Трехфазная система электроснабжения в частном доме схема: Трехфазное подключение частного дома — схема и важные особенности

Проект электроснабжения частного дома 15 кВт 3 фазы: однолинейная схема щита

В условиях современной жизни невозможно обойтись без бытовых приборов и электронной аппаратуры, количество которой с каждым годом непрерывно растет. Это приводит к росту потребления энергии от действующей электросети и необходимости контроля ее рабочих параметров. Особое значение приобретает этот вопрос в загородном жилье, где допускается использовать 380 Вольт. По этой причине различные варианты схем подключения трехфазного электричества в частных домах подлежат серьезному исследованию.

Содержание

1. Однофазное и трехфазное подключение
2. Проект подключения и необходимая документация
3. Подготовка документации
4. Схема и выбор мощности
5. Разбивка на группы
6. Особенности обустройства распределительного щитка
7. Испытание электропроводки

Однофазное и трехфазное подключение

Схема трехфазной цепи

При выяснении различий в качестве двух типов энергоснабжения (с одно- и трехфазным подключением) и связанными с ними схемными решениями необходимо отметить следующее:

Указанные отличия учитываются при подготовке проекта электроснабжения частного дома. Принимаются во внимание и такие важные факторы, как особенности распределения тока и потери мощности в трехфазной нагрузке из-за ее реактивного характера.

Проект подключения и необходимая документация

Проект электроснабжения частного дома 15 кВт 3 фазы включает в себя несколько разделов, каждый из которых касается определенного этапа реализации. На подготовительной стадии проводятся следующие обязательные мероприятия:

• подготовка и согласование разрешительной документации;
• прорисовка электрической схемы и выбор потребителей по мощности в реактивной нагрузке;
• разбивка их на отдельные группы.

Без основательной предварительной проработки всех тонкостей проекта утвердить комплект рабочей документации вряд ли удастся. Поэтому каждый из этапов его подготовки нуждается в отдельном рассмотрении.

Подготовка документации

Документы оформляются на основании технических условий подключения трехфазной сети

Пакет разрешительной документации комплектуется на основе ТУ, определяющих порядок обустройства и эксплуатации трехфазной сети. Они выдаются представителями местного «Энергосбыта». На основании технических условий оформляются следующие документы:

• договор с поставщиком электроэнергии в регионе;
• акт осмотра эксплуатируемого оборудования;
• заключение по функциональности схемы, выбранной для конкретного объекта;
• акт разграничения действующих электросетей по их балансовой принадлежности.

Помимо этого на данном этапе проектирования учитываются особенности эксплуатации конкретных потребителей электроэнергии — насосного и станочного оборудования в частности.

Схема и выбор мощности

Схема трехфазного электроснабжения

При прорисовке схем подключения трехфазного электричества в частных домах необходимо учитывать следующие детали:

• На ней обязательно указание трассы прокладки, типа и основных характеристик кабеля электропроводки, а также мест расположения электроустановочных изделий.
• То же самое проделывается в отношении защитного оборудования: счетчика электроэнергии, вводного и распределительных автоматов, а также УЗО.
• В схеме также указывается тип используемой системы защиты от поражения током (способ разводки PE и N проводников), а также необходимость повторного заземления.

Кроме того, дается ссылка на использование дополнительного защитного оборудования — реле контроля напряжения в частности.

Расчет потребляемой мощности в киловаттах производится по типовому алгоритму, согласно которому все показатели по предполагаемым нагрузкам просто складываются.

Для «реактивных» потребителей (трехфазных насосов, станков и другого оборудования, оснащенного асинхронными двигателями), вводится поправочный коэффициент, называемый косинусом мощности. Его усредненное по нагрузкам значение составляет 0,97-0,98.

Разбивка на группы

Подключение электричества на участке

Все потребители, указанные на схеме электроснабжения дома 15 кВт (розетки и осветительные приборы) разделяются на отдельные группы. Такое разбиение очень удобно для ремонта и обслуживания обустраиваемой системы электропитания. За функционирование каждой из этих группа «ответственен» отдельный автоматический выключатель, устанавливаемый в электрическом щитке. С его помощью при необходимости ремонта, например, можно отключать только данную ветвь электропроводки, оставляя все другие в рабочем состоянии.

Для каждой такой группы расчет максимальной мощности потребления делается отдельно. Исходя из полученных данных, выбирается подходящий по номинальному току автомат. Кроме того, они являются основой для выбора сечения проводников для этого ответвления домашней электросети.

Линии освещения прокладываются типовым проводом с сечением жил не менее 1,5 мм2, а в электропроводке для подсоединения розеток потребуется увеличить этот параметр до 2,5 мм2.

Все эти данные необходимы, чтобы в соответствии с требованиями ПУЭ подключить обслуживаемый объект к энергосистеме. При их наличии определиться с количеством расходных материалов, защитных приборов и других образцов электрооборудования будет значительно проще.

Особенности обустройства распределительного щитка

Трехфазный щит учета

Однолинейная схема щита учета 15 кВт 380В (как частный случай) – самый распространенный вариант построения этой части системы энергоснабжения. При ее обустройстве рассматриваются следующие варианты комплектации, учитывающие различия однофазного и трехфазного питаний:

• Использование в качестве защитного оборудования стандартных однополюсных автоматов и УЗО (по одному на каждую фазу).
• Применение в схеме одних 4-хполюсных дифференциальных приборов.
• Установка в щитке двухполюсных автоматов, дополненных кросс-модулем и УЗО.
• Монтаж однополюсных линейных автоматов совместно с 4-х полюсным УЗО и кросс модулем.

Каждый из этих вариантов при наличии места в щитке подходит для обустройства и подключения полноценной трехфазной системы энергоснабжения. Выбор конкретного набора коммутирующих устройств зависит от предпочтений и финансовых возможностей хозяина загородного жилья.

Испытание электропроводки

Проверка и испытание электропроводки

По окончании монтажа электропроводки обязательна ее проверка на работоспособность, сводящаяся к следующим операциям:

1. Прежде всего, следует «примерить» выбранные расчетным путем параметры по току и предельной мощности к реальным условиям эксплуатации электрооборудования.
2. Для этого потребуется включить все обозначенные в проекте электроприборы одновременно и проверить электропроводку на нагрев изоляции.
3. Если проводники на ощупь чуть теплые, а автоматы не выбиваются постоянно – можно с уверенностью сказать, что все параметры выбраны правильно и система готова к эксплуатации в штатном режиме.

Когда программа испытаний полностью исчерпана, переходят к окончательному обустройству элементов энергоснабжения. На завершающем этапе еще раз проверяются все контактные соединения в монтажных колодках и выставляются пределы срабатывания УЗО и реле напряжений, скорректированные по результатам тестовых процедур.

Схемы подключения электроснабжения в частном доме

При строительстве частного дома на первое место выходит строительство инженерных сетей и коммуникаций, электроснабжение в частном доме. И здесь основная роль отводится электроснабжению. В создании домашнего уюта большое значение имеют электробытовые приборы, их мощность и количество.

В первую очередь, для электроснабжения, необходимо выполнить проект, он создаётся на основе технических условий. Потом на основании проекта выполняются электромонтажные работы. Всё это должна выполнять специализированная организация, имеющая соответствующую лицензию.

Пример проекта электроснабжения частного жилого дома

Вернуться к оглавлению

Содержание материала

• 1 Технические условия на электроснабжение
  • 1. 1 Подключение электричества к частному дому: мощность
  • 1.2 Подключение частного дома к электричеству: что важно принять к сведению
• 2 Как провести электричество в частный дом: внешнее электроснабжение
  • 2.1 Сечение вводного провода и его марка
  • 2.2 Пример, как проводить электричество в частном доме
  • 2.3 Система электроснабжения: тип кабеля
  • 2.4 Расчёт мощности
• 3 Шкаф учёта и распределения электроэнергии
  • 3.1 Схема ШРУ с учётом внутренней электропроводки
  • 3.2 Предупреждение!
  • 3.3 Тип и марка кабеля по условиям прокладки
• 4 Варианты заземления
  • 4.1 Контур заземления
  • 4.2 Модульное заземление

Технические условия на электроснабжение

ТУ выдает энергоснабжающая организация. В основном, это местные электрические сети или та организация или фирма, которой принадлежат электросети, от которых будет произведено подключение. Электрические сети могут принадлежать как предприятию электросетей, так и, к примеру, водоканалу, ТСЖ, дачному кооперативу или другой организации.

Подключение электричества к частному дому: мощность

В заявлении на выдачу ТУ необходимо указать, какую мощность вы хотите подключить и на какое напряжение (230/400 В). Предварительно необходимо рассчитать, какую мощность будут потреблять ваши электроприборы. На основании вашего заявления и технической возможности линии электропередач, энергоснабжающая организация выдает ТУ.

Подключение частного дома к электричеству: что важно принять к сведению

Многие просят мощность больше, чем им надо. И это правильно. Заново делать проект на электроснабжение в случае увеличения мощности дело не из дешёвых. Поэтому в заявлении на выдачу ТУ пишут большую мощность, при  этом перечень документации аналогичен.

Вернуться к оглавлению

Как провести электричество в частный дом: внешнее электроснабжение

После того, как вам выдали ТУ, вы идёте в проектную организацию, которая сделает проект на основании ПУЭ (правила устройства электроустановок) и СНиП (строительные нормы и правила). В ТУ будет указана общая разрешенная мощность для подключения, сечение кабельной или воздушной линии, марка и тип. Специалисты организации согласно ТУ и нормам выполнят проект, но вы обязаны принять участие в его работе, так как существует ряд нюансов. Схема электроснабжения дома поможет проработать многие детали.

Пример внешнего электроснабжения

В большинстве случаев энергоснабжающая организация выдаёт ТУ на подключение частного дома воздушным вводом. Это делается с целью минимизиции случаев хищения электрической энергии. По этой же причине рекомендуется устанавливать ШУЭ (шкаф учета электроэнергии) на опоре или на фасаде дома. Чтобы не возникало проблем с последующей сдачей электроснабжения на коммерческий учёт, рекомендуется прислушаться к этим рекомендациям.

Сечение вводного провода и его марка

Согласно нормативной документации, вводной кабель должен быть сечением не менее: 10 мм2 для кабеля с медной жилой, и не менее 16 мм2 для кабеля с алюминиевой жилой, если воздушный ввод более 25 метров. Это связано с тем, что этот участок ввода рассматривается как отдельный участок воздушной линии, от столба к дому.  Если он составляет менее 25 метров, то сечение медной жилы не менее 4 мм2, алюминиевой не менее 10 мм2.

Сечение выбирают согласно ПУЭ, и зависит оно от системы, будет ли проводник PEN разделен на PE и N или нет. Всё это сделают специалисты проектного института.

Пример, как проводить электричество в частном доме

Необходимо помнить, что сечение кабельной линии выбирается по его длительно допустимому току. Он зависит от способа прокладки. К примеру, самый распространённый кабель – это ВВГ. Если сделать ввод в дом воздушным, а сечение его 10 мм2, то длительно допустимый ток для него составляет 80 А, а если этот же провод тем же сечением проложен в трубе один – трёхжильный, то длительно допустимый ток составляет 50 А. Это уже погрешность примерно 40 %.

Схема проводки электричества от столба к дому

Погрешность расчёта до 40 % говорит о том, что выбор сечения кабеля и подключаемой к нему нагрузке должен осуществляться только на основе специальной электротехнической литературы.

Допустимые параметры проводки электрического кабеля

Система электроснабжения: тип кабеля

При выполнении внешнего электроснабжения воздушным способом, в основном применяется кабель ВВГ, АВВГ или самонесущий провод СИП. При подземном вводе в основном применяется кабель ВБбШв или АВБбШв. Отсутствие или присутствие первой буквы «А» предполагает алюминиевую жилу.

Расстояние от опоры ВЛ (воздушной линии) до фасада дома, где будет закреплен ввод, не должно быть больше 25 метров. Если это расстояние больше, то требуется установка дополнительной подставной опоры. Высота ввода должна быть не менее 2.75 метра для неизолированного провода и 2.5 м для изолированного.

Совет. Самые распространённые сечения вводного кабеля и их длительно допустимый ток берутся из ПУЭ.

Не обязательно знать все таблицы из электротехнических справочников для определения рационального определения сечения кабеля. Оптимальное и самое распространённое сечение для вводного кабеля с медной жилой – это от 10 мм2, далее 16 и 25 мм2.

Применяемые кабели (ВВГ)

Минимальный длительно допустимый ток составляет 50, 70, 85 А соответственно. Если ввод выполнен воздушным способом, то соответственно длительно допустимый ток для него составляет 80, 100, 140 А.

Пример. Мощность, которую можно подключить к медному кабелю сечением 10 мм2 на напряжение 380 В – от 30 кВт, на напряжение 230 В – от 15 кВт, что вполне достаточно для домашнего комфорта.

Расчёт мощности

Как вы уже поняли, выбор сечения кабеля выполняется по длительно допустимому току, поэтому необходимо знать, как его рассчитывают.

В первую очередь, необходимо знать мощность электроприборов. Эта характеристика есть в их паспорте. Далее вычисляется ток:

I=P/U•cosФ

P, Вт – мощность подключаемых электробытовых приборов

U, В – напряжение бытовой электрической сети 230, 400 В

cosФ, где Ф – это сдвиг фаз между напряжением и током. Если отсутствуют промышленные агрегаты, то он принимается равным 1. В бытовых электрических сетях cosФ учитывается, когда присутствует реактивная нагрузка. Это могут быть лампы низкого или высокого давления, бытовой электроинструмент или электродвигатель. К примеру, самый распространённый cosФ для асинхронных электродвигателей 0.83 – 0.89.

Вернуться к оглавлению

Шкаф учёта и распределения электроэнергии

Разводка электричества в частном доме ШРУ должна выглядеть следующим образом.

1. Вводное устройство. Это может быть рубильник типа ЯРВ или автоматический выключатель.
2. Прибор учёт электроэнергии (индукционный или электронный электросчетчик).
3. УЗО (устройство защитного отключения), которое защищает человека от опасного действия электрического тока.
4. Автоматические выключатели, которые защищают электрическую сеть от перегрузок и токов короткого замыкания. Могут устанавливаться дифференциальные автоматические выключатели.

Шкаф учёта и распределения электроэнергии

Есть некоторые нюансы. К примеру, установка УЗО является обязательным, а защита от перенапряжений – нет. Скачки напряжений в электрической сети сегодня не редкость. Но в частных домах рекомендуется совместить защиту от перенапряжений и защиту от импульсных перенапряжений, вызванных ударом молнии. В данном случае лучшим вариантом будет установить в вводной электрощит УЗИП, защиту от импульсных перенапряжений. В таких случаях предусматривается резервное электроснабжение дома.

Схема ШРУ с учётом внутренней электропроводки

Специалисты проектной организации будут комплектовать электрощит с учётом внутренней электропроводки и её разводки. Поэтому предварительно необходимо нанести на план дома точки установок розеток и мощность электробытовых приборов, которые будут к ним подключаться. Исходя из этого, будет определяться однолинейная схема электроснабжения дома или многолинейная.

На этом видео вы можете посмотреть на однолинейную схему электроснабжения частного жилого дома

Так же необходимо сделать и относительно сети освещения, места установки выключателей, светильников и их мощность. На основе ваших данных и в соответствии ПУЭ и СНиП специалисты проектной организации выберут защиту для сети освещения и розеточной сети, а так же план разводки электропроводки по дому.

Предупреждение!

Если по какой либо причине вышел из строя автоматический выключатель, или вы решили его просто заменить своими руками, то номинальный его ток должен соответствовать длительно допустимому току кабеля – участку линии, который он защищает. То есть, если кабель ВВГ 3х1.5, длительно допустимый ток для него 15 А. При условии, что он проложен под штукатуркой или трубе, номинальный ток автоматического выключателя должен быть не более 15 А.

Если вдруг вы поставили ВА 32 А, то может получиться так, что при увеличенной нагрузке кабель или розетка будет греться, может оплавиться, загореться, и случится пожар, а защита не сработает, особенно, если это электричество в деревянном доме.

Совет. Нужно помнить, что не только кабель, но и вся пускорегулирующая и защитная аппаратура выбирается по длительно допустимому (рабочему) току.

Тип и марка кабеля по условиям прокладки

Самый распространённый и рекомендуемый кабель для прокладки в жилых помещениях, это кабель ВВГ. Если требуется прокладка кабеля по сгораемому основанию и под перекрытием, то необходимо применять кабель ВВГнгз. Маркировка «нгз» обозначает, что кабель не горючий и с заполнителем. В последнее время широко используется аналог кабеля ВВГнгз, кабель NYM. У него улучшенные эксплуатационные характеристики. Он отрицательно относится к воздействию прямых солнечных лучей, поэтому рекомендуется для прокладки внутри жилых и административных зданий и помещений.

Вернуться к оглавлению

Варианты заземления

Заземление служит для защиты человека от вредного воздействия электрического тока, если напряжение бесперебойное. Суть заключается в том, что при прикосновении человека к поврежденному участку цепи, и тем самым попадая под опасное напряжение, электрический ток идёт по наименьшему сопротивлению. В данном случае выполняют заземление с наименьшим сопротивлением, чтоб электрический ток пошёл не через вас, а через систему заземления в землю. Но для этого систему заземления необходимо выполнить в соответствии с правилами.

Контур заземления

Если на участке возле вашего дома хватает площади для контура заземления, то необходимо его выполнить. В данном случае, в землю вбиваются как минимум три вертикальных электрода, длиной не менее 2 м. Расстояние между ними должно быть не меньше, чем их сама длина. Вбиваться они должны в траншею, глубина которой должна быть не меньше 0.5 м.

При помощи горизонтальных металлических стержней они соединяются при помощи сварки и выводятся к зданию, после чего подводятся к вводному устройства дома. После монтажа заземления измеряют сопротивление тока. Если оно не соответствует, то забивают дополнительные электроды до тех пор, пока сопротивление заземления не будет доведено до нужного показателя.

Модульное заземление

Если не хватает площади для контура, часто выполняют модульное (точечное) заземления. В последнее время модульное заземление стало популярным, и не только из-за нехватки площади. Вбивается вручную или при помощи перфораторов в землю специальный электрод на глубину до 15 – 25 м. Одновременно с этим измеряется сопротивление.

Схема электрополитического заземления

Внимание! В частных домах и дачах при бытовом напряжении 220 Вольт / 380 Вольт сопротивление должно быть не более 30 Ом. Если оно не соответствует этому показателю, то заземление на вашем участке не защитит вас от опасного действия электрического тока, так как оно не больше, чем просто обыкновенное железо, бездарно закопанное в землю.

На этом видео можете посмотреть, как правильно делать модульное заземление при подводе электричества к дачному дому

Единственный минус модульного заземления в том, что неизвестно, на какую глубину нужно забить электрод, пока показатель сопротивления заземления не достигнет нужной отметки. Может, и на 30 м, а это уже высота 9-ти этажного дома.

Помните, что работы, связанные с оборудованием системы энергоснабжения, должны выполняться только квалифицированными специалистами!

Three-Phase Electric Power — Подвал электрических цепей

Трехфазное питание повсеместно, и это важная концепция электротехники, которую необходимо понять. Здесь Роберт объясняет трехфазное распределение электроэнергии, почему оно так распространено и как его использовать. Он также помогает нам самостоятельно собрать небольшой экспериментальный трехфазный источник питания.

Добро пожаловать на «Темную сторону». С тех пор, как в конце 1880-х годов были разработаны первые электрические сети, трехфазная электроэнергия была наиболее распространенным методом доставки электроэнергии во всем мире. Я думаю, что большинство из 9Читатели 0005 Circuit Cellar больше привыкли к напряжению постоянного тока 5 В или 3,3 В, но трехфазное питание является нормой для электрических сетей, даже если ваш дом питается от одной фазы.

Недавно перед моей компанией впервые за многие годы была поставлена ​​задача разработать продукт, напрямую подключенный к трехфазному источнику. По служебным причинам я не могу объяснить, что это был за дизайн, но он дал мне идею для этой статьи. В этом месяце я объясню, что такое трехфазное распределение, почему оно так распространено и как его использовать. Кроме того, я также покажу вам, как построить небольшой экспериментальный трехфазный источник питания примерно за 300 долларов. Как обычно, я не буду использовать сложную математику. Итак, присаживайтесь и сохраняйте спокойствие!

ОДНОФАЗНЫЙ

На заре существования электрических сетей использование постоянного (непрерывного) тока (DC) или переменного тока (AC) в течение многих лет было техническим, коммерческим, общественным и патентным конфликтом, известным как « Война течений». В частности, Томас Эдисон был сторонником DC, тогда как Джордж Вестингауз возглавлял лагерь AC. Короче говоря, ребята из AC выиграли, но я рекомендую вам прочитать статью в Википедии об этом интересном фрагменте истории [1].

Как известно, переменный ток передается по паре проводов. Напряжение между двумя проводами попеременно положительное и отрицательное, и более точно следует синусоидальной функции времени. Передача энергии дифференциальная, поэтому важна только разница напряжений между этими двумя линиями. Тем не менее, обычно одна из двух линий, называемая «нейтральной», имеет напряжение, близкое к напряжению земли, в то время как другая линия, «фаза», колеблется вокруг этого опорного напряжения. Чтобы сделать нашу жизнь более интересной, частота и амплитуда этого напряжения зависят от страны, как известно каждому путешественнику. Например, если вы, как и я, живете во Франции, то переменное напряжение как функция времени будет:

Фаза(t) = 325×sin(2π×50×t)

Следовательно, мгновенное напряжение в наших вилках изменяется от -325В до +325В с частотой 50Гц. Эквивалентное среднеквадратичное значение напряжения составляет 325 В, деленное на квадратный корень из 2 (√2), что дает 230 В _RMS . Это означает, что наши источники переменного тока в среднем обеспечивают ту же мощность, что и источник постоянного тока 230 В.

ТРИ ФАЗЫ?

Я сейчас объясню почему, но однофазные источники электроэнергии почти всегда берутся из трехфазной распределительной сети. Что такое трехфазная система электроснабжения? Как следует из названия, здесь уже не один, а три фазных проводника, по каждому из которых течет переменный ток той же частоты и напряжения, что и при измерении от заданной нулевой точки. Однако между каждым из них существует разность фаз в 120 градусов, что составляет ровно одну треть цикла (360 градусов/3=120 градусов или 2π/3, если выразить в радианах). Как и в случае однофазного распределения, нейтраль обычно где-то соединена с землей.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

На рис. 1 (вверху) показаны линейные напряжения трехфазной распределительной системы на примере Франции. Каждая фаза имеет размах напряжения ±325 В и частоту 50 Гц, как и одна фаза, но имеет фазовый сдвиг на 120 градусов по отношению к двум другим. Итак, вкратце:

Phase1(t) = 325 × sin(2π × 50 × t + 0)

Phase2(t) = 325 × sin(2π × 50 × t + 2π/3)

Phase3(t) = 325 × sin(2π × 50 × t + 2π/3 ) Внизу Напряжение, измеренное между любыми парами фаз, в 1,73 раза выше, чем между фазой и нейтралью

. В этом примере напряжение между каждой фазой и нейтралью по-прежнему составляет ±325 В _P-P  (размах) или 230 В _RMS . Но какое напряжение измеряется между любыми двумя из трех фаз? Это по-прежнему синус с той же частотой, здесь 50 Гц, но с напряжением, умноженным на √3, что равно 1,73. Следовательно, мгновенное напряжение между двумя фазами во Франции составляет ±562 В _P-P или 400 В _RMS . Почему этот коэффициент √3? Есть три способа понять это. Первый — просто посмотреть на график Рисунок 1 . Измерьте разницу между двумя фазами на верхнем графике для одного и того же временного шага или посмотрите на график на Рисунок 1 (внизу) , на котором показано напряжение между любыми двумя парами фаз. Вы увидите, что пиковое напряжение в 1,73 раза выше, чем при измерении между одной фазой и нейтралью.

Второй способ — нарисовать так называемую «векторную диаграмму», как показано на  Рисунок 2 . Длина каждого вектора соответствует амплитуде синусоиды, тогда как их угловое положение соответствует их фазам. Амплитуды могут быть либо пиковыми, либо среднеквадратичными значениями. Здесь три вектора зеленого цвета показывают соответствующее напряжение и фазу для каждой из трех фаз. Разность напряжений между двумя фазами представлена ​​оранжевыми векторами, и они, несомненно, длиннее. Проведите тригонометрию или измерьте на диаграмме, и вы обнаружите, что отношение равно √3 .

Рисунок 2
Эта векторная диаграмма позволяет нам понять, откуда взялось соотношение 1,73. Справа перечислены наиболее распространенные трехфазные напряжения.

Последний способ — использовать приведенные выше уравнения для Фазы 1 и Фазы 2. Вычтите их и запомните небольшую формулу разности двух синусоидальных функций. (не обижу вас напоминанием). Вы обнаружите, что разница составляет:

2 × sin(π/3), что составляет √3

ЗВЕЗДА И ТРЕУГОЛЬНИК

Как объяснялось, каждая фаза трехфазного распределения обеспечивает источник питания переменного тока с нейтраль как обратка. Эта нейтральная линия обычно проходит через четвертую линию и позволяет использовать три фазы как три независимые однофазные сети: просто используйте одну из фаз и нейтраль в качестве обратного пути, и вы получите однофазный эквивалент. . Вот, собственно, как однофазное распределение подается в наши дома.

Такая конфигурация, при которой нагрузки подключаются между одной из фаз и нейтралью, называется «конфигурацией звезда» (Y) или конфигурацией звезды. Здесь нулевой провод обязателен и обычно заземляется на станции доставки. Эту нейтраль, конечно, не следует путать с соединением защитного заземления, которое всегда является независимым и используется исключительно для защиты от замыканий. При нормальном использовании он не пропускает ток.

При использовании конфигурации «звезда» нагрузки, подключенные к каждой фазе, располагаются таким образом, чтобы, насколько это возможно, от каждой фазы потреблялась одинаковая мощность. В такой идеально сбалансированной конфигурации и при чисто резистивных нагрузках математика показывает, что сумма токов трех фаз равна нулю. Это означает, что ток, проходящий через нейтральный провод, также равен нулю! Фактически, обратный ток нагрузок, подключенных, например, к фазе 1, точно уравновешивает обратный ток нагрузок, подключенных к двум другим фазам, которые, соответственно, сдвинуты по фазе на 120 и 240 градусов. Я не буду приводить демонстрацию здесь, но если вам интересно, есть хорошая статья на эту тему на Википедия  [2].

Таким образом, для конфигурации «звезда» нейтральная линия теоретически может быть опущена, если нагрузки были точно сбалансированы. В реальной жизни их нет, и нейтральная линия абсолютно обязательна. Если вы перережете нейтральную линию в несбалансированной конфигурации «звезда», то напряжение в центральном соединении больше не будет фиксированным, и напряжения, приложенные к нагрузкам на трех фазах, больше не будут одинаковыми: некоторые получают напряжение значительно ниже номинального, тогда как другие получают перенапряжение.

ОТСУТСТВУЕТ ВИНТ

Несколько лет назад мы столкнулись с такой ситуацией в здании, где находится моя компания. Причиной стал ослабленный винт на одной из главных распределительных шин здания. Последствия, к счастью, ограничились большим количеством дыма от нескольких приборов, возгоранием лазерного принтера и ущербом примерно в 10 000 долларов.

— РЕКЛАМА—

—Реклама здесь—

Теперь давайте рассмотрим другой способ использования трехфазной сети, называемый «конфигурацией треугольника» (Δ). Как вы уже догадались, здесь нагрузки подключаются между каждой парой фаз и получают более высокое напряжение, как объяснено. Таким образом, в конфигурации треугольника для передачи требуется только три провода, поскольку нейтраль не задействована. Опять же, сюда не входит защитное заземление, которое всегда независимо, но не пропускает ток, за исключением случаев возникновения неисправности. Конфигурация «треугольник» менее распространена, чем «звезда», для бытовых установок, но в основном используется на промышленных объектах, например, для питания двигателей или мощных трансформаторов. Конфигурация треугольника также используется для передачи электроэнергии на большие расстояния, просто потому, что она исключает необходимость в четвертом проводнике.

Наконец, вы должны знать, что существует множество способов преобразовать соединение по схеме «звезда» в соединение по схеме «треугольник» или наоборот, или изолировать две сети по схеме «звезда» или «треугольник». Вам просто нужно использовать правильный тип трансформатора. Например, трансформатор с четырехпроводной вторичной обмоткой «звезда» и трехпроводной первичной обмоткой «треугольник» используется для подключения несимметричных нагрузок при сохранении полностью сбалансированного тока в распределительных линиях.

ЗА И ПРОТИВ?

Давайте уделим минуту преимуществам трехфазного распределения по сравнению с однофазным. Почему все поставщики электроэнергии используют трехфазную сеть, для которой требуется больше проводов? Просто потому, что трехфазная схема более экономична. Он использует меньше проводящего материала для передачи того же количества энергии. Точнее, при той же общей массе проводников трехфазная система позволяет передавать не менее чем в два раза больше энергии! Ты мне не веришь? Давайте проделаем очень простую математику. Представьте, что у вас есть однофазный, 230В _RMS  с током, ограниченным 100 А из-за максимального номинального тока двух проводов. Это дает доступную мощность 230 × 100 = 23 кВт.

Теперь перейдем к трехфазной сети. Если вы используете конфигурацию треугольника для длинных линий, вам потребуется три провода, а не два, поэтому ваш бюджет на провода будет умножен на 1,5 для того же номинала 100 А. Однако теперь вы получите до 23 кВт с каждой фазы, или всего 69 кВт. Это в 3 раза больше мощности и в 1,5 раза больше стоимости провода, поэтому чистый выигрыш представляет собой соотношение 3/1,5 = 2, а не маленький выигрыш.

С другой стороны, есть некоторые недостатки трехфазной электроустановки по сравнению с однофазной: они включают в себя более высокую сложность, более дорогие трансформаторы и несколько больший риск для безопасности, поскольку напряжения между парами фаз выше. Однако для конструктора электроники или экспериментатора есть еще один недостаток: безопасно играть с трехфазными сетями не так просто. В частности, нет ничего похожего на недорогой трехфазный настраиваемый лабораторный генератор.

Столкнувшись с этой трудностью для нашего конкретного проекта, моя компания решила собрать небольшой самодельный трехфазный генератор. Цель состояла не в том, чтобы получить от него сколько-нибудь значительную мощность, а просто в том, чтобы получить три источника переменного тока с фазовыми сдвигами на 120 градусов, и простой способ изменения напряжения от 0 до 250В _RMS , и частоты от 50Гц до 60Гц. . Просто продолжайте читать, если хотите знать, как это сделать.

ДДС ВОКРУГ?

Первым строительным блоком для такого генератора должен быть генератор синусоидального сигнала с тремя выходами, способный как можно точнее определить фазовый сдвиг между выходами. Постоянные читатели могут помнить давнюю колонку о технологии прямого цифрового синтеза (DDS) («Direct Digital Synthesis 101», 

Circuit Cellar  217, август 2008 г.) [3]. Короче говоря, DDS — это полностью цифровое решение для генерации синусоидального сигнала с точным контролем всех параметров генерируемого сигнала (, рис. 3, ).

Рисунок 3
Схема прямого цифрового синтеза (DDS) представляет собой полностью цифровой способ генерации синусоидальных сигналов.

Схема основана на фазовом регистре, который увеличивается на заданную величину в каждом такте. Полученная фаза затем используется в качестве адреса для справочной таблицы синусоиды, а затем направляется в цифро-аналоговый преобразователь и фильтруется. Приятно то, что тогда можно точно управлять фазой, просто добавляя постоянное значение в регистр фазы.

Для реализации настоящей DDS вы можете разработать собственную аппаратную или встроенную программу, но самым простым решением будет купить микросхему DDS у лидера рынка, компании Analog Devices. В частности, этот производитель предлагает микросхему, которая, кажется, точно предназначена для того, что нам нужно, AD9959 [4]. Посмотрите на его архитектуру ( Рисунок 4 ). Этот кусок кремния объединяет четыре независимых генератора DDS с независимыми регуляторами частоты, фазы и амплитуды. Использование трех из них с одинаковой частотой, но смещением фаз на 120 градусов — хорошая отправная точка для трехфазного генератора. Эти микросхемы DDS могут генерировать частоты до 200 МГц, но ничто не мешает нам настроить их на 50 Гц.

Рисунок 4
Внутренняя структура AD9959 от Analog Devices, четырехканального DDS-генератора, идеально подходящего для этого проекта за готовую плату на основе этого чипа AD9959, и нашел установку, предложенную несколькими китайскими дилерами (

Рисунок 5 ). За чуть более 100 долларов мы получили плату генератора на базе AD9959, плату контроллера микроконтроллера STMicroelectronics STM32 с готовой прошивкой и даже тактильный TFT-дисплей для его настройки.

Затем нам нужно было усилить выходные сигналы AD9959 с сотен милливольт до более чем 325 В от пика к пику. Как? И снова мы выбрали ленивый маршрут (, рис. 6, ). Поскольку частота 50 Гц или 60 Гц относится к нижним звуковым частотам, мы купили и подключили четырехканальный аудиоусилитель — автомобильный усилитель GPX1000. 4 от немецкого поставщика Crunch, рассчитанный на 4 × 70 Вт _RMS

[5]. Этот усилитель обеспечивает огромный прирост мощности, но выходное напряжение все равно довольно низкое, поскольку он рассчитан на динамики 4 Ом или 8 Ом.

Мы подключили три небольших трансформатора с 230 В на 12 В в обратном направлении, чтобы увеличить напряжение примерно в 20 раз, и это обеспечило требуемый диапазон выходного напряжения. Наконец, мы добавили готовый блок питания 230 В в 12 В переменного/постоянного тока для питания аудиоусилителя от основной линии и небольшой изолированный преобразователь 12 В в ±5 В постоянного/постоянного тока для AD9959 и платы контроллера. . Вот и все! Общая стоимость всех деталей составила около 300 долларов, не считая корпуса.

Для безопасности и удобства один из моих коллег интегрировал полное устройство в стойку 3U (спасибо, Антуан!) и добавил вольтметры на выходе. Мы даже собрали четвертый канал, который можно было использовать как отдельный однофазный источник.

Вы можете увидеть окончательные внутренности сборки в Рисунок 7 , имея в виду, что это был просто быстро собранный инструмент для стендовых испытаний, а не готовый продукт.

• Рисунок 5
• Рисунок 6
• Рисунок 7

Рисунок 5
118 долларов США за четырехъядерную плату генератора DDS, тактильный TFT-дисплей и плату контроллера. Разумно, не так ли? Рисунок 6
Общая архитектура нашего трехфазного испытательного генератора Рисунок 7
Внутреннее устройство собранного генератора. Плата DDS и контроллер находятся прямо за передней панелью в левом верхнем углу. Аудиоусилитель находится внизу, и хорошо видны четыре трансформатора 230/12 В. Блок справа — это блок питания переменного/постоянного тока. Для наших конкретных тестов были добавлены небольшие дополнительные платы.

ЗАВЕРШЕНИЕ И ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ

Вот и все. Я знаю, что тема трехфазного питания может показаться немного неудобной для разработчиков электроники, но вам, возможно, как и нам, когда-нибудь придется углубиться в эту тему. Более того, я надеюсь, что то, как мы построили наш небольшой тестовый генератор, даст вам некоторые идеи для ваших собственных проектов.

На данный момент, и даже если я уверен, что Circuit Cellar читатели уже знают об этом, я должен подчеркнуть, что работа над такими проектами может быть смертельной — даже если высокое напряжение генерируется 12-вольтовым аудиоусилителем, который кажется безвредным. Не пытайтесь воспроизвести эти эксперименты, если вы не квалифицированы и не обучены работе с высокими напряжениями. И в любом случае всегда соблюдайте три основных правила безопасности:

— РЕКЛАМА —

— Реклама здесь —

1) Никогда не работайте в одиночку, когда может присутствовать напряжение выше 24 В, поэтому, как минимум, кто-то может позвать на помощь. если что-то пойдет не так.
2) Всегда полностью отсоединяйте сетевой шнур и ждите разрядки конденсатора, прежде чем открывать устройство, даже и особенно, если вы спешите.
3) Если вам нужно выполнить какое-либо измерение, используйте изолированные щупы класса безопасности, всегда держите одну руку в кармане и дважды подумайте.

В качестве примера На рис. 8 показан наш тестовый генератор, подключенный к осциллографу. Три небольших блока между осциллографом и генератором представляют собой изолированные дифференциальные пробники класса безопасности на 2 кВ, что является одним из немногих способов подключения неизолированного контрольно-измерительного прибора, такого как осциллограф, к источнику высокого напряжения.

Экспериментировать весело, но не рискуйте и не играйте, если не знаете правил.

Рис. 8
Работающий самодельный генератор, подключенный к осциллографу DSO-X 3024A Keysight для тестирования через три дифференциальных пробника с безопасной изоляцией. Примечание. Здесь осциллограф не показывает трехфазное питание. Датчик синего сигнала был случайно перевернут.

РЕСУРСЫ

Ссылки:
[1] https://en. wikipedia.org/wiki/War_of_the_currents
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Mathematics_of_three-phase_electric_power 3
[] «Прямой цифровой синтез 101»,  Circuit Cellar  217, август 2008 г.
[4] AD9959
https://www.analog.com/en/products/ad9959.html#product-overview
[5] Усилитель мощности GPX1000.4
https://www .crunchaudio.de/english/gpx1000.4-amplifier.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Three-phase_electric_power

https://www.ecmag.com/section/your-business/wye — имеет ли значение

https://www.electronicshub.org/comparison-star-delta-connections

http://www.chauvin-arnoux.com/sites/default/files/documents/d00vai84_representations_of_a_three-phase_signal_gb .pdf

Аналоговые устройства | www.analog.com
Хруст | www.crunchaudio.de
Keysight Technologies | www.keysight.com
STMicroelectronics | www.st.com

ОПУБЛИКОВАН В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • АВГУСТ 2021 № 373 – получите номер в формате PDF

Будьте в курсе наших БЕСПЛАТНЫХ еженедельных информационных бюллетеней!	Не пропустите предстоящие выпуски Circuit Cellar. Подписаться на журнал Circuit Cellar Примечание. Мы сделали выпуск Circuit Cellar за май 2020 г. бесплатным образцом. В нем вы найдете большое разнообразие статей и информации, иллюстрирующих типичный номер текущего журнала.
Хотите написать для Circuit Cellar ? Мы всегда принимаем статьи/сообщения от технического сообщества. Свяжитесь с нами и давайте обсудим ваши идеи.

Спонсор этой статьи

Роберт Лакост

Учредитель в Альциом | + сообщения

Робер Лакост живет во Франции, между Парижем и Версалем. Он имеет более чем 30-летний опыт работы с радиочастотными системами, аналоговыми конструкциями и высокоскоростной электроникой. Роберт выиграл призы в более чем 15 международных конкурсах дизайна. В 2003 году он основал консалтинговую компанию ALCIOM, чтобы поделиться своей страстью к инновационным проектам смешанного сигнала. Сейчас Роберт является консультантом по исследованиям и разработкам, наставником и тренером. Колонка Роберта «Темная сторона», выходящая два раза в месяц, публикуется в Circuit Cellar с 2007 года. Вы можете связаться с ним по адресу [email protected].

Трехфазная проводка

Необходимость в трехфазном питании или обслуживании возникает при наличии тяжелого оборудования, такого как большие двигатели (свыше 5 л.с.), потому что такое крупное оборудование требует высоких пусковых и рабочих токов.

[adsense1]

Для больших зданий, заводов и офисов требуется больше электроэнергии, чем для бытовых установок. Поэтому, как правило, они часто устанавливаются с трехфазной проводкой или трехфазным питанием.

Трехфазное питание обычно используется для оборудования с высокой номинальной мощностью, такого как большие кондиционеры воздуха, насосные агрегаты высокой мощности, воздушные компрессоры и двигатели с высоким крутящим моментом.

Поэтому он редко используется для бытовых установок, но обычно используется в коммерческих зданиях, офисах и промышленных установках.

Трехфазное питание переменного тока

Трехфазное питание переменного тока вырабатывается трехфазным генератором переменного тока (также называемым генератором переменного тока) на электростанциях.

В генераторе переменного тока три обмотки статора (или, скажем, три независимые катушки), как правило, разделены некоторым числом градусов вращения, и, следовательно, ток, создаваемый этими катушками, также разделен на несколько градусов вращения, что обычно составляет 120 градусов.

[adsense2]

Эта трехфазная мощность от генераторов переменного тока далее передается к распределительному концу по линиям электропередач.

Трехфазное питание от трансформатора распределительной линии подается в дом или пункт обслуживания здания. Большинство промышленных и коммерческих услуг состоит из трехфазных систем, которые обычно работают при напряжении 415 В между фазами и 230 В между фазами и нейтралью.

Трехфазная система состоит из трех проводников, в отличие от одного проводника в однофазной системе, за исключением нейтрального проводника. В дополнение к трем фазам для трехфазной четырехпроводной системы требуется дополнительный нейтральный проводник.

Трехфазные системы могут быть трехфазными трехпроводными или трехфазными четырехпроводными системами. Трехфазное 3-х линейное соединение состоит из трех фазных проводников и используется только там, где нет необходимости подключать фазу к нейтральным нагрузкам.

Эти соединения могут быть звездой или треугольником в зависимости от вторичной обмотки распределительного трансформатора.

Трехфазная 4-проводная система – это наиболее часто используемое соединение, состоящее из трех фазных проводников и одного нейтрального проводника.

В этой трехфазной проводке освещение, малая бытовая нагрузка и розетки часто подключаются между фазой и нейтралью, в то время как более крупное оборудование, такое как кондиционеры и электрические обогреватели, подключается между двумя фазами (т. е. между фазами).

В основном трехфазное 4-проводное соединение звездой предпочтительно для эффективного и сбалансированного подключения как однофазных, так и трехфазных нагрузок.

Это соединение позволяет подключать фазу к нейтрали для небольших нагрузок. Трехфазное четырехпроводное соединение треугольником используется только там, где нагрузка между фазой и нейтралью очень мала по сравнению с трехфазной нагрузкой.

Трехфазные цепи могут обеспечивать квадратный корень из 3 (1,732) раз большей мощности по сравнению с однофазной мощностью при том же токе. Таким образом, трехфазная система экономит затраты на электромонтаж за счет уменьшения размера кабеля и связанных с ним электрических устройств.

Мы можем легко наблюдать трехфазные цепи, глядя на линию электропередач во время движения по дорогам. Даже для большой системы электропередачи они представляют собой трехфазные линии электропередачи, если только они не имеют постоянного тока.

Большие отели, рестораны, большинство заводов, офисных зданий и продуктовых магазинов с мощными холодильными установками имеют трехфазное обслуживание.

Трехфазное электроснабжение для промышленной среды

На предприятиях или фабриках устанавливается трехфазное питание для подключения тяжелой техники и оборудования. Шины несут это трехфазное питание, от которого через кабели выводятся отдельные соединения к отдельным нагрузкам. На рисунке ниже показана принципиальная схема промышленной трехфазной проводки.

Трехфазное питание от коммунальных служб подключается к главному выключателю через трехфазный счетчик электроэнергии. Затем мощность главного выключателя передается на различные шины.

Эта панель также входит в комплект измерительного устройства для отображения таких параметров, как ток, напряжение, энергия и мощность. На рисунке ниже показано распределение мощности от главного щита к оборудованию и осветительной нагрузке.

Электроэнергия от главного распределительного щита распределяется на тяжелое машинное оборудование, а также на щиты освещения с силовыми розетками. Мощность, распределяемая через однофазные и трехфазные субсчетчики, показана на рисунке ниже.

Трехфазное электроснабжение домов или офисов необходимо, если однофазное питание не может обеспечить нагрузку. Эффективное использование трехфазного питания зависит от сбалансированного распределения нагрузки по каждой фазе трехфазного источника питания.

Таким образом, однофазные нагрузки в офисах или домах должны быть подключены к каждой фазе таким образом, чтобы была достигнута максимально возможная балансировка нагрузки.

Основные компоненты трехфазной проводки к дому, зданию или офисному помещению показаны на рисунке ниже.
При этом проводники служебного ввода подключаются к трехфазной вводной панели. Эта панель имеет трехфазный главный выключатель или иногда три отдельных патронных предохранителя.

Этот трехфазный выключатель состоит из трех вводных наконечников для питания трех вертикальных шин. Этот главный выключатель имеет одну рукоятку, так что все нагрузки отключаются одновременно, а также в случае электрических неисправностей он отключает или размыкает все нагрузки одновременно.

Питание от этой главной панели подключено к ответвленным цепям. Главный щит может состоять из однополюсных, двухполюсных или трехполюсных выключателей для этих ответвленных цепей, где подключены нагрузки фаза-земля, фаза-фаза или трехфазные нагрузки.

На приведенном выше рисунке мощность от опоры электросети подключается к подцепям через трехфазный счетчик энергии, трехфазный выключатель (3-полюсный 60 А), двухполюсный УЗО, двухполюсный автоматический выключатель и однополюсный автоматический выключатель.

Подключение однофазной и трехфазной нагрузки к трехфазному источнику питания показано на рисунке ниже. Мы можем подключить однофазные нагрузки к трехфазным подцепям через переключатели или MCB.

Но для трехфазных нагрузок, таких как двигатели, их необходимо подключить к трехфазной сети через контактор или выключатель.

Трехполюсный выключатель с соответствующим номинальным током используется для подключения трехфазного двигателя. Следует соблюдать надлежащую осторожность при подключении трехфазных проводов к двигателю, поскольку направление вращения можно изменить, просто поменяв местами любой из двух проводов трехфазной системы.

Схема подключения трехфазного двигателя к источнику питания вместе с проводкой управления показана на рисунке ниже. Это схема кнопочного управления пуском и остановом, которая включает в себя контактор (M), реле перегрузки, управляющий трансформатор и кнопки.

Контактор содержит контакты большой нагрузки, предназначенные для работы с большим током. Реле перегрузки защищают двигатель от перегрузки, отключая питание катушки контактора.

Вышеупомянутая информация и схемы показаны только для того, чтобы дать общее представление о распределении трехфазного электропитания в домах и на предприятиях.

Вместо того, чтобы концентрироваться на характеристиках различного оборудования, рейтингах автоматических выключателей и других размерах кабелей, мы просто дали краткое представление об этой теме.