Что такое трехфазный ток и из чего он состоит?
Трехфазный ток – это тип переменного тока (АС), который применяется практически во всех сферах жизни – от производства до бытового потребления в частных домах и квартирах. Для его передачи используется трехфазная электросеть, состоящая из трех электрических цепей, по которым протекают переменные токи с одинаковой амплитудой и частотой 50 Гц.
Трехфазный ток вырабатывает синхронный генератор. Его статор (неподвижная часть) включает три обмотки (сегмента), находящиеся в окружности со сдвигом друг от друга на 120°. Такое их расположение выполнено с учетом наибольшей энергоэффективности. Трех обмоток при таком их размещении достаточно для выработки необходимой энергии при наименьшем расходе затраченных ресурсов.
Для генерации переменного напряжения обмотки в энергетической машине могут соединяться по двум схемам:
- в виде звезды, когда концы обмоток соединяются вместе в единой точке – нейтрали (N). Энергия отводится от начала обмоток статора (А, В и С) по трем проводам с линейным напряжением между двумя из них. Схема «звезда» предполагается наличие общей нейтрали. Такое соединение позволяет повысить надежность установки, обеспечивает плавный запуск и равномерную работу электропривода. В основном распространено в бытовых генераторах;
- в виде треугольника, когда конец одной обмотки (Х, Y или Z) подключается к началу другой (А, В или С), образуя замкнутый контур – треугольник. В этом случае энергия выводится с точек соединения обмоток между собой, также по трем проводам. Схема «треугольник» применяется при симметричной нагрузке. За счет такого соединения достигается увеличение мощности генератора, снижаются пусковые токи и увеличивается крутящий момент. В основном применяется в промышленных генераторах, которые устанавливаются на электростанциях.
Фазное и линейное напряжение в трехфазной сети
Каждая обмотка (сегмент) системы – это отдельный контакт или фаза (А, В и С). На них возникает фазное и линейное (межфазное) напряжение:
- первое возникает между токоведущим (А, В или С) и нейтральным/нулевым (N) проводником. Оно равно 220/230 вольтам;
- второе – создается только в системе на три фазы между двумя токоведущими проводниками (А и В, А и С или С и В), оно равно 380/400 вольтам.
Любая электросеть изначально трехфазная, а затем она становится однофазной. Электростанции и другие производители электроэнергии вырабатывают трехфазный переменный ток. Затем он передается на большие расстояния до потребителей. И уже, в зависимости от типа объекта, далее могут подаваться все три проводника или только один из них.
Состав трехфазной системы и передача электрической энергии
Основными элементами трехфазной цепи являются:
- Электростанция – производит электроэнергию с напряжением от 1 до 35 киловольт путем преобразования энергии источника (воды, тепла или атома) в механическую.
- Трехфазный генератор – выполняет преобразование механической энергии в электрическую с определенной мощностью, измеряемой в киловаттах, которую он может подать на потребителя. Приводом электрического генератора служит энергетическая турбина.
- Повышающий силовой трансформатор – выполняет повышение величины выходного напряжения от 110 до 750 киловольт для того, чтобы передать электроэнергию на большие расстояния до населенных пунктов и городов.
- Линии электропередач (ЛЭП) – опорные сооружения, на которых установлены токопровода для безопасной передачи высоковольтной энергии.
- Понижающий силовой трансформатор (трансформаторные подстанции) – выполняет снижение величины выходного напряжения обратно до 1-35 киловольт для её подачи на низковольтные линии. Затем электроэнергия снова попадает на понижающий трансформатор, где вольтаж снижается до 380 вольт. Провода нейтрали и заземления появляются именно на подстанции и далее передаются потребителю.
- Приемники – потребители трехфазного тока – бытовые или специализированные электроприборы, которыми повсеместно пользуются жители городов, деревень, дач и коттеджных поселков.
Если на объект заходит однофазная сеть, то почти всегда существует возможность получить линейное напряжение с тремя фазами, по 220 В на каждой. Для этого потребуется обратиться с заявкой в обслуживающую энергокомпанию для создания и согласования энергопроекта по перестройке. В итоге это позволит подключить электроприборы с питанием 380 В и более эффективно распределять нагрузку по всем питающим цепям.
Сколько проводов в трехфазной сети?
Трехфазный переменный ток наиболее распространен и используется в промышленности, на предприятиях, в медицинских учреждениях и в частном секторе (например, в коттеджах) для питания энергозатратного оборудования или большого количества техники. Примерами нагрузки могут быть станки, компрессоры, системы кондиционирования, холодильные установки, электрические котлы отопления, насосы, электропечи и др. Для их питания требуется пятижильный кабель – L1(А), L2(В), L3(С), N и PE.
В квартирах, наоборот, в основном применяется однофазный переменный ток. В определенные жилые помещения заводится только фаза А, а В и С в другие, например, в другом подъезде. Внутри внешнего распределительного щита выполняется их распределение, и к каждой уходящей на квартиру цепи добавляется ноль и заземление. Внутрь помещения заходит трехжильный кабель – L, N и PE. Такой схемы подключения бывает вполне достаточно для бытового потребления в квартирах.
Последовательность фаз
К особенностям трехфазной системы также относят определенную последовательность или чередование фаз – порядок нарастания напряжения на каждой из них. Он может осуществляться двумя вариантами:
- прямым, когда сначала напряжение увеличивается на фазе А (АВС, ВСА или САВ);
- обратным, если подъем вольтажа сначала происходит на фазе С (СВА, ВАС или АСВ).
Он может зависеть от многих факторов, например, способа подключения силового трансформатора, последовательности соединения обмоток генератора и др.
Чередование необходимо учитывать при подключении потребителей, в составе которых присутствуют трехфазные электромоторы. Это обеспечит их правильное вращение и, соответственно, корректную работу. Однако при подключении такой нагрузки к сети пользователь сможет узнать правильную фазировку только с помощью специальных инструментов, например, фазоуказателя. Если проводка имеет цветовое обозначение каждой отдельной фазы, то можно ориентироваться по ней. Однако не всегда она может верно определять наименование проводника.
Плюсы и минусы трехфазного тока
Рассмотрим положительные и отрицательные стороны трёхфазной системы по сравнению с однофазным вводом.
| Тип сети | Плюсы | Минусы |
| Трехфазная |
|
|
| Однофазная |
|
В квартирах можно встретить вводной автоматический выключатель с номиналом 63 А и выше. Однако это не значит, что выделенная мощность ему соответствует. Иногда так делается для того, чтобы защитное устройство не срабатывало на пусковые токи мощной нагрузки.
|
Всегда ли нужен трехфазный ток?
Каждый тип электропроводки имеет свои особенности и негативные качества. Поэтому при выборе подходящего решения важно руководствоваться двумя факторами:
- особенностями объекта (в частном доме всегда есть возможность выбора типа проводки, а если она уже проведена, то можно заменить и на трехфазную. В квартирах или офисах с этим сложнее, если сеть уже проведена, то её перестройка повлечет большие затраты и длительные согласования);
- характером подключаемых приборов (при большом количестве мощных однофазных или наличии трехфазных приборов потребуется только проводка на 380 В).
Для квартиры, в которой из мощных потребителей предполагается эксплуатировать стандартный набор техники, например, стиральную машину (2 кВт), духовку (2,5 кВт), электроплиту, холодильник и кондиционер (по 1,5 кВт), то будет достаточно однофазного ввода с номиналом 40-50 А. На дачном участке такое решение также является оптимальным. Но при условии, что он не используется для круглогодичного проживания.
Если речь идет о частном доме или коттедже для постоянного проживания, в котором планируется запитывать еще и электрокотел, циркуляционные насосы, погружной насос, механизм открытия ворот с суммарным потреблением более 10 кВт и другую энергозатратную технику, то уже потребуется трехфазный ввод. Для владельцев таких объектов не составит проблем его организовать, равномерно распределив нагрузку по всем внутренним контурам. В остальных случаях необходимо соотнести затраты и энергоэффективность применения такого варианта решения.
Защита трехфазных электросетей от перепадов напряжения
Практически в любой трехфазной или однофазной сети встречаются просадки и перепады напряжения. Поэтому в квартире, доме или офисе всегда актуальна организация централизованной защиты от таких проблем всей проводки с подключенными к ней потребителями. Для этого применяются стабилизаторы напряжения, задача которых заключается в коррекции выходного напряжения и непрерывная подача на нагрузку качественного вольтажа. Устройства, как и сама электросеть, могут быть:
- трехфазными – устанавливаются в сети 380/400 В, если на линиях подключены потребители соответствующего напряжения;
- однофазными – могут применяться в сети 220/230 В или 380/400 В с установкой по одному устройству на каждый проводник (всего потребуется три прибора) или на определенную ветку с подключением приоритетной нагрузки, которая может пострадать от воздействия вредоносного вольтажа.
Кроме этого, встречаются особенные модели с трехфазным входом и однофазным выходом. Они применяются только в сети 380/400 В, но защищают однофазные электроприборы, равномерно распределяя их потребление по трем цепям, что позволяет избежать перекоса фаз. К устройству можно подключить нагрузку с большим потреблением, если выделенная мощность одного проводника на это не рассчитана.