – фаза и ноль. Возможен еще третий провод – заземление.

Если электрическая сеть трехфазная, то проводов будет 4 или 5. Три из них – это фазы, четвертый – ноль, и пятый – заземление. Также число фаз определяется и по количеству автоматических выключателей.

Трехфазные сети в квартирах применяются редко, в случаях подключения старых электроплит с тремя фазами, либо мощных нагрузок в виде циркулярной пилы или отопительных устройств. Число фаз также можно определить по величине входного напряжения. В 1-фазной сети напряжение 220 вольт, в 3-фазной сети между фазой и нолем тоже 220 вольт, между 2-мя фазами – 380 вольт.

Отличия
Если не брать во внимание отличие в числе проводов сетей и схему подключения, то можно определить некоторые другие особенности, которые имеют трехфазные и однофазные сети.
  • В случае трехфазной сети питания возможен перекос фаз из-за неравномерного разделения по фазам нагрузки. На одной фазе может быть подключен мощный обогреватель или печь, а на другой телевизор и стиральная машина. Тогда и возникает этот отрицательный эффект, сопровождающийся несимметрией напряжений и токов по фазам, что влечет неисправности бытовых устройств. Для предотвращения таких факторов необходимо заранее распределять нагрузку по фазам перед прокладкой проводов электрической сети.
  • Для 3-фазной сети требуется больше кабелей, проводников и выключателей, а значит, денежные средства слишком не сэкономить.
  • Возможности однофазной бытовой сети по мощности значительно меньше трехфазной. Если планируется применение нескольких мощных потребителей и бытовых устройств, электроинструмента, то предпочтительно подводить к дому или квартире трехфазную сеть питания.
  • Основным достоинством 3-фазной сети является малое падение напряжения по сравнению с 1-фазной сетью, при условии одинаковой мощности. Это можно объяснить тем, что в 3-фазной сети ток в проводнике фазы меньше в три раза, чем в 1-фазной сети, а на проводе ноля тока вообще нет.

Преимущества 1-фазной сети

Основным достоинством является экономичность ее использования. В таких сетях используются трехпроводные кабели, по сравнению с тем, что в 3-фазных сетях – пятипроводные. Чтобы осуществить защиту оборудования в 1-фазных сетях, нужно иметь однополюсные защитные автоматы, в то время как в 3-фазных сетях без трехполюсных автоматов не обойтись.

В связи с этим габариты приборов защиты также будут значительно отличаться. Даже на одном электрическом автомате уже есть экономия в два модуля. А по габаритам это составляет около 36 мм, что значительно повлияет при размещении автоматов в щите на DIN рейке. А при установке дифференциального автомата экономия места составит более 100 мм.

Трехфазные и однофазные сети для частного дома

Расход электроэнергии населением постоянно повышается. В середине прошлого столетия в частных домах было сравнительно немного бытовых устройств. Сегодня в этом плане совсем другая картина. Бытовые потребители энергии в частных домах плодятся не по дням, а по часам. Поэтому в собственных частных владениях уже не стоит вопрос, какие сети питания выбрать для подключения. Чаще всего в частных постройках выполняют сети питания с тремя фазами, а от однофазной сети отказываются.

Но стоит ли трехфазная сеть такого превосходства в установке? Многие считают, что, подключив три фазы, будет возможность пользоваться большим количеством устройств. Но не всегда это получается. Наибольшая допустимая мощность определена в техусловиях на подключение. Обычно, этот параметр составляет 15 кВт на все частное домовладение. В случае однофазной сети этот параметр примерно такой же. Поэтому видно, что по мощности особой выгоды нет.

Но, необходимо помнить, что если трехфазные и однофазные сети имеют равную мощность, то для 3-фазной сети можно применить кабель меньшего сечения, так как мощность и ток распределяется по всем фазам, следовательно, меньше нагружает отдельные проводники фаз. Номинальное значение тока автомата защиты для 3-фазное сети также будет ниже.

Большое значение имеет размер распределительного щита, который для 3-фазной сети будет иметь размеры заметно больше. Это зависит от размера трехфазного счетчика, который имеет габариты больше однофазного, а также автомат ввода будет занимать больше места. Поэтому распределительный щит для трехфазной сети будет состоять из нескольких ярусов, что является недостатком этой сети.

Но у трехфазного питания есть и свои преимущества, выражающиеся в том, что можно подключать трехфазные приемники тока. Ими могут быть электродвигатели, электрические котлы и другие мощные устройства, что является достоинством трехфазной сети. Рабочее напряжение 3-фазной сети равно 380 В, что выше, чем в однофазном типе, а значит, вопросам электробезопасности придется уделить больше внимания. Также дело обстоит и с пожарной безопасностью.

Недостатки трехфазной сети для частного дома
В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:
  • Нужно получать техусловия и разрешение на подключение сети от энергосбыта.
  • Повышается опасность поражения током, а также опасность возгорания по причине повышенного напряжения.
  • Значительные габаритные размеры распредщита ввода питания. Для хозяев загородных домов такой недостаток не имеет большого значения, так как места у них хватает.
  • Необходим монтаж ограничителей напряжения в виде модулей на вводном щитке. В трехфазной сети это особенно актуально.
Преимущества трехфазного питания для частных домов:
  • Есть возможность распределить нагрузку равномерно по фазам, во избежание возникновения перекоса фаз.
  • Можно подключать в сеть мощные трехфазные потребители энергии. Это является наиболее ощутимым достоинством.
  • Уменьшение номинальных значений аппаратов защиты на вводе, а также снижение сечения кабеля ввода.
  • Во многих случаях можно добиться разрешения у компании по энергосбыту на повышение допустимого наибольшего уровня мощности потребления электроэнергии.

В итоге, можно сделать вывод, что практически осуществлять ввод трехфазной сети питания рекомендуется для частных строений и домов с жилой площадью более 100 м 2 . Трехфазное питание особенно подходит тем хозяевам, которые собираются установить у себя циркулярную пилу, котел отопления, различные приводы механизмов с трехфазными электродвигателями.

Остальным владельцам частных домов переходить на трехфазное питание не обязательно, так как это может создать только дополнительные проблемы.

Любой коттеджный или дачный поселок, а также многоквартирный дом перед вводом в эксплуатацию подключается к местной электросети, которая является трехфазной. Далее на конкретного потребителя (на участок с домом или квартиру) выделяется одна из трех фаз или все три фазы. Давайте разберемся, что представляют собой эти два типа электропроводки. Начнём с однофазной.

Читайте также  Как почистить стиральную машину с помощью лимонной кислоты

Как правило, в квартирах или дачных домах электропитание потребителей выполняется через однофазную сеть мощностью 5 кВт. При этом в дом вводится электрическая цепь, состоящая из трех проводов: фазного (L), нейтрального (N) и защитного (РЕ) или заземляющего. По фазному проводу ток поступает к потребителю, а по нейтрали возвращается. Защитный проводник служит для предотвращения удара током.

Однофазное электрическое питание

Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.

Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.

Однофазная двухпроводная сеть

В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N). Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.

Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.

Пример схемы: однофазная двухпроводная сеть в квартире

Однофазная трехпроводная сеть

В однофазных трехпроводных сетях используются три провода: фазного(L), нулевого (N) и защитного, заземляющего. Третий заземляющий провод предназначен для дополнительной защиты человека от поражений электрическим током. Соединение заземляющего провода с корпусами электроприборов (заземление), позволяет отключать электропитание при замыкании фазного провода на корпус прибора (короткого фазного замыкания). Обозначается PE.

Заземление защищает не только человека от поражений электротоком, но и спасает сами электроприборы от перегораний.

Пример схемы:однофазная трехпроводная сеть в квартире

Вычисление соотношения между фазным и линейным напряжением

Для расчёта соотношения следует знать линейные параметры. Все вычисления производятся по формуле: 12UAB=UA cos 30˚, либо UAB=2√3/2×UA=√3×UA. Таким образом, делаем вывод, что окончательная формула выглядит следующим образом – Uл=√3×UФ.

На первый взгляд может показаться, что формулы слишком сложны, однако это не так. С другой стороны, домашнему мастеру практически нет смысла заниматься подобными расчётами. Достаточно обычной проверки напряжения на каждой из фаз обычным мультиметром.

ФОТО: stanok.guru Мультиметр незаменим при электромонтажных работах

Выводы

Итак, подключение трехфазной сети подойдет:

  • Тем, кто хочет получить стабильное напряжение без перекосов. Если ваш дом находится далеко от трансформаторной подстанции, и вы страдаете от падения напряжения на фазе, тогда трехфазная сеть — это ваше спасение.
  • Тем, кто приобрел трехфазное оборудование. Если планируется отопление в доме электрокотлом или установка насосной станции, тогда без напряжения в 380 В просто не обойтись.
  • Тем, у кого бытовых приборов и электроники накопилось больше, чем на 5 кВт. Для таких потребителей есть смысл получить технические условия от энергосбыта на 10 — 15 кВт с возможностью подключения трехфазной сети.

Вам не нужны три фазы, если:

  • У вас только однофазное оборудование суммарной мощностью не более 5 кВт и постоянное стабильное напряжение на одной фазе.
  • Если вы не хотите делать у себя глобальный ремонт и переплачивать за дорогостоящее оборудование.

Виды электрических сетей

Электричество поступает к конечному потребителю посредством линий электропередачи, а поскольку в них высокое напряжение, эту энергию невозможно использовать без трансформации. Для понижения напряжения служат специальные системы – трансформаторные подстанции; они преобразуют высоковольтное напряжение до оптимального значения.

Для обеспечения дома электропитанием может использоваться схема трехфазной сети или однофазной, их особенности будут рассмотрены ниже.

Трансформаторная подстанция

Трансформаторная подстанция предназначена для получения электроэнергии, поступающей с линий электропередач, ее преобразования и распределения. В состав подстанции входят следующее оборудование: понижающий трансформатор, устройство распределения электричества (УР) и блок управления.

За городом наибольшее распространение получили столбовые и мачтовые подстанции. Главный прибор подстанции – одно- или трехфазный трансформатор, понижающий напряжение. Чаще всего в сельской местности используется схема однофазной сети, функционирующая совместно с трехфазными трансформаторами.

Напряжение понижается до номинального уровня и после преобразования может составлять либо 380 В (линейное), либо 220 В (фазное). Соответственно, и электропитание, получаемое потребителями, именуют трехфазным или однофазным.

Однофазное электроснабжение

С целью обеспечения объектов электропитанием в схеме однофазной сети используется две линии: фазная и нулевого рабочего провода. В совокупности они образуют однофазную электросеть. Номинальное напряжение в ней равно 220 В.

Осуществление подключения к однофазной сети по такой схеме не предусматривает наличие заземления. Сейчас она используется значительно реже – встретить ее можно преимущественно в зданиях, входящих в старый жилой фонд.

Однофазная двухпроводная сеть

Однофазная сеть может быть двух- или трехпроводной. Один из признаков двухпроводной электросети – использование алюминиевых жил. В трехпроводных сетях помимо стандартных проводов (фазного и нулевого) еще имеется защитный, выполняющий функцию заземления.

Использование схемы однофазной сети такого типа позволяет организовать дополнительную защиту обитателей жилища от удара электрическим током и исключить перегорание электрических приборов. Заземляющий провод (PE) подсоединяется к корпусам бытовой техники, как только происходит замыкание фазы на корпус, оборудование отключается.

При строительстве современных зданий используется преимущественно подключение к однофазной сети с тремя проводниками, значительно реже – с одним.

Трехфазное электропитание

Трехфазное питание предполагает ввод в здание трех питающих фаз, обозначаемых L1, L2, L3, и нулевого проводника N. Величина номинального рабочего напряжения между любыми парами проводов-фаз составляет 380 В, а между проводом-«нулем» и каждым из фазных проводов – 220 В. Использование схемы трехфазной сети позволяет обеспечивать оборудование электричеством с напряжением 220 или 380 вольт. Идущая от электрощита проводка прокладывается по жилищу в соответствии с проектом.

Одна из самых важных задач при подключении к трехфазной сети – грамотно рассчитать нагрузку на каждую из трех фаз, так как ее неравномерное распределение может стать причиной перекоса фаз. Значительный перекос часто приводит к возникновению аварийных ситуаций, в том числе критических, когда обгорает одна из фаз. Для распределения трехфазного электричества по объекту используются четырех- или пятижильные кабели.

Трехфазная сеть с четырехпроводным кабелем

Для подводки электричества к устройствам используется три фазных провода и рабочий нуль.

От распределительного щита к розеткам и осветительному оборудованию прокладывается два провода: нулевой рабочий в комбинации с каждым фазным. В результате устройства обеспечиваются электричеством, имеющим напряжение 220 В.

На схеме электропитания используются следующие обозначения фаз: A, B, C.

Пятипроводная трехфазная электросеть

Принципиальное отличие четырехпроводного питания от пятипроводного – наличие заземляющего провода, обозначаемого PE. Естественно, подключение к трехфазной сети с пятью проводниками обеспечивает более высокую безопасность, чем при использовании четырех проводников.

Наибольшая сложность при проектировании трехфазных электросетей – равномерно распределить нагрузку между фазами. При выполнении расчетов не следует ориентироваться на закон Ома – в таких случаях необходимо использовать коэффициент мощности (обозначается cosф) и спроса – Кспроса. Традиционно для жилых объектов cosф принимают равным 0,9-0,93, а коэффициент спроса для квартир (если число потребителей превышает 5) учитывается равным 0,8.

Читайте также  Как работает выключатель

Преимущество трёх фаз

экспериментаторы в голос утверждают о преимуществе трёх фаз перед двумя, но требуется объяснение. Сразу лезут в голову мысли про КПД, вращающий момент и прочее. Но Тесла рисовал в блокнотике сотни конструкций, очевидно, сумел бы расставить полюса, чтобы добиться нужных параметров. Вывод – дело не в конструкции приборов.

Сейчас напряжение 380 В передаётся лишь по трём проводам. Этого нельзя было добиться в первоначальном варианте Николы Теслы. В 1883 году Эдисон массу сил потратил на попытки использовать трёхжильный провод. Очевидно, слышал о демонстрации, устроенной Николой Теслой, и понял опасность ситуации. В цивилизованном мире основную прибыль получает владелец патента, зачем известному изобретателю вытаскивать на свет способного инженера?

Логика Эдисона проста: пользователи увидят, что трёхжильные кабели более дешёвые, нежели четырёхжильные, и откажутся от использования новинок Николы Теслы. Несложно догадаться, что хитроумный план изобретателя цоколя для лампочек накала провалился. И с треском. А виной стал… Доливо-Добровольский. Система Николы Теслы для создания двух фаз требовала наличия четырёх проводов. Одновременно Доливо-Добровольский предлагал передать больше энергии посредством трёх.

Дело здесь в симметрии. Линейные напряжения 380 В в каждый момент оставляют альтернативу для выбора. К примеру, ток с первой фазы способен утечь на вторую или третью. В зависимости от присутствия подходящего потенциала. В результате получается баланс. Если объединить две фазы системы Николы Тесла, получится винегрет. Как следствие, нейтраль в системе Доливо-Добровольского допустимо убрать, если нагрузка симметричная – как часто происходит на практике.

В результате между проводами получается больший вольтаж, что снижает по каждому проходящий ток при прежней мощности. Причём удаётся порой использовать лишь три линии, сказанное касается большинства предприятий. Очевидны выгоды и при создании местных подстанций: нейтраль вторичной обмотки заземляется тут же, не нужно тянуть лишний провод от гидроэлектростанции. Указанные причины стали преимуществами сетей трёхфазного напряжения, сегодня доминирующие. Провода Теслы легко модернизируются на три фазы.

Питание потребителей от трехфазной системы электроснабжения

В очень редких случаях питание потребителей электрической энергии осуществляется напрямую от генераторов. Такие системы используются только в случаях аварийного отключения электроснабжения (дизель-генераторы или бензиновые генераторы) или же в местах, куда протягивание ЛЭП является экономически нецелесообразным.

Поэтому в большинстве своем питание потребители электрической энергии получают от вторичных обмоток трансформаторов, которые, как и генераторы, тоже имеют практически симметричную систему ЭДС. Поэтому, как правило, редко учитывают, чем создаются ЭДС на нагрузке – трансформаторами или генераторами.

От трехфазных источников электроэнергии получают питание не только трехфазные потребители, но также и однофазные, а также, в большинстве своем, и потребители постоянного тока (через управляемые или неуправляемые выпрямители).

Также трехфазный приемник электрической энергии можно рассматривать как устройство, которое состоит их трех двухполюсников, имеющих одинаковые параметры, которые подключают к каждому проводу цепи, между которыми существуют напряжения, сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол равный 2π/3 или 120 0 . Каждый двухполюсник называют фазой сети переменного тока. Наиболее распространенные трехфазные потребители – асинхронные электродвигатели, электромагниты, электрические печи.

Однофазный же приемник электроэнергии можно рассматривать как обычный двухполюсник, который рассчитан на подключение к двум проводам сети и имеет одно напряжение в отличии от трехфазного. К однофазным электроприемникам можно отнести осветительные лампы, асинхронные электродвигатели малой мощности, бытовые электроприборы и прочие устройства.

Потребляемая мощность

Для хозяина дома важно знать, сколько потребляется энергии. Это легко подсчитать по всем электроприборам. Сложив все мощности и поделив результат на 1000, получим суммарное потребление, например 10 кВт. Для бытовых электроприборов достаточно одной фазы. Однако потребление тока значительно возрастает в частном доме, где есть мощная техника. На один прибор может приходиться 4-5 кВт.

Важно спланировать потребляемую мощность трехфазной сети на этапе ее проектирования, чтобы обеспечить симметрию по напряжениям и токам.

В дом заходит четырехжильный провод на три фазы и нейтраль. Напряжение электрической сети составляет 380/220 В. Между фазами и нулевым проводом подключаются электроприборы на 220 В. Кроме того, может быть еще трехфазная нагрузка.

Расчет мощности трехфазной сети производится по частям. Сначала целесообразно рассчитать чисто трехфазные нагрузки, например электрический котел на 15 кВт и асинхронный электродвигатель на 3 кВт. Суммарная мощность составит P = 15 + 3 = 18 кВт. В фазном проводе при этом протекает ток I = Px1000/(√3xUxcosϕ). Для бытовых электросетей cosϕ = 0,95. Подставив в формулу числовые значения, получим величину тока I = 28,79 А.

Теперь следует определить однофазные нагрузки. Пусть для фаз они составят PA = 1,9 кВт, PB = 1,8 кВт, PC = 2,2 кВт. Смешанная нагрузка определяется суммированием и составляет 23,9 кВт. Максимальный ток будет I = 10,53 А (фаза С). Сложив его с током от трехфазной нагрузки, получим IC = 39,32 А. Токи на остальных фазах составят IB = 37,4 кВт, IA = 37,88 А.

В расчетах мощности трехфазной сети удобно пользоваться таблицами мощности с учетом типа подключения.

По ним удобно подбирать защитные автоматы и определять сечения проводки.