Три фазы можно ли использовать только одну

Этот вопрос часто задают начинающие домашние мастера перед тем, как приступить к изучению алгоритма работ по электромонтажу в квартире или частном доме. Однако, до недавнего времени, на него не было однозначного ответа и по ходу ознакомления с сегодняшней статьёй читатель поймёт почему. Попробуем разобраться, почему используют именно 3 фазы, бывают ли 2 или 4, какое напряжение у того или иного вида подключения, как именно производится коммутация электроприборов.

Трёхфазные системы довольно широко распространены при электромонтаже в частных домах

Общие сведения о величинах напряжений

Если речь идёт об электромонтаже в частном доме, то здесь чаще всего используется трёхфазное напряжение сети, величина которого составляет 380 В. Однако подобный параметр используется лишь для электродвигателей и прочего оборудования промышленного типа. Единственным исключением можно назвать некоторые варочные плиты старого образца. Именно поэтому, даже если к вводному распределительному щитку дома подходят 3 фазы, их делят на группы. Дело в том, что если при делении с каждой из них в паре пускать нейтраль (ноль), то напряжение снизится до привычных всем 220 В.

Пример того, как трёхфазную линию можно разделить на три однофазных

Подобные системы можно наблюдать в большинстве многоквартирных домов. Ведь к каждому из них подходит 3 фазы, которые уже в подъездных щитках распределяются по квартирам. В результате, в каждую подводится только одна фаза, ноль и заземление. Только при таком подключении привычные всем бытовые приборы (холодильник, стиральная и посудомоечная машина, микроволновая печь) смогут нормально функционировать.

Возможно ли подключение на 2 или 4 фазы

Профессиональные электромонтёры, получившие образование в течение последних 10-12 лет, с полной уверенностью скажут, что это невозможно. И это будет ошибкой. Для примера можно взять сварочные трансформаторы, произведённые в советские времена, которые ещё сравнительно недавно можно было встретить на заводах. Их рабочее напряжение было равным 380 В, однако проводов для подключения они имели всего два. И если подобный агрегат подключить согласно логике, то это будет «ноль» и «фаза». Но загвоздка в том, что варить аппарат при такой коммутации не будет. Их следовало подключать на 2 фазы, без использования третьей и нейтрали.

Чем трёхфазная сеть завоевала популярность

По сути, возможно использование 4, 5 или даже 10 фаз, однако это будет нерациональным и повысит стоимость и без того недешёвой электроэнергии. С точки зрения разумности, электромагнитного поля трёхфазной системы вполне достаточно для вращения электродвигателя. А теперь представим, что фаз будет 5. В этом случае увеличивается количество обмоток двигателя, что приводит к излишним расходам на изготовление, а значит, увеличивает итоговую стоимость агрегата. При этом никаких видимых улучшений по мощности не будет.

Если же говорить о двух фазах, то для запуска асинхронного электродвигателя их будет недостаточно, придётся монтировать систему, включая в схему конденсатор, который обеспечит необходимый сдвиг. При этом падение мощности обеспечено.

Немного физики: объяснение рациональности использования трёх фаз

Если говорить цифрами, то можно отметить, что полный цикл вращения ротора электродвигателя составляет 360º, а сдвиг фаз в системе с напряжением 380 В равен 120º. Путём нехитрых вычислений можно сделать вывод, что 3·120º=360. Вот и ответ на вопрос, почему используют именно 3 фазы.

Подведём итоги

На сегодняшний день споры о том, сколько фаз необходимо для большего КПД практически утихли. Всем стало понятно, что трёхфазные сети являются наиболее удобными при электромонтаже как при строительстве жилых домов, так и в промышленности. Ведь именно по трёхпроводной системе передаётся высоковольтное напряжение по ЛЭП, а это также о многом говорит. Значит, не стоит забивать голову, размышляя о том, что бы получилось, будь фаз 4, 5 или 6. Лишние затраты никому не нужны.

Редакция HouseChief очень надеется, что вопрос, рассмотренный в сегодняшней статье, больше не будет беспокоить нашего читателя. Если что-либо осталось непонятным для вас, смело спрашивайте об этом в комментариях ниже. Мы обязательно всё разъясним в максимально сжатые сроки.

Если же вы имеете личное мнение по данному вопросу, просим изложить и его. Редакции HouseChief будет весьма интересно с ним ознакомиться. Напоследок предлагаем вашему вниманию короткий видеоролик, который поможет понять суть работы трёхфазной системы.

Статья адресована начинающим электрикам. Я тоже когда-то был начинающим, и всегда рад поделиться знаниями и поднять профессиональный уровень моих читателей.

Итак, почему в некоторые электрощитки приходит напряжение 380 В, а в некоторые – 220? Почему у одних потребителей напряжение трёхфазное, а у других – однофазное? Было время, я задавался этими вопросами и искал на них ответы. Сейчас расскажу популярно, без формул и диаграмм, которыми изобилуют учебники.

Очень коротко, для тех, кто не будет читать дальше: напряжение 380 В называется линейным и действует в трехфазной сети между любыми из трёх фаз. Напряжение 220 В называется фазным и действует между любой из трёх фаз и нейтралью (нулём).

Другими словами. Если к потребителю подходит одна фаза, то потребитель называется однофазным, и напряжение его питания будет 220 В (фазное). Если говорят о трехфазном напряжении, то всегда идёт речь о напряжении 380 В (линейное). Какая разница? Далее – подробнее.

Чем три фазы отличаются от одной?

В обоих видах питания присутствует рабочий нулевой проводник (НОЛЬ). Про защитное заземление я подробно рассказал здесь, это обширная тема. По отношению к нулю на всех трёх фазах – напряжение 220 Вольт. А вот по отношению этих трёх фаз друг к другу – на них 380 Вольт.

Так получается, потому что напряжения (при активной нагрузке , и ток) на трёх фазных проводах отличаются на треть цикла, т.е. на 120°.

Подробнее можно ознакомиться в учебнике электротехники – про напряжение и ток в трехфазной сети, а также увидеть векторные диаграммы.

Получается, что если у нас есть трехфазное напряжение, то у нас есть три фазных напряжения по 220 В. И однофазных потребителей (а таких – почти 100% в наших жилищах) можно подключать к любой фазе и нулю. Только делать это надо так, чтобы потребление по каждой фазе было примерно одинаковым, иначе возможен перекос фаз.

Подробнее о перекосе фаз, и от чего он бывает – здесь.

А защититься от перекоса фаз лучше всего с помощью реле напряжения, например Барьер или ФиФ ЕвроАвтоматика.

Кроме того, чрезмерно нагруженной фазе будет тяжело и обидно, что другие “отдыхают”)

Преимущества и недостатки

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.

Однофазная сеть 220 В, плюсы

• Простота
• Дешевизна
• Ниже опасное напряжение

Однофазная сеть 220 В, минусы

• Ограниченная мощность потребителя

Трехфазная сеть 380 В, плюсы

• Мощность ограничена только сечением проводов
• Экономия при трехфазном потреблении
• Питание промышленного оборудования
• Возможность переключения однофазной нагрузки на “хорошую” фазу при ухудшении качества или пропадании питания

Трехфазная сеть 380 В, минусы

• Дороже оборудование
• Более опасное напряжение
• Ограничивается максимальная мощность однофазных нагрузок

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.

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.

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.

А если Вам вообще интересно то, о чем я пишу, подписывайтесь на получение новых статей и вступайте в группу в ВК!

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.

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.

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).

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

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 Звезда и Треугольник в трехфазной сети

Существуют различные вариации включения нагрузки с рабочим напряжением 220 и 380 Вольт в трехфазную сеть. Эти схемы называются “Звезда” и “Треугольник”.

Когда нагрузка рассчитана на напряжение 220В, то она включается в трехфазную сеть по схеме “Звезда”, то есть к фазному напряжению. При этом все группы нагрузки распределяются так, чтобы мощности по фазам были примерно одинаковы. Нули всех групп соединены вместе и подключены к нейтральному проводу трехфазного ввода.

В “Звезду” подключены все наши квартиры и дома с однофазным вводом, другой пример – подключение ТЭНов в мощных калориферах и конвектоматах.

Когда нагрузка на напряжение 380В, то она включается по схеме “Треугольник”, то есть к линейному напряжению. Такое распределение по фазам наиболее типично для электродвигателей и другой нагрузки, где все три части нагрузки принадлежат к единому устройству.

Система распределения электроэнергии

Исходно напряжение всегда является трехфазным. Под “исходно” я подразумеваю генератор на электростанции (тепловой, газовой, атомной), с которого напряжение в много тысяч вольт поступает на понижающие трансформаторы, которые образуют несколько ступеней напряжения. Последний трансформатор понижает напряжение до уровня 0,4 кВ и подаёт его конечным потребителям – нам с вами, в квартирные дома и в частный жилой сектор.

На крупных предприятиях с потреблением мощности более 100 кВт обычно существуют собственные подстанции 10/0,4 кВ.

Наглядно:

На рисунке упрощенно показано, как с генератора G напряжение (везде речь идёт про трехфазное) 110 кВ (может быть 220 кВ, 330 кВ или другое) поступает на первую трансформаторную подстанцию ТП1, которая понижает напряжение в первый раз до 10 кВ. Одна такая ТП устанавливается для питания города или района и может иметь мощность порядка от единиц до сотен мегаватт (МВт).

Далее напряжение поступает на трансформатор ТП2 второй ступени, на выходе которого действует напряжение конечного потребителя 0,4 кВ (380В). Мощность трансформаторов ТП2 – от сотен до тысяч кВт. С ТП2 напряжение поступает к нам – на несколько многоквартирных домов, на частный сектор, и т.п.

Такие ступени преобразования уровня напряжения необходимы для того, чтобы уменьшить потери при транспортировке электроэнергии. Подробнее о потерях в кабельных линиях – в другой моей статье.

Схема упрощённая, ступеней может быть несколько, напряжения и мощности могут быть другие, но суть от этого не меняется. Только конечное напряжение потребителей одно – 380 В.

 Фото

Напоследок – ещё несколько фото с комментариями.

Друзья, на сегодня всё, всем удачи!

Жду отзывов и вопросов в комментариях!