Каковы преимущества трехфазного тока перед однофазным кратко

Обновлено: 07.07.2024

Трехфазная система электрических цепей представляет собой совокупность электрических цепей, в которых действуют три синусоидальные ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые друг относительно друга по фазу и создаваемые общим источником энергии. Если все 3 ЭДС равны по значению и сдвинуты по фазе на 120 градусов по отношению друг другу, то такую систему ЭДС называют симметричной, если сдвинуты на угол не равный 120-несимметричный.

Трехфазная система ЭДС создается трехфазными генераторами. В неподвижной части генератора (статоре) размещают три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120° (рис. 4.2). Это фазные обмотки, или фазы, которые обозначают А, В и С. Этими же буквами обозначают начала обмоток фаз генератора. Концы обмоток обозначают соответственно X, У и Z. На рис. 4.26 показано, как изображают на схемах обмотки генератора с условными положительными направлениями ЭДС.

Каждая фазная обмотка генератора изображена на рис. 4.2а одним витком (у реальных генераторов каждая обмотка имеет множество витков, расположенных в нескольких соседних пазах, занимающих некоторую дугу внутренней окружности статора). На вращающейся части генератора (роторе) располагают обмотку возбуждения, которую подключают к источнику постоянного тока. Ток обмотки возбуждения создает магнитный поток Ф₀, постоянный (неподвижный) относительно ротора, но вращающийся вместе с ним с частотой п. Вращение ротора осуществляется каким-либо двигателем.

Применение систем трехфазного тока обладает некоторыми преимуществами перед однофазной системой:

1. При одинаковых напряжениях и мощностях потребителей и прочих равных условиях питание трехфазным током позволяет получить значительную экономию материала проводов по сравнению с тремя однофазными линиями.

2. При прочих равных условиях трехфазный генератор дешевле, легче и экономичнее, чем три однофазных генератора такой же суммарной мощностью. То же самое относится к трехфазным двигателям и трансформаторам.

3. Трехфазная система токов позволяет получить вращающееся магнитное поле с помощью трех неподвижных катушек.

4. При равномерной нагрузке трехфазный генератор создает на валу приводного двигателя постоянный момент, в отличии от однофазного генератора, у которого мощность и момент пульсируют с двойной частотой тока.

Применение систем трехфазного тока обладает некоторыми преимуществами перед однофазной системой:

Среди жильцов частных домов бытует мнение, что трехфазное подключение значительно лучше привычного однофазного. Действительно, жители частных секторов имеют возможность трехфазного подключения, но насколько оно лучше – вопрос спорный. Все очень любят рассказывать о преимуществах такого присоединения, но мало кто знает о его недостатках, которых значительно больше. Трехфазное подключение в большинстве случаев лишено всякого смысла, а лишь влечет дополнительные неоправданные расходы, и я объясню почему.

Все преимущества трехфазного подключение часто оказываются бесполезны

Начнем с самого главного преимущества, которое дает трехфазное подключение – возможность подключать трехфазные электроприборы. Но попробуйте найти в магазине бытовой электроприбор на такое подключение – не найдете. Единственное исключение, которое стоит брать в расчет – некоторые отопительные системы, например, тепловой насос, который предусматривает пуск от трех фаз. Но если в частном секторе присутствует централизованное отопление – то самое весомое преимущество теряет всякий смысл.

Что касается возможности подключения асинхронных двигателей, циркулярок и многих столярных приборов, которые также питаются от сети 380В, то да, трехфазное подключение тоже станет необходимостью, но так ли много жильцов ЧС устраивают дома мастерские?

1. Предельная мощность при одинаковом сечении проводников у трехфазного присоединения действительно будет выше, все-таки три фазы, а не одна. Но это не значит, что на одну фазу можно будет кидать все мощные электроприборы, а суммарная мощность все равно будет ограничена 15 кВт (это максимум, иногда энергослужба устанавливает ограничение в 12кВт или даже 10 кВт на электрохозяйство). Это ничем не будет отличаться от однофазного подключения, за исключением возможности использовать проводники меньшего сечения и вводные автоматы меньшего номинала.

2. Допустимая мощность определяется еще и энергопоставляющей службой, так как они несут ответственность за равномерность нагрузки со стороны потребителей. Если по их решению она составляет 10 кВт, вы ничего с этим не сделаете.

3. Просадки на фазе встречаются не только на однофазном подключении. А те, кто утверждает, что если просела одна фаза, то всегда остаются еще две, сильно ошибаются. Во-первых, если одна фаза просела, то перегрузить оставшиеся очень легко, во-вторых, возможность переключения фаз требует специального оборудования (электронный переключатель фаз), которое стоит денег, и, в-третьих, кто даст гарантию, что не просядут все три фазы, особенно зимой.

Поэтому, увеличенная допустимая мощность достается не всем потребителям, перешедшим на три фазы, тут кому как повезет.

И еще одно преимущество, о котором любят говорить поклонники трехфазного присоединения – экономичность. Они ссылаются на то, что при монтаже потребуется провод меньшего сечения и автоматы меньшего номинала, которые стоят дешевле. Серьезно? Они при этом, видимо, забывают про необходимость установки трехфазного счетчика, который обойдется дороже однофазного в несколько раз.

А если еще посчитать все трехфазные устройства защиты, то с экономической точки зрения однофазное подключение значительно выгоднее.

Недостатки трехфазного подключения перевешивают все его достоинства

Говоря о недостатках, в первую очередь стоит отметить сложность получения разрешения. Нельзя просто так взять и провести от трансформатора жилы в свою собственность. Потребуется разрешение энергопоставляющей службы, а для это нужно подготовить электропроект и согласовать его с компанией. Это процедура весьма дорогостоящая, более того, это не всегда возможно сделать.

Далее стоит остановиться на безопасности. КЗ при 220В – это одно, КЗ при 380В – совсем другое. Токи при коротком замыкании на трехфазном подключении часто становятся источниками пожаров, так как они значительно выше, токи при КЗ на однофазном присоединении.

И еще один важный фактор – стоимость.

Экономия на сечении проводника позволит сэкономить … ничего, ведь проводов то потребуется больше. А теперь рассмотрим, сколько будет стоить однофазный счетчик электроэнергии и трехфазный (для объективности будет рассматривать простейшие модели):

Трёхфазная линия электропередачЭкономичность.
Экономичность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
По сравнению с системами с большим числом фаз экономичность проявляется в необходимости меньшего числа линейных проводников, что снижает затраты на токопроводящие материалы.
Уравновешенность системы. Это свойство является одним из важнейших, так как в неуравновешенной системе возникает неравномерная механическая нагрузка на энергогенерирующую установку, что значительно снижает срок её службы.
Возможность простого получения кругового вращающегося магнитного поля, необходимого для трёхфазного асинхронного двигателя и ряда других электротехнических устройств.
Возможность получения в одной установке двух рабочих напряжений — фазного и линейного.
Благодаря этим преимуществам, трёхфазные системы наиболее распространённые в современной электроэнергетике

Я вот эти знаю:
1. Простой двигатель, не требующий дополнительных компонентов.
2. Малый коэффициент пульсаций выпрямителя (до 6% без конденсатора) .

Вообще однофазная система - это часть трехфазной, откуда следует вывод об универсальности 3х фазной. А другие преимущества можно перечислять бесконечно.. . кроме вышеперечисленных хотелось бы указать на то, что при выпрямлении 3х фазного тока колебания выпрямленного тока намного меньше, чем у однофазной системы.

Однофазный ток-определение весьма условное.
По сути, даже однофазный двигатель получает фазу и . сдвинутую
фазу, а ещё ноль. Итого 3.Похоже на 3 фазы.
В бытовых условиях некоторые электроприборы (кондиционер, эл. конфорки)
мощностью более 5 л. с.
легче запитать трёхфазным током-провода
меньшего сечения.
Для домашних бытовых приборов особого значения нет, а в помышленности
это существенно.

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 Вольт, 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.

Напряжения в трёхфазной системе

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

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.

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат – вводной, далее – по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток – одна сплошная ошибка…

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.

Трехфазный ввод. Вводной автомат на 100 А, далее – на счетчик трехфазный прямого включения Меркурий 230.

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.

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.

Пример трехфазного электрощитка. Потребители и трехфазные, и однофазные.

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”:

Трехфазный ввод. Вводной автомат перед счетчиком.

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.

Трехфазное питание – ступени от генератора до потребителя

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.

Напоследок – ещё несколько фото с комментариями.

Электрощит с трехфазным вводом, но все потребители – однофазные.

Трехфазный ввод. Переход на меньшее сечение проводов, чтобы подключить их к счетчику.

Читайте также: