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).

Организация трехфазного и однофазного электроснабжения

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).

Trekhfaznye i odnofaznye seti 2

Trekhfaznye i odnofaznye seti 3

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.

Perekosa faz

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.