Трехфазная или однофазная сеть в доме: что лучше

В большинстве случаев в частном секторе применяется однофазное напряжение, при этом вводной электрокабель имеет сечение проводов от 4 до 6 мм². В качестве средства ограничения потока потребляемого тока используются автоматические выключатели с номинальным током защиты, который не превышает 40А. Это позволяет надежно защитить электрические цепи от перегрузок и коротких замыканий.

Зачем нужны три фазы? Интересные особенности трёхфазной системы для дома и квартиры

Современные дома и квартиры все чаще подключаются к трехфазной системе напряжения 380 Вольт, помимо стандартного однофазного напряжения на 230 Вольт, которое мы обычно встречаем в электросетях. Ранее такое напряжение было характерно исключительно для общественных зданий, промышленных объектов и многоэтажных жилых комплексов. В данной статье мы подробно рассмотрим преимущества и недостатки трехфазного питания, а также важные аспекты, которые необходимо учитывать при его использовании.

Три фазы против одной – зачем это нужно?

Начнем с простого вопроса: почему необходимо усложнять систему, применяя вместо стандартного трехжильного кабеля пятижильный, и разбираться с маркировкой различных фаз? Не проще ли было бы просто передавать электроэнергию с использованием одной фазы? Ответ на этот вопрос заключается в двух ключевых причинах.

Первая причина – это асинхронные трехфазные электродвигатели. Согласно расчетам, значительная часть электроэнергии в мире расходуется именно на работу электродвигателей. Эти устройства оказались чрезвычайно удобными для преобразования электрической энергии в механическую, поэтому их применение стало универсальным. Надо отметить, что многие однофазные бытовые моторы являют собой модификации трехфазных двигателей, дополненных конденсатором для обеспечения работы.

Для вращения ротора электродвигателя необходимо, чтобы он находился в магнитном поле, создаваемом статором. Оптимальный и экономически выгодный способ получить такое поле – разделить обмотку статора на три части и подключить каждую из них к переменному напряжению, сдвинутому на 120 градусов относительно соседней обмотки. Таким образом, в трехфазной системе электроснабжения использование электродвигателя упрощается — достаточно подключить его к трехфазной линии электропередачи, и он начнет свою работу.

Вторая причина расцвета трехфазного напряжения заключается в экономии на проводниках, таких как медь и алюминий. Использование четырех проводов вместо двух позволяет, несмотря на первоначально кажущееся противоречие, уменьшить общее потребление этих металлов примерно на одну треть. Причины этого явления требуют более глубокого математического анализа, который в рамках данной статьи не будем углубляться, но важно отметить, что эта экономия имеет место.

Таким образом, был принят стандарт передачи и распределения электроэнергии с помощью трех фаз, а переход на бытовое напряжение 230 В осуществляется с помощью простого подключения приборов между любой из фаз и нейтралью.

Особенности и схема однофазной сети

В квартирах и загородных домах обычно электроснабжение обеспечивается от сети 220 В с выделенной мощностью 5 кВт. При этом электрическая цепь, вводимая в дом, включает три провода: фазный (L), нейтральный (N) и защитный (PE), который выполняет функцию заземления. Ток поступает от фазного провода к потребителю, а через нейтраль возвращается. Защитный проводник предназначен для предотвращения поражения электрическим током.

Преимущества и недостатки однофазного подключения

К недостаткам однофазного подключения можно отнести его ограниченную мощность и невозможность подключения потребителей, требующих питания на 380 В.

Трехфазное электропитание

Система трехфазного электроснабжения предполагает подключение в вводном распределительном устройстве (ВРУ) дома или электрическом щите квартиры сразу трех фаз (L1, L2, L3) и нулевого рабочего проводника (N). Между любыми двумя фазными проводами существует напряжение 380 В. Распределение электропроводки по объекту осуществляется от щита в соответствии с заранее установленной схемой, и может обеспечиваться питание для бытовых электроприборов на 220 В или 380 В.

Крайне важно правильно произвести расчет трехфазной сети, чтобы электрическая нагрузка была равномерно распределена между всеми тремя фазами. В противном случае существует высокий риск сильного перекоса фаз, что может привести к аварийным ситуациям и даже к перегреву или повреждению одного из фазных проводов. Для достижения равномерного распределения нагрузки по дому или квартире специалисты рекомендуют использовать электрические кабели с 4 или 5 проводами.

Особенности трехфазной четырехпроводной электрической сети

В четырехпроводной системе электропитания объект получает электроэнергию от трех фазных проводов и одного нейтрального. Электропроводка распределяется от распределительного короба или электрического щитка при помощи двух кабелей: каждый из проводов соединяется с фазным и нейтральным для обеспечения сетевого напряжения 220 В. На общепринятых схемах фазы обозначаются буквами A, B, C.

Особенности трехфазной пятипроводной электрической сети

Пятипроводная схема трехфазного электроснабжения подразумевает наличие пятого провода заземления (PE), который выполняет защитные функции. При этом остается важным условием соблюдение равномерности в распределении нагрузки по параметрам потребления мощности между всеми фазами.

Стоит отметить, что в случае с трехфазным питанием определить степень нагрузки в электрической сети согласно известным законам Ома не представляется возможным, поскольку требуется учитывать коэффициенты мощности (cosφ) и спроса (Kспроса). При этом среднее значение для городских квартир для cosφ колеблется в диапазоне 0.90-0.93, а Kспроса составляет 0.8, если количество подключенных потребителей превышает 5.

Преимущества и недостатки обеих систем

Как однофазная, так и трехфазная системы электропитания имеют свои достоинства и недостатки. Давайте рассмотрим их подробнее.

Однофазная сеть на 220 В характеризуется простотой монтажа, доступной ценой и меньшей опасностью подачи напряжения. Тем не менее, к минусам относится ограниченная мощность подключаемых потребителей.

Среди преимуществ трехфазной сети на 380 В можно выделить:

• ограничение мощности определяется только сечением проводов;
• существенная экономия при условии трехфазного потребления;
• возможность подключения промышленных электроприборов и оборудования;
• возможность переключения на работающую фазу в случае отключения питания или ухудшения его качества.

К недостаткам системы относятся: более высокая степень опасности напряжения, более высокая стоимость оборудования и ограничения по максимальной мощности для однофазных нагрузок.

Георгий Ерахтин

Приобретая старый дом или новые постройки, которые не расположены в дачных объединениях, часто выделяется мощность 10 кВт. В этом случае разумным решением будет увеличение мощности до 15 кВт путем договора с электроснабжающей организацией. Это не такая уж большая трата, но приносит ощутимую пользу для частного дома.

Процесс подключения трехфазного питания не представляет собой сложности. В случае однофазной сети используется один фазный провод из трех вместе с нулевым и заземляющим. При подключении трехфазной линии будут задействованы все провода.

Трехфазная сеть в большинстве частных домов представляет собой несколько метров пятижильного кабеля, который подключается к котлу, электроплите или используется в гараже для подключения станков. Цена такого кабеля слегка превышает стоимость трехжильного — разница составляет приблизительно 20%.

Однако оборудование для трехфазной сети стоит дороже, чем обыденное. Наибольшее внимание следует уделить затратам на вводной щиток.

Сравнивая, можно заметить, что стоимость сборки щитка для трехфазной системы в среднем в три раза выше по сравнению с однофазной. Не следует забывать, что помимо начальных затрат важно учитывать и стоимость эксплуатации.

Оборудование, предназначенное для работы на 380 В, как правило, обладает большей мощностью и эффективностью, по сравнению с устройствами, работающими на 220 В. Например, электрокотел при подаче напряжения 220 В сможет нагреть воду в 2–3 раза медленнее и при этом потратит значительно больше электроэнергии.

Стабильность подключения, мощность сети, комфорт и безопасность системы электропроводки являются бесценными аспектами, которые делают трехфазное питание крайне привлекательным для частного и промышленного секторов.

Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях

Необходимо также рассмотреть такой важный параметр, как напряжение. В трехфазной системе токи могут быть как фазными, так и линейными. Чтобы разобраться в их отличиях, будет полезно обратиться к графическому изображению векторов фазных напряжений. Отметим, что они расположены друг относительно друга под углом 120°. Этот угол определяется конструкцией обмоток трехфазного генератора.

Перенося угол наклона вектора Ub, его можно откладывать от точки окончания вектора Ua, изменив знак. Таким образом, из получившейся векторной диаграммы становится очевидно, что вектор линейного напряжения Uл равен расстоянию между началом вектора Ua и окончанием вектора Ub. Наглядно можно увидеть, что линейное напряжение превышает фазное. Чтобы определить, насколько велико это различие, можно использовать формулу:

Так как sin60° = √3/2, у нас получается:

Uл = 1.73 * Uф

Реальные измерения параметров напряжения делают с помощью тестера. Фазное напряжение измеряется между фазным проводником и нулем, а линейное — между двумя фазными проводниками. Чтобы подключить нагрузку к источнику в трехфазной цепи, это можно делать как по трем проводам, так и с использованием нейтрального проводника. Это будет зависеть от типа нейтрали, установленной в сети. В системах с глухозаземленной нейтралью нулевой проводник помогает избежать перекоса по фазам. Кроме того, он имеет огромное значение для защиты от пробоя изоляции на корпус оборудования, обеспечивая тем самым возможность для срабатывания защитного отключения или перегоревания предохранителя.

Сети с изолированной нейтралью могут нормально функционировать и при подключении только по трем фазным проводам. Однако важно помнить, что при такой схеме одновременно использовать фазное и линейное напряжение невозможно. Существуют риски получить электрический удар при пробое изоляции.

Отличия от однофазного тока

Как правило, многоквартирные дома подключаются к трехфазному переменному току. Это необходимо для того, чтобы обеспечить подключение большого количества однофазных нагрузок. В этом контексте возможно равномерное распределение нагрузки по каждой фазе цепи трансформаторной подстанции, что позволяет предотвратить перекос как межфазного, так и фазного напряжений.

Основные отличия трехфазного тока от однофазного следующие:

• Линейное напряжение не предназначено для питания только однофазных потребителей;
• Мощность нагрузки зависит от сечения питающего кабеля;
• Существуют возможности подключения трехфазных потребителей;
• Допускается переключение однофазного потребителя на другую фазу.

Данные характеристики делают трехфазное питание более эффективным для промышленных целей.

Важно! Стоимость оборудования, кабелей, электроэнергии и устройств учета при подведении к объекту напряжения 380 В всегда будет значительно выше, чем при подключении однофазной сети.

Решение о выборе между трехфазным и однофазным током должно принимать собственник жилья. Это особенно актуально для больших загородных домов, где современное оборудование требует наличия трех фаз. Расходы на подведение трехфазного тока и установку счетчика вскоре оправдаются за счет возможностей, которые предоставляют трехфазные потребители для ведения хозяйства.