Перекос фаз в трёхфазной сети
Что такое перекос фаз, почему растёт ток в нулевом проводнике, что происходит при обрыве нуля, как влияют третьи гармоники от электроники и как распределить однофазные группы по фазам дома. С расчётами и примером.
ДИПОЛЬ · Обновлено · 5 мин чтения
Перекосом фаз называют неравномерную нагрузку фаз трёхфазной сети, когда по одной фазе течёт заметно больший ток, чем по другим. Перекос увеличивает ток в нулевом проводнике и потери, а при обрыве нуля превращается в аварию: напряжение на слабо нагруженной фазе растёт вплоть до линейного, 400 В. Чтобы этого избежать, однофазные группы распределяют по фазам по расчётной мощности, мощные приборы подключают трёхфазно, а технику защищают реле напряжения.
Материал подготовлен центром инженерного образования ДИПОЛЬ (Москва) по действующим ПУЭ и ГОСТ. Статья справочная: работы в электроустановках выполняет электрик с допуском при снятом напряжении.
Как устроена трёхфазная сеть 400/230 В
В трёхфазной сети три фазных напряжения сдвинуты друг относительно друга на 120°. Между любыми двумя фазами действует линейное напряжение 400 В, между фазой и нулём фазное 230 В. Линейное больше фазного в √3 раз: 230 × 1,73 ≈ 400 В. Стандартные значения установлены ГОСТ 29322-2014.
Когда нагрузка всех трёх фаз одинакова, токи в нулевом проводнике взаимно компенсируются, и суммарный ток нуля близок к нулю. Так работает трёхфазный двигатель или котёл. Дом с однофазными приборами равномерно нагрузить сложнее.
Что происходит при перекосе
Если фазы нагружены по-разному, в нулевом проводнике появляется ток. Для чисто активной нагрузки его считают так.
IN = √(IA² + IB² + IC² − IA·IB − IB·IC − IC·IA)
Пусть по L1 течёт 30 А, по L2 5 А, по L3 10 А. Тогда ток нуля равен √(900 + 25 + 100 − 150 − 50 − 300) = √525 ≈ 22,9 А. Нулевой проводник нагружен почти как самая загруженная фаза. Растут потери и нагрев контактов, на загруженной фазе проседает напряжение.
Трёхфазным двигателям вредит несимметрия напряжений, от неё дополнительно греются обмотки. ГОСТ 32144-2013 нормирует коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности: 2 % в течение 95 % времени и не более 4 % в любой момент.
Почему перекос опасен при обрыве нуля
Пока ноль цел, он удерживает фазные напряжения около 230 В. Если ноль оборвался выше по сети, нагрузки разных фаз оказываются включены последовательно под линейным напряжением 400 В, и точка нуля смещается в сторону самой нагруженной фазы.
| Сопротивление | Напряжение до обрыва | Напряжение после обрыва | |
|---|---|---|---|
| L1, 1 кВт | 52,9 Ом | 230 В | ≈ 300 В |
| L2, 3 кВт | 17,6 Ом | 230 В | ≈ 100 В |
Ток цепи 400 / (52,9 + 17,6) ≈ 5,7 А. Напряжения 5,7 × 52,9 ≈ 300 В и 5,7 × 17,6 ≈ 100 В. Сопротивления нагревателей условно считаем постоянными.
Чем сильнее перекос, тем больше смещение и тем выше напряжение на слабо нагруженной фазе. В предельном случае оно приближается к 400 В. От этого защищают надёжные соединения нуля, повторные заземления PEN и реле напряжения на каждой фазе.
Ток в нуле при равной нагрузке фаз
Светодиодные драйверы, компьютеры, зарядки и другие импульсные блоки питания потребляют ток несинусоидальной формы. Третьи гармоники тока трёх фаз в нулевом проводнике не компенсируются, а складываются. В офисе или доме с большим количеством электроники ток нуля бывает заметным даже при равной нагрузке фаз, а иногда превышает фазный ток. Поэтому в таких сетях сечение нулевого проводника не делают меньше фазного.
Как распределить нагрузку по фазам
- Составьте список однофазных групп с расчётной мощностью каждой.
- Разнесите самые мощные потребители по разным фазам: варочную панель, духовой шкаф, водонагреватель, обогреватели.
- Остальные группы добавляйте к наименее загруженной фазе, пока суммы не сравняются.
- Учтите режим работы. Отопление зимой работает весь день, кухня в основном вечером.
- Всё, что выпускается в трёхфазном исполнении, подключайте трёхфазно: котлы, насосы, часть варочных панелей.
| Фаза | Группы | Расчётная мощность |
|---|---|---|
| L1 | Розетки кухни 2,5 кВт, освещение 1,0 кВт, стиральная машина 2,2 кВт | 5,7 кВт |
| L2 | Духовой шкаф 3,5 кВт, розетки комнат 2,0 кВт | 5,5 кВт |
| L3 | Водонагреватель 2,0 кВт, посудомоечная машина 2,0 кВт, розетки второго этажа 1,5 кВт | 5,5 кВт |
Выделенная мощность 15 кВт при трёхфазном вводе даёт около 5 кВт на фазу. Суммы расчётных мощностей групп могут её превышать, потому что все приборы одновременно не работают.
Как проверить перекос на действующем объекте
Токи измеряют токоизмерительными клещами на каждой фазе и на нулевом проводнике в часы наибольшей нагрузки, например вечером или зимой при работающем отоплении. Если одна фаза стабильно нагружена сильнее, часть групп переносят на другие фазы.
Частые вопросы
Какой перекос фаз допустим?
Для вводов в дома и квартиры единого порога по току в ПУЭ нет. Качество напряжения, в том числе несимметрию, нормирует ГОСТ 32144-2013. На практике расчётные мощности фаз стараются сделать как можно ближе друг к другу.
Можно ли подключить однофазный котёл к трёхфазному вводу?
Можно, к одной из фаз, а остальные группы распределяют так, чтобы уравнять нагрузку. Учтите, что выделенная мощность трёхфазного ввода делится на три фазы: при 15 кВт на одну фазу приходится около 5 кВт.
Почему при трёхфазном вводе в одной комнате напряжение ниже?
Чаще всего эта комната подключена к самой нагруженной фазе, и напряжение на ней проседает. Другие причины — плохой контакт или длинная линия малого сечения.
Чем опасен обрыв нуля при перекосе?
Напряжение на фазах перестаёт быть равным 230 В. На слабо нагруженной фазе оно растёт до 300–400 В, и техника выходит из строя. Защищают реле напряжения на каждой фазе и надёжные соединения нуля.
Где эту тему разбирают на практике
На курсе «Основы электрики и автоматики» в ДИПОЛЬ эту тему разбирают на занятии «Трёхфазная сеть: режимы работы, виды аварий, балансировка нагрузки» в разделе «ТОЭ и электрические сети». Занятия очные, в Москве: теорию сразу проверяют руками на своём стенде.
Посмотреть программу курсаЧитайте также
Источники и ссылки
- ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009). Напряжения стандартные
- ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
- ПУЭ, глава 1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности