Чем отличется однофазное напряжение от трёхфазного

Трехфазная система переменного тока

Сети трёхфазной системы рассчитаны на питание от подстанций, подающих напряжение по четырём проводам: три фазы и ноль. Это один из частных случаев многофазных цепей, где функционируют ЭДС, имеющие синусоидальные формы и равную частоту. Они произведены одним и тем же источником, но имеют угол сдвига между фаз в 120 градусов (2π/3).

Ещё электротехник М.О. Доливо-Добровольский, проводя изучение работы асинхронных двигателей, представил четырёхпроводную систему в качестве рабочей для питания такого типа машин и агрегатов. Каждый провод, образующий отдельную цепь внутри этой системы, называют «фазой». Структуру трёх смещённых по фазе переменных токов именуют трёхфазным током.

Четырёхпроводная схема питания

Важно! В подобной структуре фазное напряжение равно 220 В – это то, что покажет прибор при измерении между фазным и нулевым проводниками. Величина линейного напряжения составит 380 В при проведении измерения между двумя фазными тоководами

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) проводник. В 99% квартир и домов именно так и происходит.

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…

Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше – трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее трехфазные двигатели), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.

Трехфазный ввод. Вводной автомат на 100 А, далее – на счетчик трехфазный прямого включения Меркурий 230.

Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.

Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого – не более 40 А.

Про выбор защитного автомата я уже писал здесь. А про выбор сечения провода – здесь. Там же – жаркие обсуждения вопросов.

Но если мощность потребителя – 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

Например, 15 кВт – это для одной фазы около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) PEN проводник. В 99% квартир и 90% домов именно так и происходит.

Трехфазный ввод. Вводной автомат на 100 А, далее – на счетчик трехфазный прямого включения Меркурий 230.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

Например, если дом питается от одной фазы, и потребляет мощность 15 кВт — это ток около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

И на вводе (перед счетчиком) стоят примерно такие “ящички”:

Трехфазный ввод. Вводной автомат D80 перед счетчиком.

Существенный минус трехфазного ввода (отмечал его выше) – ограничение по мощности однофазных нагрузок. Например, выделенная мощность трехфазного напряжения – 15 кВт. Это значит, что по каждой фазе – максимум 5 кВт. А это значит, что максимальный ток по каждой фазе – не более 22 А (практически – 25). И надо крутиться, распределяя нагрузку.

Надеюсь, теперь понятно, что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В?

Схемы трехфазных цепей

Обмотки генератора или трансформатора в трёхфазных цепях можно соединить между собой по двум схемам:

звезда;
треугольник.

Соединения выполняются на клеммнике (борно) агрегата или трансформатора, куда выводятся концы обмоток.

Соединение перемычками обмоток

Присоединение нагрузки к генератору (трансформатору) можно произвести по следующим схемам:

присоединение «звезда – звезда» с использованием нулевого проводника;
подключение «звезда – звезда» без использования нулевого провода;
подсоединение «звезда – треугольник»;
схема «треугольник – треугольник»;
соединение «треугольник – звезда».

Внимание! Такое разнообразие схем вызвано тем, что собственные обмотки генератора и собственные обмотки нагрузки могут быть соединены по-разному. При различных типах сопряжения получаются разные соответствия между фазными и линейными значениями

Соединение может быть выполнено на заводе при сборке генератора, к месту подсоединения питающего кабеля уже выведены вторые концы обмоток. Информация о схеме соединения обмоток наносится на прикреплённую к статору машины табличку.

На электрических двигателях, трансформаторах или иных потребителях также производят необходимые манипуляции по переключению выводов обмоток. На картинке, приведённой ниже, красным маркером отмечены концы обмоток, соединённые перемычкой. Синим маркером – фазы питания.

Соединения на борно двигателя

Соединение звездой

Буквенное обозначение начала обмоток – «А», «В», «С», концов – «X», «Y», «Z». Нулевая точка маркируется как «О». У каждой обмотки есть два конца. При соединении «звезда» все три одноименных вывода обмоток (начала) соединяются между собой в одну точку «О». К свободным концам подключается нагрузка.

Схема соединения обмоток «звездой»

Соединение треугольником

При выполнении этого присоединения на борно ставятся перемычки, включающие обмотки в следующей последовательности:

конец «А» – с началом «В»;
конец «В» – с началом «С»;
конец «С» – с началом «А».

Графическое изображение катушек становится похожим на треугольник, отсюда пошло название.

Когда хотят использовать подключаемый асинхронный двигатель с максимальным коэффициентом полезного действия, то его обмотки соединяют в треугольник. В этом случае фазные напряжения совпадают (Uл = Uф), линейный ток будет вычисляться по формуле:

Iл = √3*Iф.

Подключая в качестве нагрузки двигатель, необходимо учесть ряд нюансов:

достигается увеличение мощности в 1,5 раза;
повышается значение пускового тока, по сравнению с рабочим в 7 раз из-за тяжёлого запуска;
резкое увеличение нагрузки на валу электромашины будет вызывать резкое увеличение тока.

Из-за всего этого есть риск возникновения перегрева машины, что не происходит при соединении обмоток нагрузки по схеме «звезда». Там двигатель не расположен к перегреванию, и его пуск осуществляется плавно.

Включение обмоток по схеме «треугольник»

При двух видах включения обмоток различают и дают определение двум видам токов: линейному и фазному. Запомнить различия просто:

ток, протекающий через проводник, который соединяет источник с приёмником, называется линейным;
ток, движущийся по обмоткам источника или нагрузки, называется фазным.

Стоит обратить внимание на формулы мощности при различных схемах соединения источника с нагрузкой. Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

Мощность тока при схеме «звезда» определяется по формуле:

P = 3*Uф*Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ,

где:

Uф – фазное напряжение;
Uл – линейное напряжение;
Iф – фазный ток;
Iл – линейный ток;
cosϕ – сдвиг фаз.

Мощность тока при схеме «треугольник» вычисляется по формуле:

P = 3* Uф* Iф*cosϕ = √3*Uл*Iл*cosϕ.

К сведению

Обращать внимание на линейный и фазный токи необходимо тогда, когда генератор (источник) нагружается несимметрично при подключении нагрузки

Соединения в трёхфазной цепи

Что такое однофазное и трёхфазное напряжение

В разных точках электросети разное напряжение, его номинал в розетке и на распределительном щитке различен.

Напряжение 380 Вольт – трехфазное, действующее в аналогичной сети. Она состоит из трех отдельных цепей, называемых фазами, и нулевого провода, идущего от общей точки. Электродвижущая сила (ЭДС) движется по трем проводам, ее амплитуда и частота одинаковы, а момент прохождения через максимум или нуль сдвинуты друг относительно друга на треть периода. Это значит, что в точке, где ЭДС одного провода достигает минимума, ЭДС второго провода убывает, а третьего – нарастает.
Напряжение 220 В называется фазным и действует в такой же сети. ЭДС при этом движется только по одному проводу. Обычно однофазную сеть используют, если нагрузка каждого потребителя не превышает 10кВт, например, в жилых домах. При этом в каждую квартиру подводятся фазный провод и нулевой (нейтральный проводник).

Часто дополнительно подводится заземление, предотвращающее поражение человека электрическим током. Оно необходимо также для отвода тока утечки и защиты приборов от поломки. В случаях когда нужно запитать оборудование с большей чем 10кВт мощностью, например, на промышленных предприятиях, используется трёхфазная подача напряжения.

Что такое фазное напряжение?

В трехфазных магистралях большинства государств размер напряжения равен 220 вольт. Фазный вольтаж измеряется в промежутке между фазами в начале и конце провода. Практически это величина посередине нулевого проводника и напряженного кабеля. При подсоединении по типу звезды значения линейных токов и фазного электричества не отличаются.

Симметричная система исключает присутствие нейтральной жилы, при несимметричном способе нулевой кабель поддерживает соразмерность с источником. Во втором варианте часто в цепь включаются приборы освещения, и требуется независимое функционирование 3 рабочих кабелей, тогда выводы приемника объединяются по типу треугольника.

Межфазное напряжение используется в многоквартирном секторе с магазинами или офисами на первых этажах. Так можно запитать торговые площадки силовыми кабелями в целях обеспечения 380 вольт. В высотках подключение обеспечивает лифты, эскалаторы, промышленные холодильники. Разводка выполняется относительно просто, учитывая, что в жилье идет ноль и жила под нагрузкой, а на общественные помещения ответвляются 3 рабочих кабеля и нейтральная жила.

Отличие трехфазного тока от однофазного состоит в том, что показатель сети — это линейная мощность, а параметры, имеющие отношение к нагрузке, представляют собой фазный вольтаж. От станции к потребителю проводится линия, включающая рабочие жилы и нулевой провод. Для снижения утечек при прохождении по цепи в начале и конце сети ставятся преобразователи, но картина от этого не изменяется. Нейтральный провод фиксирует и транспортирует пользователю заявленный потенциал, полученный на выходе. Мощность в проводе под нагрузкой создается, исходя из значения в нейтрали.

Величина напряжения фазы выявляется и возникает относительно центра подключения обмоток — нейтрального провода. В симметричной относительно нагрузок схеме трехфазной цепи через ноль передается ток с минимальными показателями. На выводе такой линии провода под нагрузкой окрашиваются в общепринятые стандартные цвета:

жила L1 — коричневый;
провод L2 — черный;
кабель L3 — серый;
нулевая оплетка N — синий;
желтый или зеленый — предусмотрен для заземления.

Такие мощные линии проводятся к крупным потребителям — целым микрорайонам, заводам. Для небольших приемников монтируется однофазная линия, включающая нагруженный провод и дополнительный ноль. При равномерном распределении мощности в однофазных ответвлениях появляется равновесие в трехфазной конструкции. Для прокладки составляющих ветвей принимается напряжение фазы одной жилы относительно нейтрали.

Преимущества и недостатки трехфазной системы электроснабжения

Не секрет, что трехфазное электроснабжение частного дома стает всё более актуально, и это связанно не только с величиной напряжения. Давайте разберёмся во всех преимуществах 380 Вольт и вот их перечень:

Подключение самых распространённых в быту и на производстве асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. При подключении к однофазной цепи теряется их мощность, крутящий момент, а также КПД. Ведь они первоначально были рассчитаны на три фазы. Применение таких электромашин в частном доме может понадобиться при обустройстве точильного, сверлильного или деревообрабатывающего станка и других видов техники. Владелец, который обладает навыками работы на таком оборудовании, всегда найдёт ему применение. На даче всегда пригодится мощный насос, поэтому провести 380 Вольт и тут не помешает.
Подключив три фазы, владелец частного дома получает, по большому счёту, сразу три независимые однофазные сети, которыми может распоряжаться по своему усмотрению. Для этого того чтобы получить однофазное напряжение 220 Вольт, нужно подключить один провод к фазе, а другой к нулю. Оно будет называться фазным. Напряжение между двумя фазами равняется 380 Вольт и называется линейное.
При поломке или аварийной ситуации на распределительной подстанции может отгореть одна или даже две фазы. При этом у владельца частного дома с тремя фазами как минимум освещение и холодильник будет работать. При этом нужно помнить, что для трёхфазных двигателей работа на две фазы повлечёт за собой неминуемый выход его из строя.

Учтите, и тут есть свои подводные камни. Трехфазная сеть нужна в том случае, если недостаточно мощности однофазной сети. И даже если однофазной недостаточно не нужно спешить подключать три фазы, лучше уточнить о возможности увеличения лимита мощности для однофазной сети — эта процедура намного проще, чем согласование и подключение трех фаз. Три фазы в обязательном порядке подключают в том случае, если нужно запитать трехфазные электродвигатели, которые не могут работать в однофазном режиме, либо в случае одновременного использования большого количества электроприборов, оборудования, например, если в доме большое хозяйство, налажено какое-то мелкое производство.

Также следует отметить еще несколько недостатков трехфазной системы электроснабжения. Один из минусов — необходимость равномерного распределения нагрузок по каждой из фаз. Второй недостаток — большая сложность в подключении, приобретении другого щитка, защитных аппаратов и т.д. Третий недостаток — большая опасность с точки зрения поражения током, так как в доме будет не только однофазное напряжение 220 В, но и линейное — 380 В

Как видите, преимущества питания потребителя от сети 380 Вольт не всегда очевидны. Теперь стоит разобраться, какие документы нужны для подключения трехфазной сети. Об этом мы сейчас и поговорим.

Как оформить подключение трех фаз

Конечно же, перед тем как перейти к технической стороне вопроса и непосредственно к подключению нужно обратиться в компанию, являющуюся поставщиком электроэнергии в данном конкретном регионе. Для этого заказчику необходимо чётко понимать и согласовать следующие моменты:

Мощность сети.
Тип счётчика и тариф. Это может быть многотарифный прибора учёта или однотарифный.
Количество фаз (в данном случае 3).
Схема подключения.
Организация , которое крайне необходимо для защиты людей от электрического тока при пробое или ухудшении сопротивления изоляции.

Важно!
Самостоятельное подключение к энергосетям запрещено законом! Процедура подключения и организации энергоснабжения должна выполняться высококвалифицированным персоналом. Для того чтобы подключить частный дом к трехфазной сети, она должна быть полностью обесточена, а выполнять это без энергослужбы также запрещается.. Поставщики при этом придерживаются чётких требований и правил

Поэтому, если расстояние от частного дома до сетей 380 Вольт, проходящих чаще всего по столбам, будет больше 300 метров в черте города (500 за городом), то чтобы провести электричество придется оплачивать ещё и

Поставщики при этом придерживаются чётких требований и правил. Поэтому, если расстояние от частного дома до сетей 380 Вольт, проходящих чаще всего по столбам, будет больше 300 метров в черте города (500 за городом), то чтобы провести электричество придется оплачивать ещё и .

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.