Мощность трехфазной сети

Элементы и детали

Детально схема отопления двухэтажного дома состоит из следующих деталей:

Котел, где происходит генерация тепла. Необходимая производительность – сто ватт на квадратный метр (стены в комнате не превышают трех метров в высоту). Предусмотрен запас (до 50 процентов). Необходим для того, чтобы отапливать жилплощадь, даже если имеются неучтенные потери тепловой энергии. Котлы работают на дизтопливе, угле, торфе, газе, электричестве, дровах.
Самыми удобными в быту считаются газовый и электрический (средняя цена – около 50 тысяч рублей). Такие агрегаты стоят дороже тех, которые топят дровами (средняя цена – порядка 30 тысяч рублей), зато они отличаются высокой производительностью, не требуют больших затрат в период эксплуатации. 
Газ для котла подключается с помощью баллона или системы газопровода. Материал изготовления – чугун, сталь. Монтируют на пол или на стену. Напольное оборудование требует отдельного подсобного помещения, оснащенного дымоходом, настенное функционирует без хода для дыма и подсобки. Схему отопления 2 х этажного частного дома разрабатывают с одноконтурным оборудованием – только для обеспечения тепла; двухконтурным – для обогрева и подачи горячей воды пользователю. В двухконтурном агрегате имеются насос для циркуляции и бак.

Двухконтурный котел состоит из насоса и бака

Носители тепла в системе. Ими выступают вода, электролиты или антифриз. Если в строении живут постоянно, то целесообразнее использовать воду. В таком случае отопительную систему нельзя останавливать в холодное время года. Если здание используется от случая к случаю (дача, временное жилье), то применяют антифриз или электролит. Теплоноситель определяют на этапе разработки схемы для дома.

• Приборы для обогрева. Радиаторы или батареи изготавливают из стали, алюминия, чугуна или смешанных материалов. Чем шире батарея, тем больше ее теплоотдача. Чтобы эксплуатировать радиатор было удобнее, он должен иметь воздухоотвод, чтобы выпустить воздух, который попал внутрь; терморегуляторный вентиль, чтобы обеспечить равномерный теплосъем; вентиль запорного типа, чтобы обслуживать агрегат было проще. Как провести отопление – соединить батареи можно односторонним, диагональным или нижним проводом. При определении числа батарей в помещении учитывают:
• площадь комнаты;
• мощность секции (указана в паспорте оборудования);
• имеются ли пластиковые окна;
• есть ли потери тепла на наружных стенах;
• чем утеплена крыша;
• какова высота потолков.
• Трубопровод. Он необходим, чтобы передавать, распределять и возвращать носитель тепла в котел. Контур – замкнутый. Он обеспечивает герметичность. Трубы делают из стали или полипропилена. Внутри имеются шероховатости, чтобы задерживать носитель тепла на одном месте в течение определенного периода времени (от 30 минут до 12 часов).
• Расширительный бачок. Позволяет избежать возможного разрушения из-за скачка напора или выделения газов. Внутри – мембрана, разделяющая бачок на две камеры: водяную, воздушную. Оборудование должно быть утеплено минеральной ватой, например, чтобы избежать теплопотерь, «размораживания».
• Запорная арматура. Учитывается при разработке схемы разводки отопления. Позволяет отсоединить участок трубопровода, чтобы провести реставрацию.
• Арматура для предохранения. Если отключилось электричество или превышен объем газов, арматура остановит систему или ее участок до полного устранения неполадки. Состоит из клапанов, вентилей, воздухоотвода.
• Арматура для регулирования, чтобы выравнивать показатели. Состоит из вентилей, крана.
• Коллектор распределения. В схеме отопления двухэтажного дома нужен, чтобы ликвидировать теплопотери, распределить нагрузку. На нем устанавливают приборы для обеспечения безопасности – от манометров до датчиков.

Коллектор распределения поможет сэкономить на счетах за тепло

Насос для циркуляции теплоносителей. Без него при отоплении двухэтажного частного дома своими руками тепло не дойдет до 2-го этажа здания. Чем больше площадь строения, тем большей мощности насос должен быть установлен внутри.

Особенности подключения питания к частному дому

Многие считают, что трехфазная сеть в доме повышает потребляемую мощность. На самом деле лимит устанавливается электроснабжающей организацией и определяется факторами:

• возможностями поставщика;
• количеством потребителей;
• состоянием линии и оборудования.

Для предупреждения скачков напряжения и перекоса фаз их следует нагружать равномерно. Расчет трехфазной системы получается примерным, поскольку невозможно точно определить, какие приборы в данный момент будут подключены. Наличие импульсных приборов в настоящее время приводит к повышенному энергопотреблению при их пуске.

Распределительный электрощит при трехфазном подключении берется больших размеров, чем при однофазном питании. Возможны варианты с установкой небольшого вводного щитка, а остальных — из пластика на каждую фазу и на надворные постройки.

Подключение к магистрали реализуется по подземному способу и по воздушной линии. Предпочтение отдают последней благодаря небольшому объему работ, низкой стоимости подключения и удобству ремонта.

Сейчас воздушное подключение удобно делать с помощью самонесущего изолированного провода (СИП). Минимальное сечение алюминиевой жилы составляет 16 мм2, чего с большим запасом хватит для частного дома.

СИП крепится на опорах и стене дома с помощью анкерных кронштейнов с зажимами. Соединение с главной воздушной линией и кабелем ввода в электрощит дома производится ответвительными прокалывающими зажимами. Кабель берется с негорючей изоляцией (ВВГнг) и проводится через металлическую трубу, вставленную в стену.

Измерение мощности приборами

В чем измеряется мощность

Если это обычный бытовой прибор, подключаемый в розетку, то питающее напряжение электрической сети известно – 220 В. При подсоединении к другим источникам питания берется их напряжение.

Сила тока может быть измерена:

• токоизмерительными клещами;
• используя тестер.

С помощью токоизмерительных клещей замеры проще, так как осуществляются бесконтактным способом на одном проводе, подходящем к нагрузке.

Существует два метода, как измерить мощность мультиметром:

1. Включить его в режиме измерения силы тока последовательно с электроприбором и затем рассчитать мощность по формуле. Этот способ не всегда подходит, так как может не быть возможности разорвать цепь питания устройства для подключения мультиметра;
2. Подсоединить мультиметр к устройству в режиме измерения сопротивления и затем определить ток по формуле I = U/R, зная напряжение. Затем посчитать мощность.

Измерение сопротивления ТЭНа мультиметром

Важно! Если измеряется сила тока бытовых электроприборов, то тестер устанавливается на измерение переменного тока

Измеритель мощности

Проблема точного расчета энергопотребления телевизора или дисплея компьютера сводится к качеству сборки экрана, энергосберегающим функциям и к шаблонам использования оборудования конкретным пользователем. Хороший способ точно узнать потребление конкретного электроприбора – использовать специальный ваттметр для измерений мощности бытовых устройств.

Бытовой ваттметр

Этот измерительный прибор является недорогим, но безопасным и эффективным средством определить потребляемую мощность. Ваттметр подключается непосредственно в розетку, а затем в его розеточный вход включается электроприбор.

Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях

Следующий параметр, который требует внимательного рассмотрения, – это напряжение. Так же, как и токи, напряжение в этом случае бывает фазное и линейное. Чтобы было понятнее их отличие, лучше всего рассмотреть графическое изображение векторов напряжений (фаз). Уже известно, что они расположены друг к другу под углом 1200. Таков угол между обмотками трёхфазного генератора.

асположение векторов напряжений на диаграмме

Сохраняя угол наклона вектора Ub, откладывают его (изменив знак) от точки, где заканчивается вектор Ua. Тогда из полученной векторной диаграммы видно, что вектор линейного напряжения Uл равен расстоянию между точкой начала вектора напряжения Ua и точкой конца вектора напряжения Ub. Заметно, что вектор линейного напряжения превышает фазное. Насколько большая эта разница, можно определить, пользуясь формулой:

Uл = 2*Ua*sin600.

Так как sin600= √3/2, то формула принимает вид:

Uл = √3*Ua = 1,73*Ua.

Значит, Uл = 1,73*Uф

При практических измерениях параметров напряжения фазное напряжение измеряют, касаясь щупами тестера фазного и нулевого проводников. Линейное значение должно измеряться прикосновением щупами к двум фазным проводникам.

Подключение нагрузки к источнику в трёхфазной цепи может осуществляться, как по трём проводам, без нулевого проводника, так и с его использованием. Всё зависит от того, какого типа нейтраль у сети. В сетях с глухозаземлённой нейтралью нулевой проводник служит для избегания перекоса по фазам. К тому же его используют в цепях защиты от пробоя изоляции на корпус оборудования. Он даёт возможность для срабатывания защитного отключения или перегорания вставки предохранителя.

Сети с изолированной нейтралью прекрасно работают по трём фазным проводам. Соединения такого типа исключают одновременное использование и фазного, и линейного напряжения. При такой схеме существует риск получить удар током при пробое изоляции.

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

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 P_A = 1,9 кВт, P_B = 1,8 кВт, P_C = 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 I_C = 39,32 А. Токи на остальных фазах составят I_B = 37,4 кВт, I_A = 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.

Электрический счетчик

При любой схеме подключения необходим прибор учета расхода электроэнергии. 3-фазный счетчик может подключаться непосредственно к сети (прямое включение) или через трансформатор напряжения (полукосвенное), где показания прибора умножаются на коэффициент.

Важно соблюдать порядок подключения, где нечетные номера – это питание, а четные – нагрузка. Цвет проводов указывается в описании, а схема размещается на задней крышке прибора

Вход и соответствующий выход 3-фазного счетчика обозначаются одним цветом. Наиболее распространен порядок присоединения, когда сначала идут фазы, а последний провод – ноль.

3-фазный счетчик прямого включения для дома обычно рассчитан на мощность до 60 кВт.

Перед выбором многотарифной модели следует согласовать вопрос с энергоснабжающей компанией. Современные устройства с тарификаторами дают возможность подсчитывать плату за электроэнергию в зависимости от времени суток, регистрировать и записывать значения мощности во времени.

Температурные показатели приборов выбираются как можно шире. В среднем они составляют от -20 до +50 °С. Срок эксплуатации приборов достигает 40 лет с межповерочным интервалом 5-10 лет.

Счетчик подключается после вводного трех- или четырехполюсного автоматического выключателя.

Подбираем номинал автоматического выключателя

Применив формулу I = P/209, получим, что при нагрузке с мощностью 1 кВт ток в однофазной сети будет 4,78 А. Напряжение в наших сетях не всегда равно в точности 220 В, поэтому не будет большой ошибкой силу тока считать с небольшим запасом как 5 А на каждый киловатт нагрузки. Сразу же видно, что в удлинитель, промаркированный «5 А», утюг мощностью 1,5 кВт включать не рекомендуется, так как ток будет в полтора раза превышать паспортную величину. А еще сразу можно «проградуировать» стандартные номиналы автоматов и определить, на какую нагрузку они рассчитаны:

• 6 А – 1,2 кВт;
• 8 А – 1,6 кВт;
• 10 А – 2 кВт;
• 16 А – 3,2 кВт;
• 20 А – 4 кВт;
• 25 А – 5 кВт;
• 32 А – 6,4 кВт;
• 40 А – 8 кВт;
• 50 А – 10 кВт;
• 63 А – 12,6 кВт;
• 80 А – 16 кВт;
• 100 А – 20 кВт.

С помощью методики «5 ампер на киловатт» можно оценить силу тока, возникающую в сети при подключении бытовых устройств. Интересуют пиковые нагрузки на сеть, поэтому для расчета следует использовать максимальную потребляемую мощность, а не среднюю. Эта информация содержится в документации на изделия. Вряд ли стоит самому рассчитывать этот показатель, суммируя паспортные мощности компрессоров, электродвигателей и нагревательных элементов, входящих в устройство, так как есть еще такой показатель, как коэффициент полезного действия, который придется оценивать умозрительно с риском сильно ошибиться.

При проектировании электропроводки в квартире или загородном доме не всегда доподлинно известны состав и паспортные данные электрооборудования, которое будет подключаться, но можно воспользоваться ориентировочными данными обычных для нашего быта электроприборов:

• электросауна (12 кВт) — 60 А;
• электроплита (10 кВт) — 50 А;
• варочная панель (8 кВт) — 40 А;
• электроводонагреватель проточный (6 кВт) — 30 А;
• посудомоечная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
• стиральная машина (2,5 кВт) — 12,5 А;
• джакузи (2,5 кВт) — 12,5 А;
• кондиционер (2,4 кВт) — 12 А;
• СВЧ-печь (2,2 кВт) — 11 А;
• электроводонагреватель накопительный (2 кВт) — 10 А;
• электрочайник (1,8 кВт) — 9 А;
• утюг (1,6 кВт) — 8 А;
• солярий (1,5 кВт) — 7,5 А;
• пылесос (1,4 кВт) — 7 А;
• мясорубка (1,1 кВт) — 5,5 А;
• тостер (1 кВт) — 5 А;
• кофеварка (1 кВт) — 5 А;
• фен (1 кВт) — 5 А;
• настольный компьютер (0,5 кВт) — 2,5 А;
• холодильник (0,4 кВт) — 2 А.

Как подключить проходной выключатель: схемы подключения

Расчет сечения кабеля по мощности: практические советы от профессионалов

Потребляемая мощность осветительных приборов и бытовой электроники невелика, в целом суммарную мощность осветительных приборов можно оценить в 1,5 кВт и автомата на 10 А на группу освещения достаточно. Бытовая электроника подключается к тем же розеткам, что и утюги, дополнительные мощности резервировать для нее нецелесообразно.

Если просуммировать все эти токи, цифра получается внушительная. На практике, возможности подключения нагрузки ограничивает величина выделенной электрической мощности, для квартир с электрической плитой в современных домах она составляет 10 -12 кВт и на квартирном вводе стоит автомат номиналом 50 А. И эти 12 кВт надо распределить, учитывая то, что самые мощные потребители сосредоточены на кухне и в ванной комнате. Проводка будет доставлять меньше поводов для беспокойства, если разбить ее на достаточное количество групп, каждая со своим автоматом. Для электроплиты (варочной панели) делается отдельный ввод с автоматом на 40 А и устанавливается силовая розетка с номинальным током 40 А, ничего больше туда подключать не надо. Для стиральной машины и другого оборудования ванной комнаты делается отдельная группа, с автоматом соответствующего номинала. Эту группу обычно защищают УЗО с номинальным током на 15% большим, чем номинал автоматического выключателя. Отдельные группы выделяют для освещения и для настенных розеток в каждой комнате.

На расчет мощностей и токов придется потратить некоторое время, но можно быть уверенным, что труды не пропадут даром. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная электропроводка – залог комфорта и безопасности вашего жилища.

§ 80. Мощность трехфазного тока

Известно, что активная мощность однофазного переменного тока подсчитывается по формуле

Р = I_фU_ф cos φ вт,

где I_ф и U_ф — фазные значения тока и напряжения;

φ — угол сдвига фаз между ними.

При симметричной нагрузке трехфазной системы мощность, потребляемая каждой фазой, одинакова и поэтому мощность всех трех фаз

Р = 3I_фU_ф cos φ вт.

Возьмем соединение звездой. Для него выше было найдено, что

I_л = I_ф; U_л = U_ф√3.

Подставляя в формулу мощности трех фаз линейные значения тока и напряжения, получим

Р = 3I_лU_л/_√3 cos φ.

Тогда формула активной мощности трехфазного тока при соединении звездой примет вид

P = √3 I_лU_л cos φ вт.

Полная мощность

S = √3 I_лU_л ва.

Для соединения треугольником известно, что

U_л = U_ф;
I_л = I_ф√3.

Подставляя в формулу мощности трех фаз линейные значения тока и напряжения, получим

P = 3 I_л/_√3 U_л cos φ,

и формула активной мощности трехфазного тока при соединении треугольником примет вид

P = √3 I_лU_л cos φ вт.

Полная мощность

S = √3 I_лU_л ва.

Как видим, формулы мощности получились одинаковыми как для соединения звездой, так и для соединения треугольником.

Таким образом, активную и полную мощности трехфазной системы можно рассчитать по формулам

Р = √3 IU cos φ (вт) и S = √3 IU (ва),

где I и U — линейные значения тока и напряжения.

Не нужно забывать, что эти формулы пригодны только для симметричной нагрузки.

Пример 1. Трехфазный потребитель с симметричной нагрузкой имеет активное сопротивление r = 6 ом и индуктивное сопротивление x_L = 8 ом в каждой фазе. Линейное напряжение U = 220 в.

Определить мощность потребителя, если он соединен звездой.

U_ф = U_л/_√3 = 220/_√3 = 127 в;
z = √(r2 + x_L2) = √(62 + 82) = √100 = 10 ом;
I_ф = U_ф/_z = 127/₁₀ = 12,7 а;
cos φ = r/_z = 6/₁₀ = 0,6;
Р_ф = I_фU_ф cos φ — 12,7 ⋅ 127 ⋅ 0,6 = 967,74 вт.

Мощность всех трех фаз

Р = Р_ф ⋅ 3 = 967,74 ⋅ 3 = 2903,22 вт ≈ 2,9 квт,

или

Р = √3 IU ⋅ соs φ = √3 ⋅ 12,7 ⋅ 220 ⋅ 0,6 = 2903,22 вт ≈ 2,9 квт.

При несимметричной нагрузке приходится сначала подсчитать мощность, потребляемую каждой фазой, а уже потом можно суммировать мощности всех трех фаз.

Пример 2. Потребитель трехфазного тока с несимметричной нагрузкой включен по схеме треугольник в сеть с линейным напряжением U = 380 в.

В каждой фазе потребителя включены последовательно активное и индуктивное сопротивления, величины которых равны:

  фаза I : r1 = 8 ом,  xL1 = 4 ом; 
 фаза II : r2 = 2 ома, xL2 = 6 ом; 
фаза III : r3 = 3 ома, xL3 = 5 ом.

Определить активную мощность потребителя.

Решение.

z₁ = √(r₁2 + x_L12) = √(82 + 42) = 8,9 ом;
I_ф1 = U_ф/_z1 = 380/_8,9 = 42,6 a; cos φ₁ = r₁/_z1 = 8/_8,9 = 0,9;
P₁ = I_ф1U_ф1 cos φ₁ = 42,6 ⋅ 380 ⋅ 0,9 = 14569 вт;
z₂ = √(r₂2 + x_L22) = √(22 + 62) = 6,3 ом;
I_ф2 = U_ф/_z2 = 380/_6,3 = 60,3 a; cos φ₂ = r₂/_z2 = 2/_6,3 = 0,32;
P₂ = I_ф2U_ф2 cos φ₂ = 60,3 ⋅ 380 ⋅ 0,32 = 7332 вт;
z₃ = √(r₃2 + x_L32) = √(32 + 52) = 5,8 ом;
I_ф3 = U_ф/_z3 = 380/_5,8 = 65,5 a; cos φ₃ = r₃/_z3 = 3/_5,8 = 0,51;
P₃ = I_ф3U_ф3 cos φ₃ = 65,5 ⋅ 380 ⋅ 0,51 = 12694 вт;

Мощность трех фаз

P = P₁ + P₂ + P₃ = 14569 + 7332 + 12694 = 34595 ≈ 34,6 квт.

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.