При подключении частного дома к электросети часто приходится слышать вопрос от владельца о том, чем трехфазный ток отличается от однофазного. Прежде всего, различия касаются такого ряда параметров, как – номинал, мощность и равномерность распределения нагрузки. В этом обзоре расскажу, что такое 3-х- и 1-фазная сеть, чем они различаются, каковы их плюсы и минусы, когда лучше выбрать тот или иной вариант, а также как правильно выполнить подключение.
Фазное и линейное напряжение – что это такое, чем различаются
Для начала выделю такой главный момент, что поступающая в дом с линии электропередач электроэнергия вырабатывается 3-х-полюсным энергогенератором. В упрощенной форме можно сказать, что взаимодействие статора с ротором, приводит к образованию на выходе каждого из 3-х модулей собственной разности потенциала.
Ввиду того, что их всего 3, каждый из них образует отдельный контакт, вырабатывающий ток. Однако электроток возникает из одного генератора, и каждый из 3-х сегментов занимает ровно 120° в окружности обмотки. Поэтому все 3 фазы вырабатываемого переменного электричества имеют сдвиг относительно друг друга ровно на 120 градусов.
В 1-фазной сети потенциал меняется от 0 до 220 вольт 50 раз в течение 1 секунды (графически это отображается синусоидой). Для маломощных бытовых приборов это некритично. Другое дело – большая мощность потребления. Тогда применяется 3-фазная цепь. В ней такой недостаток компенсируется всеми 3-мя фазами – то есть пока одна фаза затухает, тут же возрастает 2-ая, в то же время как 3-яя уже на пике.
Именно в этом и заключается главное отличие однофазного тока от трехфазного – при этом первое носит название фазного (220 В «фаза + ноль»), второе линейного напряжения (380 В «фаза + фаза»).
По заявке владельца сегодня к частному дому можно подключить 3 фазы. Нужно это не только для эксплуатации электрооборудования на 380 В. По факту получается 3 отдельные фазы на 220 вольт, к которым потом можно будет подключить все бытовые приборы для эффективного распределения нагрузки. Однако делать это нужно грамотно, чтобы не возникало перекоса фаз.
Плюсы и минусы
В принципе, в современных частных владениях используются как 1-фазные, так и 3-фазные схемы. В каждом случае есть свои особенности.
Так, в 1-фазных сетях я нашел следующие преимущества:
- Доступность. В большинстве случаев бытовые сети предоставляют напряжение 220 В.
- Безопасность. Угроза поражения исходит только от 1-го проводника, при этом его номинал не такой высокий, как в 3-фазном варианте.
- Упрощенный монтаж. При прокладке проводки и подключении оборудования не обязательно применять профессиональные приспособления – достаточно специального щупа.
Главный недостаток сводится к ограниченности мощности потребления. Как правило, 10 кВт – это уже предел для 1-фазных цепей. В отличие от сети на 220 вольт электроцепь на 360–380 вольт (или 3 фазы) позволяет подключать столько оборудования, сколько вообще может потребоваться на бытовом уровне. Естественно, с учетом ограничений входного устройства и сечения питающего кабеля.
Кроме того, выделю еще несколько положительных сторон 3-фазной схемы:
- Экономический фактор – для передачи электроэнергии требуется меньше проводов, что особенно актуально для ЛЭП длиной сотни и тысячи километров.
- Трансформаторы характеризуются минимальными размерами магнитопроводной части – по сравнению с аналогами для 1-фазной цепи.
- Для подключения приборов одинаковой мощности в 3-фазной сети требуется проводник с меньшим сечением, чем в 1-фазной.
- Возможность изготовления и функционирования 3-х-фазных асинхронных электродвигателей. Моторы проще, надежнее и мощнее моделей, требующих подключения 1-ой или 2-х фаз.
- При необходимости в цепи можно переключать номинал напряжения, изменять количество подключенных фаз и менять мощность оборудования.
3-х-фазная сеть позволяет равномерно распределять нагрузку по отдельным фазам
- Для каждой люминесцентной лампы в пределах одного осветительного прибора можно подключить отдельную фазу. В результате это существенно понизит мерцание и избавит от стробоскопического явления.
- Равномерное распределение механической нагрузки в энергогенераторе, и увеличение срока его службы.
Недостатки проявляются в том, что для подключения придется приобретать более дорогостоящее электрооборудование. Кроме того, напряжение между любыми двумя фазами в цепи всегда равно 380 вольт, а это само по себе уже смертельно опасно – что при нечаянном контакте с неизолированными частями, что при пробое тока на корпус.
Мощность электрооборудования в 3-х-фазной сети по большому счету ограничена площадью сечения питающих проводников. Однако на бытовом уровне для частного потребителя существует предел, контролируемый договором и вводным щитком, например, 15 кВт.
Правила выбора – что лучше 1 или 3 фазы
При выборе типа домашней сети – между 1-фазной и 3-х-фазной, рекомендую руководствоваться следующими принципами:
- Мощность потребления всего электрооборудования не превышает 10 кВт. Для питания достаточно одной фазы и нулевого провода. Подходит для вариантов, когда жилище имеет альтернативный тип обогрева (дрова, газ, уголь), и не применяется мощная техника.
- Потребительский предел выше 10 кВт. Потребуется 3-х-фазная система электроснабжения. Как правило, такие условия возникают при установке в доме электрокотла, наличии сопутствующего электрооборудования на участке, в гараже, мастерской.
- Наличие 3-х-фазных установок. Например, если планируется пользоваться мотором на три фазы, лучше сразу подключать дом к сети электричества с напряжением на 380 вольт – так как разница в КПД будет ощутимее и расходы ниже, чем при питании его в 1-фазной цепи, то есть на 220 В.
Видео о том, что такое 3-фазный переменный ток:
- В цепи большое количество 1-фазных потребителей с суммарной мощностью свыше 15 кВт. В таком случае нужно выбирать 3-фазное подключение с последующим равномерным распределением нагрузки по каждой фазе. В противном случае потребуются расходники с нереальными параметрами. Например, для нагрузки в 15000 ватт в 1-фазной цепи понадобится медный кабель сечением 10 мм² и автомат на 70 А.
Главный недостаток 3-фазной цепи с распределением нагрузки по отдельным фазам выражается в ограничении потребительской мощности. К примеру, если выделяется всего 15 кВт, значит, на каждую ветку пойдет по 5 кВт. Поэтому перед подключением нужно тщательно продумать схему распределения.
Варианты подключения
Контакты обмоток трансформатора или генератора в сетях с 3-фазного напряжения объединяются 2-мя способами:
- Звезда. Концы обмоток стыкуются в единую точку.
- Треугольник. Соединение обмоток выполняется таким образом, чтобы конец 1-ой стыковался с началом 2-ой, а конец 2-ой с началом 3-ей, и конец 3-ей с началом 1-ой.
Видео о том, что лучше для дома 1 или 3 фазы
При этом подключить потребителя к сети можно по следующим вариантам схем:
- Звезда-звезда – с применением нейтрального проводника.
- Звезда-звезда – без нулевого провода.
- Звезда-треугольник.
- Треугольник-звезда.
- Треугольник-треугольник.
Наличие такого разнообразия вариантов подключения в системе трехфазного переменного тока обуславливается тем, что как источник, так и потребитель можно подключать звездой или треугольником. При этом в каждом случае будет возникать свои линейные и фазные соответствия.
Особенности подключения двигателя
Если вы хотите подключить 3-х-фазный электродвигатель асинхронного типа, и при этом получить максимальный КПД, советую соединять контакты его обмотки по схеме «треугольник». При этом надо учесть, что в таком случае включение мотора в качестве нагрузки будет иметь следующие особенности:
- Потребляемая мощность возрастает в 1,5 раза.
- Ввиду усилия, требуемого для раскрутки, сила пускового тока повышается в 6-7 раз по сравнению с рабочим значением.
- При внезапном возрастании сопротивления вращающегося вала происходит резкий скачок силы тока.
Видео-обзор о том, как выполняется подключение «звезда» и «треугольник» на примере асинхронного двигателя:
В зависимости от схемы подключения обмоток различаются 2 вида электротока – фазное и линейное. Так, когда ток трехфазной цепи на 380 В циркулирует по обмотке потребителя или генератора, речь идет о межфазном или фазном напряжении. Когда же передача идет через проводник от источника к нагрузке, говорят о линейной разновидности.
Видео-советы по тому, что лучше для дома – 1 или 3 фазы:
Трехфазный переменный электрический ток вырабатывается энергогенератором, обмоточный контур которого равномерно разделен на 3 сектора. Из-за этого все 3 фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов. На практике это дает возможность взаимной компенсации перепадов, и, как результат, более стабильные общие характеристики.
Потенциал между фазой и нейтралью равен 220 В и называется фазным напряжением, а между фазами – линейным и соответствует 380 В. 1-фазные сети более доступны и просты в эксплуатации, однако весьма ограничены по мощности. 3-фазные цепи, напротив, не ограничены по мощности потребления, позволяют экономить на проводниках и трансформаторах, а также дают возможность более оптимально подключать и эксплуатировать оборудование. Минусы – более дорогостоящее оборудование и опасность.
При выборе подключения домашней сети между 1 и 3 фазами нужно учесть ряд аспектов:
- При мощности оборудования ниже 10 кВт достаточно 1 фазы.
- Если потребительская мощность выше 10 кВт, лучше использовать 3 фазы.
- 3-х-фазные установки для оптимизации работы лучше подключать на 380 В, а не на 220 В.
- При наличии в цепи большого числа 1-фазных приборов с суммой мощности от 15 кВт лучше использовать 3 фазы с равномерным распределением по фазам.
Трехфазное электричество можно подключать 2 способами – «звезда» и «треугольник». Правило касается как потребителя, так и источника. При выборе схемы для асинхронного мотора нужно учесть особенности запуска, возрастание мощности и возможный рост силы тока при перегрузках.
