3 фазная сеть: Какая электросеть лучше для дома или квартиры: однофазная или трехфазная?

Трехфазные и однофазные сети.Отличия и преимущества.Недостатки

Для энергоснабжения промышленных предприятий, организаций и жилых объектов используются трехфазные и однофазные сети, обеспечивающие доставку электроэнергии непосредственно к потребителю. Ее источник – местные распределительные подстанции с трехфазными понижающими трансформаторами (6,3 кВ/380 В). В зависимости от требований по защите пользователей электрические линии подключаются по одной из схем, разрешенных требованиями нормативных документов (ПУЭ).

Функционально трехфазные и однофазные сети представляют собой единое целое, а их различие проявляется лишь при подключении обслуживаемого оборудования. От источника электроэнергии (от генератора или местной трансформаторной подстанции) мощность передается в нагрузку по трехфазной сети с нулевой шиной или без нее. А непосредственно к потребителю она подводится либо по той же 3-х фазной линии, либо по однофазной цепи.

Для организации однофазной потребуется сделать отвод, подключившись к одной из фаз и к нейтральной жиле. В результате получается электрическое ответвление из 2-х проводов, дополненных заземляющей шиной. Именно таким способом электропитание с местной подстанции подается на объекты с потребителями, работающими от 220 В (в квартиры жилых строений – в том числе).

В каждом из оконечных пунктов установлен распределительный шкаф с заведенными в него тремя фазами (A, B и C). Для организации разводки по рабочим помещениям, этажам и отдельным квартирам от него делаются электрические отводы (с использованием одной из фаз и нулевой шины).

Особенности распределения фаз по отдельным потребителям

Действующие трехфазные и однофазные сети характеризуются особым показателем, называемым нагрузочной способностью. Под ним понимается предельная величина мощности, которую может рассеивать данное ответвление. В зависимости от этого показателя в фазных нагрузках будет протекать ток соответствующей величины.

С другой стороны линии электропитания 380 В эффективны лишь при условии равномерного распределения нагрузки по каждому из фазных ответвлений. За счет этого результирующий ток в нулевой шине практически отсутствует, что позволяет изготавливать ее из провода меньшего сечения (т. е. сэкономить на расходном материале).

При нарушении баланса токов в различных ответвлениях от распределительного шкафа возникает перекос фаз, при котором фазные напряжения начинают отличаться от номинала.

При его появлении фазное напряжение на отдельных нагрузках может понижаться до 195 В, а на других – повышаться до 265 Вольт.

Перекоса фаз, который удается обнаружить с помощью специальных приборов, потребуется оперативно перебросить часть ответвлений на менее загруженную линию. На примере, приведенном на рисунке выше, нужно переключить часть нагрузок с фазы B на фазу C.

Как отличить трехфазные и однофазные сети

Чтобы определиться с типом сети на конкретном объекте – достаточно выяснить, какое количество жил содержится в силовом кабеле, подводящем к нему электропитание. Если в нем имеются только две или три жилы – это значит, что сеть однофазная (без заземления или с ним).

Наличие в силовом кабеле 3-х, 4-х или 5-ти жил означает, что к объекту подведена трехфазная линия, к которой можно подключать оборудование с рабочим напряжением 380 В. По трем жилам к нему подводятся фазы A, B и C, а четвертая – это рабочая нейтраль. Пятый провод используется для обустройства повторного заземления, организуемого на стороне потребителя.

Трехфазное питание применяется в частных хозяйствах загородных домов, например, при оборудовании ремонтной мастерской. Для подводки 380 В в городскую квартиру потребуется сделать заявку и оплатить дополнительные услуги. Последние включают в себя подводку 4-х жильного силового кабеля, установку трехфазного электрического счетчика и смену тарифа по оплате электроэнергии.

Сравниваем трехфазные и однофазные сети с точки зрения потребителя (плюсы и минусы)

К преимуществам однофазных сетей в сравнении с их трехфазными аналогами относят:

• Удобство монтажа.
• Простоту обслуживания.
• Экономичность (низкие затраты на прокладку кабеля).

В однофазной сети используются 3-х проводные кабели, которые по цене значительно дешевле пятижильных. Для защиты однофазных цепей применяются дешевые однополюсные автоматические выключатели (вместо сравнительно дорогих 3-х полюсных изделий). Среди недостатков этого варианта выделим невозможность установки силового оборудования, рассчитанного на работу от 380 В, и сравнительно низкую мощность, отдаваемую в нагрузку.

Перечисленные недостатки удается устранить за счет использования трехфазной подводки, к которой допускается подключать силовое оборудование суммарной мощностью до 15 кВт. К плюсам этого решения относят возможность распределять однофазные нагрузки по отдельным линиям, что очень удобно при эксплуатации бытовой техники на 220 В. Единственное ограничение в этом случае касается равномерности распределения потребителей по фазам.

Недостатки трехфазных сетей проявляются в следующем:

• При организации электроснабжения увеличиваются габариты защитного оборудования.
• Для его размещения потребуется выделить место под распределительный шкаф значительного размера.
• На обслуживание таких сетей тратится больше времени и сил, чем на однофазные.

Основная проблема при использовании 3-х фазный цепей – высокая вероятность повреждения нулевой жилы там, где без нее обойтись никак не удается. Так, при нарушении распределения нагрузок по фазным линиям и разбалансировке протекающих по ним токов возможно выгорание нейтрального провода с небольшим сечением жилы.

При обрыве нейтрального провода в нагрузках, включенных по схеме «звезда«, фазное напряжение 220 В мгновенно превращается в линейные 380 В. Такой скачок приводит к выходу из строя подключенного к сети оборудования. Добавим к этому сложность ремонта кабельного изделия, обеспечивающего подводку питающих линий непосредственно к потребителю.

Трехфазные и однофазные сети в частном хозяйстве

Перед тем, как подать заявку на прокладку трехфазного кабеля к частому хозяйству – его владельцу потребуется ознакомиться с техническими условиями на подводку и подключение. Согласно этому документу при обслуживании частников величина допустимой мощности строго ограничена и составляет не более 15 кВт.

По сравнению с однофазными сетями в этом случае могут возникнуть сложности с выбором кабеля нужной марки и организации местного защитного заземления. Кроме того, придется учитывать необходимость сбалансированной нагрузки по каждому из фазных проводов. При подключении нового бытового прибора пользователь вынужден будет следить за тем, чтобы не возникло перекоса фаз.

Такие неудобства нередко приводят к решению отказаться от трехфазной сети в пользу однофазного варианта. Единственное исключение – необходимость подключения силового оборудования, рассчитанного на электропитание 380 В. Это могут быть:

• Метало- и деревообрабатывающие станки, установленные в мастерской частного хозяйства.
• Насосное оборудование, используемое для подачи воды из скважины на участок и в дом.
• Котельное оборудование и бойлеры проточного типа.
• Циркулярные пилы и подобные им механизмы.

При однофазной подводке большинство перечисленных агрегатов (помимо обрабатывающих станков) также могут использоваться в частном хозяйстве. Но в этом случае возникают трудности, связанные со снижением мощности установленного оборудования. Также возможны проблемы с включением электроприводов в питающую сеть 220 В (усложняются схемы коммутации).

Требования к кабелю и безопасность эксплуатации

Если трехфазные и однофазные сети рассчитаны на нагрузку примерно одинаковой мощности – в первом случае допускается применять кабель с жилами меньшего сечения. Это объясняется тем, что ток в цепи распределяется по трем фазам вместо одной и в меньшей мере нагружает соответствующие проводники.

Номинальное значение токовой отсечки в автоматическом защитном устройстве для 3-фазного случая также будет меньше.

Это позволяет сэкономить на проводке, размещаемой во вводно-распределительном шкафу и монтируемой в виде линейных отводов (за счет использования жил меньшего сечения).

Согласно требованиям ПУЭ трехфазные и однофазные сети должны обеспечивать безопасность работы с подключенным оборудованием как на распределительной подстанции, так и на стороне потребителя. Для этого предусмотрены специальные меры защиты обслуживающего персонала и пользователя, проявляющиеся в организации заземления на обоих концах трехфазной линии. На однофазном участке электрической подводки безопасность обеспечивается повторным заземлением, обустраиваемом непосредственно на обслуживаемом объекте.

Похожие темы:

• Фаза и ноль. Принцип действия. Методы определения. Цветовка
• Ток и напряжение. Виды и правила. Характеристики и принцип действия
• Глухозаземленная нейтраль
• Изолированная нейтраль. Устройство и принцип действия
• Атмосферное электричество. Что это. Виды и особенности
• Электричество. Электрический ток

Отличия трехфазного и однофазного напряжения. Чем напряжение 220 В отличается от 380 Вольт

Напряжение 380B называется линейным, потому как действует между любыми из трех фаз в трёхфазной сети. Напряжение 220B называется фазным, действует между одной из трех фаз и нулём.

От генерирующих электростанций к потребителям электрическая энергия подается при помощи высоковольтных линий, частота которых составляет 50 Гц. Понижение высокого синусоидального напряжения происходит на трансформаторных подстанциях, после чего выполняется его распределение потребителям – на уровне 220B и 380B. Различается однофазная и трехфазная сеть. Однако каковы отличия между ними? Давайте разбираться.

Если при подключении дома или квартиры используются два провода (фазы и нуля), система является однофазной. Коэффициент ее рабочего напряжения составляет 220B. Если же заходят 4 провода (трех фаз и нуля) – это трехфазная система. Ее рабочее напряжение (линейное) составляет 380B.

Специфика подачи напряжения

По типу электрического тока напряжение бывает переменным и постоянным. При разной форме переменного тока изменяется его величина и значение. В то время, как у постоянного тока сохраняется одна и та же полярность знака, а вот величина может изменяться.

Напряжение, присутствующее в современных розетках, имеет переменную синусоидальную форму. Его значение бывает следующих видов:

• Амплитудным – указывает на размер размаха синусоиды по отношению к нулю в вольтах;
• Действующим – это значение, которое в √2 или 1,41 раз меньше предыдущего;
• Мгновенным – значение указывает на интенсивность напряжения в вольтах в определенные моменты времени.

Трехфазные цепи. Как подается напряжение в них

В трехфазной цепи напряжение может быть фазным или линейным. Векторная диаграмма выглядит следующим образом:

На графике присутствуют три вектора напряжений (фаз) – Uа, Ub и Uс. Величина угла между ними равна 120°. Это соблюдается между обмотками в простейшем электрооборудовании. Для того, чтобы знак вектора Ub изменился на противоположный, его нужно отразить таким образом, чтобы векторное начало и конец поменялись местами, при этом первоначальный угол наклона был сохранен. После установки векторного начала Ub в конец Uа полученное расстояние и будет рассматриваться, как вектор линейного напряжения (Uл).

Чем отличаются между собой

Однофазные сети

В таких сетях ток может проходить и по замкнутым цепям. При подключении рекомендуется в первую очередь подвести напряжение к эффективной нагрузке и только после этого вернуть его обратно. Провод, который подводит ток в условиях переменного тока, является фазой. Второй провод является нулевым. Между этими двумя проводами, передающими однофазный ток, величина напряжения составляет 220B.

Двухфазные сети

Этот тип электросетей предусматривает осуществление передачи двух переменных токов, по которым их напряжение сдвигается по фазе на 90°. Для передачи токов используются два фазных и два нулевых провода. Из-за дороговизны такой способ передачи напряжения сейчас не используется.

Трехфазные сети

В таких электросетях одновременно передаются три переменных тока со сдвигом напряжения по фазе на 120°. Источники соединяются по схеме «звезды», что позволяет использовать только три провода – 3-х фазных и одного нулевого. Преимуществом таких сетей признана экономичность и возможность передачи тока на большие расстояния. В любой паре проводов фаз присутствует напряжение в 380B, а в парах одного фазного и нулевого провода – 220B.

Исходя из вышеперечисленного, для электропитания городских квартир и частных домов оборудуются однофазные или трехфазные сети.

Где используется напряжение в 220B, а где в 380B

В большинстве жилых объектов (квартирах, домах, коттеджах и на дачах) установлены и используются однофазные электросети, в которых напряжение составляет стандартные 220B. Это обоснуется тем, что уровень потребления в обычном доме или квартире не превышает, как правило, 10 кВт.

Трехфазная электросеть проводится на объекты, где планируемый уровень потребления мощностей превышает значение в 10 кВт, а также установлены и используются электрические установки, которые требуют именно трехфазную подачу напряжения для обеспечения корректного функционирования. К примеру, если для запуска трехфазного двигателя использовать лишь одну фазу с применением конденсатора, это существенно понизит КПД электроустановки и в то же время увеличит расход электрической энергии.

С другой стороны, если уровень максимально потребляемой мощности в частном домохозяйстве не превышает 9-ти кВт, допускается использование на вводе двужильного медного кабеля с сечением 6мм и установку автомата на 40A.

В случае, когда максимальная нагрузка предположительно равняется 15кВт, для провода одной фазы величина проходящего тока составит 70A. Следовательно, обязательной будет прокладка медного провода с 10-милиметровым сечением и силового автоматического выключателя. Однако стоимость такой сети намного дороже. А потому выходом из ситуации может стать монтаж обычной трехфазной сети и распределение эффективной нагрузки поровну между фазами, то есть – по 5 кВт. На сегодняшний день подобные решения по обеспечению электропитанием используются большинством магазинов, предприятий и офисов.

По каким схемам потребители подключаются к трехфазным электросетям

Для подключения электродвигателей, нагревателей и других трехфазных мощностей используется схема «звезда» или «треугольник». Большинство установок оснащены перемычками, которые в зависимости от положения обмоток формируют вышеуказанные схемы.

Соединение звездой

Схема предусматривает соединение концов обмоток генерирующего устройства в одну точку и подключение к началу этих же обмоток нагрузки. В электродвигателях получается, что линейное напряжение в 380B, при условии соединения обмоток по схеме звезды, прикладывается к двум обмоткам для каждой фазной пары.

Соединение треугольником

В этой схеме предусмотрено прикладывание линейного напряжения к каждой обмотке. Эти элементы, как правило, рассчитаны именно на такие подключения.

Указанные способы подключения имеют и плюсы, и недостатки.

Плюсы подключения однофазной сети 220B

• Простота монтажа,
• Экономичность в финансовых вложениях,
• Безопасность в использовании напряжения.

Минусы использования однофазной сети 220B

• Ограничения на использование мощностей для конечных потребителей,
• Исключение возможности функционирования асинхронных двигателей, не оснащенных конденсаторами и ПЧ.

Плюсы подключения трехфазной сети 380B

• Экономия финансовых средств в условиях трехфазного потребления энергии,
• Возможность подключения и питания промышленного оборудования,
• Ограничение мощности только по сечению используемого кабеля,
• Переключение однофазных нагрузок на другую фазу в случаях ухудшения качества либо отключения электропитания.

Недостатки трехфазной сети 380B

• Дорогое оборудования,
• Напряжение, несущее опасность для жизни человека,
• Наличие ограничений на максимальную мощность при однофазных нагрузках.

Что бы электрическая сеть работала бесперебойно и безопасно, необходимо проводить периодические испытания сертифицированной электролабораторией.

Выезд специалиста на Ваш объект — бесплатно!

Что такое трехфазная система? Определение и типы

Определение: Система, имеющая три фазы, т. е. ток проходит по трем проводам, и имеется один нейтральный провод для передачи тока короткого замыкания на землю, известна как трехфазная система. Другими словами, система, которая использует три провода для генерации, передачи и распределения, известна как трехфазная система. Трехфазная система также используется как однофазная, если из нее выведены одна фаза и нулевой провод. Сумма линейных токов в 3-х фазной системе равна нулю, а их фазы дифференцированы под углом 120°

Трехфазная система имеет четыре провода, т. е. три токонесущих проводника и один нейтральный. Площадь поперечного сечения нейтрального проводника составляет половину жилы под напряжением. Ток в нейтральном проводе равен сумме линейных токов трех проводов и, следовательно, в √3 раз превышает составляющие тока нулевой последовательности.

Трехфазная система имеет несколько преимуществ, например, требует меньшего количества проводников по сравнению с однофазной системой. Он также обеспечивает непрерывное питание нагрузки. Трехфазная система имеет более высокий КПД и минимальные потери.

Трехфазная система индуцирует генератор, который выдает трехфазное напряжение равной величины и частоты. Он обеспечивает бесперебойное питание, т. е. если одна фаза системы нарушена, то оставшиеся две фазы системы продолжают подавать питание. Величина тока в одной фазе равна сумме токов в двух других фазы системы.

 

Разность фаз трех фаз в 120° необходима для правильной работы системы. В противном случае система выйдет из строя

Типы соединений в трехфазной системе

Трехфазные системы подключаются двумя способами, т. е. по схеме «звезда» и по схеме «треугольник». Их подробное объяснение показано ниже.

Соединение звездой

Соединение звездой требует четырех проводов, в которых есть три фазных провода и один нулевой провод. Такой тип соединения в основном используется для передачи на большие расстояния, поскольку он имеет нейтральную точку. Нейтральная точка пропускает неуравновешенный ток на землю и, следовательно, уравновешивает систему.

Трехфазные системы, соединенные звездой, дают два разных напряжения, т. е. 230 В и 440 В. Напряжение между одной фазой и нейтралью составляет 230 В, а напряжение между двумя фазами равно 440 В.

Соединение треугольником

Соединение треугольником имеет три провода и не имеет нейтральной точки. Соединение треугольником показано на рисунке ниже. Линейное напряжение соединения треугольником равно фазному напряжению.

Подключение нагрузок в трехфазной системе

Нагрузки в трехфазной системе также могут подключаться по схеме «звезда» или «треугольник». На рисунке ниже показаны трехфазные нагрузки, соединенные по схеме «треугольник» и «звезда».

Трехфазная нагрузка может быть сбалансированной или несбалансированной. Если три нагрузки (сопротивления) Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ имеют одинаковую величину и фазовый угол, то говорят, что трехфазная нагрузка является сбалансированной нагрузкой. В условиях баланса все фазы и линейные напряжения равны по величине.

Что такое трехфазное питание и какие преимущества оно дает

Трехфазное питание переменного тока (AC) обычно используется для подачи электроэнергии в центры обработки данных, а также в коммерческие и промышленные здания, в которых размещается энергоемкое оборудование. Для этого есть веская причина, потому что 3-фазное питание может обеспечить большую мощность с большей эффективностью, в отличие от однофазного питания переменного тока. Однофазный переменный ток — это тип, обычно используемый для большинства бытовых и легких коммерческих приложений, таких как освещение и небольшие бытовые приборы. На этой странице мы объясним, почему это так, и основные различия между однофазными и трехфазными системами электропитания.

 

Зачем нам трехфазное питание

Способность поставлять постоянно увеличивающееся количество энергии особенно важно, поскольку в центрах обработки данных и серверных комнатах по-прежнему наблюдается рост плотности. Более мощные вычислительные системы размещаются в тех же помещениях, где когда-то размещались серверы, потребляющие лишь часть электроэнергии, необходимой для современных компьютеров и сетей.

Не так давно одна ИТ-стойка с 10 серверами потребляла в общей сложности пять киловатт (кВт) энергии. Сегодня в той же стойке могут находиться десятки серверов, потребляющих в совокупности 20 или 30 кВт. На таких уровнях вы, естественно, хотите сделать ставку на эффективность, поскольку даже небольшое процентное улучшение энергопотребления будет означать значительную экономию долларов с течением времени.

Еще одна проблема с проводкой. Рассмотрим стойку на 15 кВт. При использовании однофазной сети переменного тока 120 вольт (VAC) для питания стойки требуется 125 ампер, для чего потребуется провод диаметром почти четверть дюйма (AWG 4) — слишком толстый, чтобы с ним было легко работать, не говоря уже о том, дорогой. Поскольку 3 фазы более эффективны, они могут обеспечивать ту же мощность (и даже больше) при использовании проводки меньшего размера. Для поддержки той же стойки на 15 кВт с использованием трехфазного питания требуются три провода, способные подавать 42 ампера (AWG 10), которые имеют небольшую часть размера — каждый меньше одной десятой дюйма в диаметре.

 

Объяснение однофазного питания переменного тока

Итак, что такое трехфазное питание? И где мы должны его использовать?

Прежде чем углубиться в это обсуждение, полезно начать с понимания однофазного питания переменного тока.

В однофазной сети переменного тока используется трехпроводная система подачи, состоящая из одного «горячего» провода, нейтрального провода и заземления. При питании от сети переменный ток или напряжение периодически меняются местами, протекая в одну сторону по горячему проводу, подающему питание на нагрузку, и в другую сторону по нейтральному проводу. Полный цикл питания происходит во время изменения фазы на 360 градусов, и напряжение меняется на противоположное 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от системы, используемой в разных частях мира. В Северной Америке это 60 раз или 60 герц (Гц).

Важно отметить, что две токонесущие ветви всегда отстоят друг от друга на 180 градусов. Чтобы визуализировать это, представьте, что мощность движется по волне, технически это синусоида с определенной частотой и амплитудой. В каждом цикле волны на каждом проводе дважды одновременно проходят через нулевую амплитуду (см. рис. 1). В этих случаях мощность на нагрузку не подается. Рис. 1 ИТ-оборудование.

 

Погружение в трехфазное питание

Как следует из названия, трехфазные энергосистемы обеспечивают три отдельных тока, каждый из которых разделен на одну треть времени, необходимого для завершения полного цикла. Но, в отличие от однофазного, где две горячие ветви всегда разнесены на 180 градусов, в трехфазном токи разнесены на 120 градусов.

На рис. 2 ниже вы увидите, что, когда какая-либо одна линия имеет пиковый ток, две другие нет. Например, когда фаза 1 находится на своем положительном пике, фазы 2 и 3 имеют значение -0,5. Это означает, что, в отличие от однофазного тока, нет точки, в которой мощность не подается на нагрузку. Фактически, в шести различных положениях каждой фазы одна из линий находится в максимально положительном или отрицательном положении.

Для практических целей это означает, что общее количество энергии, поставляемой всеми тремя токами, остается постоянным; у вас нет циклических пиков и спадов, как с однофазным.

Компьютеры и многие двигатели, используемые в тяжелой технике, разработаны с учетом этого. Они могут получать устойчивый поток постоянной мощности, вместо того, чтобы учитывать колебания, присущие однофазной мощности переменного тока. В результате они потребляют меньше энергии.

В качестве аналогии подумайте об одноцилиндровом и трехцилиндровом двигателе. Оба работают по четырехтактной модели (впуск, сжатие, мощность, выпуск). В одноцилиндровом двигателе вы получаете только один «мощный» цикл на каждые четыре такта цилиндра, что обеспечивает довольно неравномерную подачу мощности. Трехтактный двигатель, напротив, будет обеспечивать мощность в трех чередующихся фазах (опять же, разделенных на 120 градусов), для более плавной, постоянной и эффективной мощности.

 Рисунок 2

 

Преимущества трехфазного питания

Среди преимуществ, которые дает трехфазное питание, — возможность обеспечивать почти вдвое большую мощность по сравнению с однофазными системами, не требуя вдвое большего количества проводов. Это не в три раза больше мощности, как можно было бы ожидать, потому что на практике вы обычно берете одну горячую линию и подключаете ее к другой горячей линии.

Чтобы понять, как 3-фазное питание обеспечивает большую мощность, нужно посчитать. Формула для однофазной мощности: мощность = напряжение (В) x ток (I) x коэффициент мощности (PF). Если мы предположим, что нагрузка в цепи является только резистивной, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сводит формулу к P = V x I. Если мы рассмотрим 120-вольтовую цепь, поддерживающую 20 ампер, мощность будет равна 2400 Вт. .

Формула мощности трехфазной цепи: Мощность = Напряжение (В) x Ток (I) x Коэффициент мощности (PF) x квадратный корень из трех. Если предположить, что нагрузка в цепи является только резистивной, коэффициент мощности равен единице (или единице), что сводит формулу к P = V x I x квадратный корень из трех. Если мы рассмотрим 120-вольтовую трехфазную цепь, и каждая фаза поддерживает 20 ампер, формула работает как 120 вольт x 20 ампер x 1,732 = 4157 Вт. Таким образом, 3-фазные системы могут обеспечить почти вдвое большую мощность, чем однофазные системы. Это упрощенный пример, но его можно использовать для исследования дополнительной мощности, доступной от цепей, поддерживающих более высокие напряжения (например, 208 или 480 вольт) или токи (например, 30 ампер или выше).

Такая емкость пригодится, когда речь идет о питании стоек с ИТ-оборудованием. В то время как когда-то использование однофазного питания для стойки было нормой, по мере увеличения плотности в ИТ-стойках это становится менее осуществимым и практичным.