Подключение, разводка, схемы трёхфазного напряжения и равномерное распределение 380 вольт в частном доме

Трехфазное питание: преимущества

Наличие трех фаз несет массу преимуществ владельцу частного дома или дачи. Вот некоторые из них:

1. Увеличенный объем мощностей

С каждым годом количество бытовых электроприборов в каждом доме увеличивается, а значит увеличивается их суммарная мощность и нагрузка, которую они передают на электросеть. На сегодняшний день в России местные Облэнерго предлагают возможность оформления договора на потребление 5 кВт для однофазных сетей и 15 кВт для трехфазных.

Предположим у вас одна фаза и суммарная мощность всех электроприборов в вашем доме составляет 4 кВт. Но прошло время, и вы решили приобрести себе сварочный аппарат мощностью 3 кВт. Кстати о том, какой купить сварочный аппарат, можете прочитать здесь. В этом случае суммарная мощность составит 7 кВт, и одновременно все приборы вы использовать никак не сможете. А если в будущем планируется установка насосного оборудования или электрической отопительной системы, тогда стоит задуматься о подключении трехфазной сети.

1. Равномерное распределение нагрузки

Благодаря работе одновременно трех фаз есть возможность равномерно распределить между ними нагрузку, чтобы избежать перекоса. Например, если вы регулярно занимаетесь сваркой в гараже, лучше всего это делать не на той фазе, к которой подключен телевизор, компьютерная техника или лампочки в доме. Можно подсчитать нагрузку по каждому бытовому прибору и пропорционально распределить их по фазам.

Также бывают случаи, когда из-за повышенной нагрузки (не по вашей вине) на определенных фазах происходит падение напряжения до 170 В или даже ниже. Зачастую это бывает, если дом находится на большом расстоянии от трансформаторной подстанции, и перед ним десятки других потребителей. В этом случае оборудование можно временно переключить на менее загруженную фазу, а когда перекос «уйдет», вернуть все на место.

1. Работа трехфазного оборудования

Хотя большинство бытовых приборов работают от 220 В, все же существует оборудование для трехфазных сетей в 380 В. Можно выделить следующие виды такого оборудования:

• Насосные станции. Для некоторых глубинных и поверхностных насосных станций требуется 380 В.
• Трансформаторные сварочные аппараты.
• Отопительные котлы. Большинство отопительных электрических котлов имеют номинальную мощность в 7 — 9 кВт — однофазная сеть просто-напросто его бы не потянула. Например, для одноконтурного котла ЭВАН Warmos-IV-9.45 мощностью 9.45 кВт обязательно требуется три фазы.

1. Возможность установки автоматов и УЗО с меньшими номинальными значениями

Благодаря тому, что на каждом фазном проводе в трехфазной сети будет меньшая нагрузка, чем на одной фазе в случае исполнения однофазного ввода, есть возможность установки автоматов защиты и УЗО с меньшими показателями токовой нагрузки. Например, если на каждой из фаз будут размещены приборы суммарной мощностью по 3 кВт, то для каждой фазы потребуются автомат, способный выдержать такую нагрузку:

3000/220 = 13.6 А (нагрузка по фазе)

Ближайший автомат по номиналу на 16 А. Для однофазного же питания при максимально возможной мощности в 5 кВт, потребуется автомат мощнее. То же правило действует и для устройств защитного отключения. Мы уже писали о том, как выбрать УЗО по мощности, поэтому не будем на этом останавливаться.

История

Впервые идеи использования двухфазного тока для создания вращающего момента были высказаны Домиником Араго в 1827 году. Практическое применение было описано Николой Тесла в его патентах от 1888 года, примерно тогда же им была разработана конструкция соответствующего электродвигателя. Далее эти патенты были проданы компании Вестингауза, которая начала развивать двухфазные сети с США. Позднее эти сети были вытеснены трёхфазными, теория которых разрабатывалась русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским, работавшим в Германии в компании AEG. Однако, благодаря тому, что в патентах Теслы содержались общие идеи использования многофазных цепей, компании Вестингауза некоторое время удавалось сдерживать их развитие с помощью патентных судебных процессов.

Преимущества

Преимуществом двухфазных сетей было то, что они допускали простой, мягкий пуск электрических двигателей. На заре электротехники эти сети с двумя отдельными фазами были более просты для анализа и разработки. Тогда ещё не был создан метод симметричных составляющих (он был изобретён в 1918 году), который впоследствии дал инженерам удобный математический инструментарий для анализа несимметричных режимов нагрузки многофазных электрических систем.

Вращающееся магнитное поле, создаваемое в двухфазных системах, позволяло электромоторам создавать вращающий момент от нулевой частоты вращения мотора, что не было возможным в однофазных асинхронных электромоторах (без специальных пусковых средств). Асинхронные двигатели, разработанные для двухфазных систем, имеют ту же конфигурацию обмоток, что и однофазные двигатели с пусковым конденсатором.

Для трёхфазной электрической сети требуются линии с меньшей массой проводящих материалов (как правило, металлов) при том же самом напряжении и большей передаваемой мощности, в сравнении с двухфазной четырёхпроводной системой. Двухфазные линии были вытеснены трёхфазными в электрических распределительных сетях, однако они до сих пор используются в некоторых системах управления.

Передаваемая мгновенная активная мощность в трёхфазных и двухфазных электрических сетях постоянна при симметричной нагрузке. Однако в однофазных сетях мгновенная активная мощность колеблется с частотой, в два раза бо́льшей частоты напряжения в линии. Эти пульсации мощности приводят к повышенному шуму и механическим вибрациям в электрооборудовании с намагничивающимися материалами из-за магнитострикционного эффекта, а также к вращательным вибрациям валов электродвигателей.

Двухфазные контуры обычно используют две отдельные пары токонесущих проводников. Могут использоваться и три проводника, однако по общему проводу течёт векторная сумма фазных токов, и поэтому общий провод должен иметь больший диаметр. В отличие от этого, в трёхфазных сетях при симметричной нагрузке векторная сумма фазных токов равна нулю, и поэтому в этих сетях возможно использовать три линии одинакового диаметра. Для электрических распределительных сетей требование трёх проводящих линий лучше, чем требование четырёх, поскольку это даёт значительную экономию в стоимости проводящих линий и в расходах по их установке.

Двухфазное напряжение может быть получено от трёхфазного источника путём соединения однофазных трансформаторов по так называемой схеме Скотта. Симметричная нагрузка в такой трёхфазной системе в точности эквивалентна симметричной трёхфазной нагрузке.

Часто можно слышать, как называют электрические сети трёхфазными, двухфазными, реже — однофазными, но иногда подразумевается под этими понятиями не одно и то же. Чтобы не запутаться, давайте разберёмся с тем, чем отличаются эти сети и что имеют в виду, когда говорят, например, про отличия трехфазного от однофазного тока

При переменном токе провод, подводящий ток — это фаза. Её схемное обозначение L1 (А).

Второй называют нулевым. Обозначение — N.

Значит, для передачи однофазного тока нужно использовать два провода. Называются они фазным и нулевым соответственно.

Между этими проводами напряжение 220 В.

Перекос фаз в трехфазной сети

Прямой опасности в этом никакой для вас нет. Есть только постоянно отключающийся трехфазный автоматический выключатель. Почему так происходит?

В трехполюсном автоматическом выключателе, например С 25 есть три однофазных автомата. Каждый из них выдерживает 25 А. То есть на каждую фазу приходится по 5 кВт мощности, отсюда и получается, что подключенная мощность к дому 15 кВт. Все три однофазных автоматических выключателя соединены в один и имеют единый рычаг. Здесь о том как правильно подобрать автоматические выключатели.

Что происходит если распределить нагрузку по фазам в частном доме в случайном порядке? Рассмотрим на примере: на фазе «А» подключен весь свет, на фазу «В» подключен весь второй этаж розетки, а на фазу «С» первый этаж.

На втором этаже три спальни и мощные потребители отсутствуют. Современные светодиодные светильники также потребляет немного. А вот фаза «С» будет нагружена стиральной машиной, духовкой, микроволновкой, посудомоечной машиной, электрочайником и возможно еще пылесос, фен в ванне и многим чем еще.

Вы включили стиральную машину (1,7 кВт), на кухне включили разогреваться духовку (+2 кВт) и поставили в неё вкусную пиццу. Тем временем нужно немного пропылесосить (+2 кВт) вокруг стола т.к. рассыпался сахар и вскипятить чайник (+2 кВт). Итого 7,7 кВт, что вполне хватит «перекосить» трехфазный автоматический выключатель на 25 ампер.

Из-за общего рычага воздействия перегруженная фаза выбьет весь автомат. В итоге вместо возможности использования 15 кВт у вас останется только 5 кВт. Кстати о том какой счётчик будет вам выгоднее иметь однотарифный и двухтарифный здесь.

Как рассчитать нагрузку?

Для того чтобы правильно распределить нагрузку по фазам в загородном доме необходимо составить список особо мощных потребителей и хоть немного представить какие из них одновременно используются.

Для того чтобы было немного проще ориентироваться вот перечень наиболее мощных потребителей на, которые стоит ориентироваться при распределении нагрузки по фазам:

1. Варочная поверхность 7 кВт;
2. Духовой шкаф или духовка потребляет 2,5 кВт мощности;
3. Стиральная машина — 1,7 кВт;
4. Посудомоечная машина — 1,7 кВт;
5. Электрический чайник — 2 кВт;
6. Микроволновая печь — 1 кВт;
7. Пылесос — 2 кВт;
8. Утюг — 2 кВт;
9. Бойлер накопительный — 2 кВт;
10. Сплит-система — 1 кВт.

Как измерить

Измерить подобную систему можно мультиметром или применив физические формулы.

Измерение подключения к сети

ЛН рассчитывается по формуле Кирхгофа: ∑ Ik = 0. Здесь сила тока равняется нулю во всех частях электроцепи, то есть к=1. Используется также закон Ома: I=U/R. Применив обе формулы можно высчитать параметры клейма или электросети.

В системе из несколько линий, потребуется найти напряжение между 0 и фазой IL = IF. Значения IL и IF непостоянные и меняются при разных вариациях подключения. Потому линейные параметры точно такие же, как и фазные.

Фазное

Для того чтобы получить показания подключения фазного вида, потребуется специальное оборудование, например, мультиметр, вольтметр. Для того чтобы измерить токи и напряжения в трёхфазных цепях обычно достаточно знать данные одного линейного тока и одного ЛН.

Перекос фаз

ФН измеряется при проседании (падении) линейного. Из линейных величин извлекается Квадратный корень из трёх. Полученный показатель и есть параметры ФН.

Устранение перекоса фаз

Если результаты замеров выявят наличие несимметричности напряжений фаз, следует принять меры чтобы устранить перекос. Защита от перекоса фаз в трехфазной сети выполняется следующими способами.

• На этапе проектирования следует равномерно распределить нагрузку по фазам. Приборы, имеющие однофазное питание не должны сосредотачиваться на одном проводнике, оставляя незагруженными другие. Кроме количественного распределения по фазам следует учитывать мощностные характеристики электрических устройств.
• В ранее введенных в эксплуатацию трехфазных сетях, где каждая фаза не рассчитывалась на перегрузку при возможности следует поменять схему потребления энергии. В условиях кризисной ситуации необходимо поменять мощность потребителя.
• Недостаточно эффективный способ обеспечить необходимое напряжение на каждой фазе трехфазной цепи это применение стабилизаторов напряжения.

  Трехфазные стабилизаторы напряжения конструктивно включают в себя однофазные, которые реагируют на изменение параметров конкретно на своей фазе. Поднятие, опускание напряжения вызывает ответную реакцию на других. Это может в некоторых случаях вызвать вторичный перекос с уже другими параметрами. Невозможность 100 % гарантии защиты от последствий перекоса фаз основной недостаток стабилизаторов напряжения.

• Использование в трехфазной системе питания симметрирующего трансформатора позволяет выравнивать напряжение не только на отдельной конкретной фазе, а обеспечивать симметричность напряжений на всех трех согласно требуемых норм.

  Кроме этого прибор сглаживает напряжение переходного процесса при подключении в сеть мощных асинхронных двигателей, дросселей, трансформаторов и другого подобного оборудования.Устройство способно устранить фазный перекос в большом диапазоне значений напряжения.

• Стабилизатор напряжения, симметрирующий трансформатор это дорогие устройства, не всегда есть возможность их применить. Существует достаточно простой и эффективный способ не допустить критического перекоса фаз — применение специального реле.

Если параметры трехфазной сети выходят за пределы установленного диапазона реле отключит источник питания. Когда параметры восстановятся до приемлемых значений, реле самостоятельно возобновит подачу питания.

Ответственное отношение к равномерному распределению нагрузки по фазам не гарантирует избежать перекос. От обрыва нулевого провода никто не застрахован, соединительный контакт может от перегрева «отгореть» в любой момент. Поэтому к рекомендациям по оборудованию трехфазной сети приборами защиты от перекоса следует прислушаться. Единовременные затраты сохранят работоспособность более дорогому электрическому оборудованию, работающему от трехфазной сети.

Виды тока

Ток может быть постоянным и переменным. Ток, по величине не изменяющийся во временном промежутке — ток постоянного значения. Ток, величина которого, как и направление, меняется с течением времени, называется переменным.

Постоянные источники тока — аккумуляторы, батарейки и так далее. Переменный же ток «подходит» к бытовым и промышленным розеткам домов и предприятий. Основная причина этого кроется в том, что данный тип тока намного легче получать физически, преобразовывать в разные уровни напряжений, передавать по электропроводам на огромные расстояния без существенных потерь.

Однофазный ток

Переменный ток, который получают при помощи вращения в магнитном потоке проводника или системы проводников, соединенных в одну катушку, называется однофазным переменным током. Как правило, для передачи однофазного тока используют 2 провода. Называются они фазным и нулевым соответственно. Напряжение между этими проводами составляет 220 В.

Однофазное электропитание. Однофазный ток можно подвести к потребителю двумя различными способами: 2-проводным и 3-проводным. При первом (двухпроводном), для подведения однофазного тока используют два провода. По одному протекает фазный ток, другой предназначен для нулевого провода. Таким образом электропитание подведено почти во все, построенные в бывшем СССР, дома. При втором способе для подведения однофазного тока — добавляют ещё один провод. Называется такой провод заземлением (РЕ). Он предназначен для предотвращения поражения человека электрическим током, а так же для отвода токов утечки и предотвращения приборов от поломки.

Двухфазный ток

Под понятием двухфазный электрический ток все понимают – слияние двух однофазных токов, которые имеют сдвиг по фазе друг к другу. Угол сдвига может быть Pi2 либо 90 °.

Рассмотреть образование двухфазного тока можно на примере. Необходимо взять две индуктивные катушки и разместить их в пространстветак, чтобы оси этих катушек были перпендикулярны друг у другу. Затем нужно подключить обе катушки к двухфазному току. В итоге мы будем иметь систему, в которой образовалось 2 обособленных магнитных поля. В результирующем магнитном поле вектор будет вращатьсяс одной и той же скоростью и под одинаковым углом.

В результате такого вращения и образуется магнитное поле. Ротор с обмотками, которые произведены в форме короткозамкнутого «беличьего колеса» либо металлического цилиндра на валу, будут вращаться и тем самымприводить в движение различные частицы. Передача двухфазного тока осуществляется при помощью двух проводов: двумя фазными и двумя нулевыми.

Трехфазный ток

Здесь конструкция состоит уже из трех фаз тока, каждая из последующих смещена относительно предыдущей на 120 °. По жилым домам такой ток распределяют четырьмя проводами (три фазы и ноль) либо пятью (указанные плюс заземление). После прохождения через распределительный щит розетки в квартире им питают через одну фазу и ноль.

Советы профессионалов

Теперь нелишним будет обратиться к советам, профессиональных электриков, которые помогут более грамотно выполнить расключение электрического щитка и упростить его эксплуатацию.

Устанавливая распределительный щит в квартире или доме, желательно, создать схему всех подключений с понятными обозначениями. Её можно вычертить или распечатать на бумаге и приклеить с внутренней стороны дверцы корпуса щита. Это позволит, в случае аварийной ситуации и отсутствии хозяина, практически любому оперативно выполнить отключение или включение энергии.

Для удобства обслуживания и проведения ремонтных работ все группы проводки внутри распределительного щита группируются по назначению линий. Группировку можно произвести при помощи изоляционной ленты или пластиковых хомутов. На каждую группу крепятся бирки с соответствующими надписями. Ремонтируя проводку не придётся ломать голову над тем – какой провод за что отвечает и избежать неприятных ошибок.

Ещё раз напоминаем о важности правильного подключения автоматических выключателей – проводники ввода заводятся сверху. Для надёжности осмотрите маркировку на устройствах, большинство производителей размещают на них схему правильного подключения и вопрос – как подключить автомат в щитке, отпадает сам собой.

Образцовый щитокИсточник static.wixstatic.com

Образцовый щитокИсточник static.wixstatic.com

После контрольного запуска, собранного или отремонтированного распределительного щитка он оставляется на несколько часов открытым. При этом нагрузку на сеть желательно повысить до максимума. Через пару часов можно проверить – греются ли компоненты щитка.

При правильной сборке и расчётах повышенной температуры быть не должно. В противном случае необходимо отключать щиток, и искать источник проблемы. Если этого не сделать – короткое замыкание неизбежно.

Примерно один раз в шесть месяцев необходимо протягивать все винты внутри распределительного щита

Это особенно важно при использовании в сети алюминиевых проводов.. Профессионалы рекомендуют не пожалеть трёх мест под установку в щитке модульной розетки. Это позволит подключать к щитку различные инструменты и освещение, полностью обесточив все линии

Это позволит подключать к щитку различные инструменты и освещение, полностью обесточив все линии.

Профессионалы рекомендуют не пожалеть трёх мест под установку в щитке модульной розетки. Это позволит подключать к щитку различные инструменты и освещение, полностью обесточив все линии.

Для создания высокотехнологичного щитка распределения, рекомендуется установить в него реле напряжения. Это устройство будет отслеживать показатели сети и в случае критического скачка вверх или падения напряжения автоматически отключит нагрузку. После восстановления номинальных показателей произойдёт включение. Таким образом можно надёжно защитить электроприборы имеющие повышенные требования к напряжению сети.

Устаревшие автоматы – «пробки»Источник homemasters.ru

Ещё раз обратите на размеры корпуса, как говорилось выше, он должен быть «на вырост» обеспечивая возможность расширения системы. Более просторный корпус снижает взаимный перегрев элементов и повышает срок их службы.

Протягивание креплений контактов можно совместить с уборкой внутри корпуса распределительного щита. Грязь заставляет элементы щитка сильнее греться, а пыль и паутина могут стать источниками коротких замыканий.

Еще пример сборки щитка в видео:

Какая сила тока трехфазной сети

На практике часто мощность электроприбора является известной величиной. Поскольку в большинстве случаев для питания используется напряжение 220 В, то имеются все необходимые данные для расчета силы тока. Эта величина важна, чтобы сравнить ее с предельно допустимой для используемых проводов, розеток и удлинителей.

Вам это будет интересно Особенности мегаваттов и киловаттов

Важно! Слишком сильный ток может вызвать перегорание предохранителей или порчу используемого удлинителя. Трехфазная система с нейтралью

Трехфазная система с нейтралью

Для определения силы тока можно воспользоваться формулой мощности: P = кв. корень(3) * U(l) * I(l) * cos(«фи«).

Здесь можно использовать известные данные:

• P — мощность электроприбора, известная из его инструкции по эксплуатации;
• U(l). В большинстве случаев речь идет о напряжении 220 В (для устройств с трехфазным питанием эта величина будет равна 380 В).

Значение и формула для cos («фи») обычно точно неизвестны. Их берут из технического паспорта прибора или обращаются за этой информацией к справочникам. Как правило, для определенных типов приборов такая величина известна. Например, она близка к 1 у нагревательных приборов, а у электродвигателей равна 0,7-0,9.

Таким образом на основе приведенной формулы можно посчитать силу тока на основании известных данных.

Прибор для измерения мощности — ваттметр

Испытание изоляции обмоток

Эксплуатационная надежность электродвигателя обусловлена состоянием изоляции. Вибрация работающего двигателя, тепловые, химические процессы ухудшают электроизолирующие свойства. Поэтому при диагностике после ремонта нужно испытать в электротехнической лаборатории изоляцию.

Есть испытательный трансформатор, вторичное повышенное напряжение которого подается между одной из обмоток и остальными катушками, соединенными с корпусом электромотора. Величины испытательных напряжений:

Проверяя электродвигатель мультиметром на 380 вольт, нужно учесть, что работы проводятся при отключенной сети. Работа с электричеством требует собранности, внимания, чтобы не получить удара током. Соблюдая меры безопасности, проверить исправность агрегата достаточно просто.

Соединение

Линейное и фазное напряжение часто используется для запуска генератора. Рассмотрим, какие бывают соединения проводов на примере трехфазного генератора. Он состоит из первичных и вторичных обмоток. Их можно соединить звездой или треугольником.

Схема звезда и треугольник

Соединяя проводники в «треугольник» начало второй фазы соединяется с концом первой. Помимо этого, к каждому фазному проводнику подключаются линейные провода источника. Это выравнивает токи, исходя из чего, фазовое напряжение становится равным линейному. Аналогичная схема и для подключения трансформатора и двигателя.

Такое соединение также позволяет обеспечить нулевую электрическую движущую силу и постоянную частоту. Токи обмоток сдвигаются на 120 градусов, благодаря чему в общей схеме это соединение имеет вид трех отдельных токов, которые относительно друг друга сдвинуты на 2/3 периода. Это соотношение может изменяться в зависимости от типа подключаемого устройства и характеристик сети.

Формулы для расчета двигателей

Аналогично можно подсоединить трехфазный асинхронный двигатель, стабилизатор или усилитель в сеть 220 вольт «звездой». Эта схема подразумевает подключение начала обмоток к сети. Тогда от входа начнет двигаться ток с характеристиками сети. Контакты выхода (концы обмоток), соединятся с началом при помощи специальных перемычек. Таким образом, межфазное напряжение будет протекать через все активные контакты.

В изолированной сети используются различные пусковые конденсаторы для запуска системы. Аналогично соединяются клеммы на обмотках. Это подключение часто используется для понижающих трансформаторов и различных двигателей, предусмотренных для работы в однофазной сети.

Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок