Мощность трехфазной электросети определяется как сумма потребления по каждой использованной фазе в отдельности. Формула расчета мощности трехфазного тока имеет следующий вид:
Схема подключения трехфазного электросчетчика к сети
Существует множество способов и схем подключения различных типов трехфазных электросчетчиков, которые используются для учета потребления электроэнергии. Выбор схемы подключения зависит от конкретных условий и характеристик электросети.
Подключение электрического счетчика (ЭС) завершает процесс электромонтажных работ и является важным этапом в организации электрической сети. Перед тем как установить трехфазный ЭС, следует убедиться в наличии монтажной схемы. Также нужно проверить прибор на наличие пломб, которые фиксируют, что винты корпуса зафиксированы и прибор прошел последнюю проверку; на пломбе должно быть указано, когда была произведена проверка, включая год и квартал, а также печать организации, проводившей поверку.
При подключении проводов к зажимам счетчика рекомендуется оставлять запас в 70-80 мм. Это обеспечит возможность в будущем производить замеры потребляемой мощности или тока, а также выполнить повторный монтаж при необходимости, если окажется, что схема была собрана неверно или потребности изменились.
Подключая каждый провод, важно зажать его в клеммной коробке с помощью двух винтов (на иллюстрации ниже они показаны). Для надежного соединения первый винт следует затянуть первым. Перед затягиванием второго винта необходимо убедиться в том, что первый провод надежно зажат, что можно проверить, просто подергав его. В случае использования многожильного провода обязательно следует предварительно опрессовать его наконечники, чтобы обеспечить надежное соединение.
Далее в статье будут представлены типовые схемы подключения трехфазного счетчика к электросети.
Прямое (непосредственное) включение
Это самая простая схема подключения. При непосредственном включении трехфазный счетчик (ТС) подключается к сети без применения измерительных трансформаторов (см. рисунок 2). Данная методология чаще всего используется в бытовых сетях для учета электроэнергии в случаях, когда потребление мощности является достаточно высоким, с номинальным током от 5 до 50 А, в зависимости от типа проводимости, которая может варьироваться от 4 до 100 мм². Рабочее напряжение при этом обычно составляет 380 В. Цветовая кодировка проводов при подключении к трехфазному счетчику также имеет большое значение и должна быть соблюдена: первая фаза A должна быть подключена к желтому проводу, вторая фаза B — к зеленому, третья фаза C — к красному. Нулевой провод N должен быть синего цвета, а заземляющий провод PE — желто-зеленого цвета. Во избежание перегрузок на входе устанавливаются автоматические выключатели.
Перед описанием следующей схемы подключения счетчика к сети с напряжением 380 В стоит кратко объяснить отличие трехфазного напряжения от однофазного. В обоих случаях присутствует один нулевой проводник N. Разность потенциалов между каждым фазовым проводом и нулем составляет 220 В, в то время как разность потенциалов между фазами друг относительно друга равна 380 В. Это возникает по причине того, что колебания тока на каждом проводе сдвинуты на 120 градусов (это можно проиллюстрировать на рисунках 3 и 4).
Однофазное напряжение применяют чаще всего в частных домах, на дачах, также на объектах типа гаражей. В подобных экземплярах потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт, что позволяет использовать более экономичные провода сечением 4 мм², так как потребляемый ток ограничен значением 40 А.
В том случае, если общее потребление энергии в системе превышает 15 кВт, подключение трехфазных проводов становится обязательным, даже если нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. Это распределение нагрузки по фазам позволяет снизить общую нагрузку, что было бы невозможно, если такая мощность потреблялась с одной фазы. Поэтому в офисных и торговых зданиях в большинстве случаев используется именно трехфазное питание.
Принципиальная схема подключения трехфазного счетчика в однофазную сеть (ОС) встречается достаточно редко, поскольку для таких случаев выбираются однофазные измерители. Обычно схема подключения аналогична электросхеме прямого включения, однако при таком подключении фазы 2 и 3 не будут задействованы; подключение происходит только к одной фазе. На завершающем этапе монтажа также могут возникнуть дополнительные сложности с контролирующими организациями.
Расчет мощности потребителей
Первым шагом при планировании электроустановки следует заранее установить ожидаемые объемы потребляемой электроэнергии. Для этого необходимо суммировать мощность всех потребителей, находящихся в помещении. В этот список входят мощные устройства, обычная бытовая техника, осветительные приборы, а также, в некоторых случаях, обогревательные электрические полы.
Все необходимые данные можно найти в техническом паспорте, который обычно прилагается к каждому электроприбору. На некоторых устройствах имеются соответствующие маркировки, где указана информация о мощности. Сначала следует перечислить самые мощные агрегаты, а далее расположить оставшееся оборудование в порядке уменьшения потребляемой мощности.
Для практических расчетов возьмем пример электрических приборов: стиральная машина автоматического типа с мощностью 2600 Вт, электрический водонагреватель на 1900 Вт, утюг на 1500 Вт, пылесос на 1000 Вт, микроволновая печь на 800 Вт, компьютер вместе с оргтехникой на 600 Вт, осветительные приборы (с использованием экономичных ламп) на 400 Вт, холодильник на 300 Вт и телевизор на 100 Вт. В итоге получается показатель 9200 Вт, который необходимо выразить в киловаттах. Для этого 9200 Вт делим на 1000, в результате получаем 9,2 кВт, что является расчетной величиной потребления электроэнергии.
Такая мощность может быть обеспечена и одной фазой, однако в частных домах устанавливают более мощные устройства, для работы которых рекомендуется использовать трехфазные сети с напряжением 380 В. Это гарантирует надежное функционирование отопительных и водонагревательных котлов, насосов, электродвигателей и других электроприборов.
Как рассчитать трехфазную сеть
Рассмотрим пример, который включает производственные площади с установленным оборудованием, чтобы на основе этих данных произвести расчет мощности трехфазного тока.
Во всех станках есть электродвигатели. Их агрегатная мощность Ру1 составляет 50 кВт с учетом активной мощности. Также в помещении присутствуют осветительные приборы с общей мощностью Ру2, которая составляет 3 кВт. Здесь символ Ру обозначает величину установленной суммарной мощности для конкретных групп потребителей. Работа данного оборудования осуществляется от трехфазной сети, состоящей из четырех проводов, с номинальным рабочим напряжением 380 В.
Помимо этого, для точных расчетов необходимо учесть коэффициент спроса Кс, который влияет в условиях максимальной нагрузки и отражает наибольшее количество включений потребителей данной группы. Для электродвигателей коэффициент Кс1 определяется как 0,35, принимая во внимание степень загруженности. Для осветительных приборов этот коэффициент Кс2 составляет 0,9. Все потребители выравниваются по среднему коэффициенту мощности cos φ, который равен 0,75.
Расчеты начинаются с определения силовой нагрузки Р1 = 0,35 х 50 = 17,5 кВт. Далее рассчитывается осветительная нагрузка: Р2 = 0,9 х 3 = 2,7 кВт. Таким образом, полная расчетная нагрузка составит Р = Р1 + Р2 = 17,5 + 2,7 = 20,2 кВт.
Для вычисления тока используется формула: I = (1000 x P)/(1,73 x Uн x cos φ), где P – расчетная мощность потребителей, Uн – номинальное напряжение (380 В), cos φ – коэффициент мощности.
Подставив полученные значения, рассчитываем силу тока: I = (1000 x 20,2)/(1,73 x 380 x 0,75) = 41 А. Результат вычислений позволяет определить, соответствует ли сеть нагрузке и обеспечит ли нормальное функционирование всех потребителей.
Фазное и линейное напряжение в трехфазной сети
Каждая обмотка системы представляет собой отдельный контакт или фазу (А, В и С), на которых возникает как фазное, так и линейное напряжение:
- Фазное напряжение возникает между одной из токоведущих фаз (А, В или С) и нейтральным (нулевым) проводником (N). Его величина составляет 220/230 вольт;
- Линейное напряжение создается в системе с тремя фазами между любыми двумя токоведущими проводниками (например, между А и В, А и С или С и В) и составляет 380/400 вольт.
Электросеть изначально строится как трехфазная, которая затем может использоваться как однофазная в зависимости от конечного потребителя. Электростанции и другие производители электроэнергии вырабатывают именно трехфазный переменный ток, который впоследствии передается на большие расстояния до конечных потребителей. В зависимости от условий каждого объекта поставка может включать все три проводника или только один из них.
Состав трехфазной системы и передача электрической энергии
Основными компонентами трехфазной цепи являются:
- Электростанция — производит электроэнергию с напряжением от 1 до 35 киловольт, преобразуя энергию различных источников (воды, тепла или атомной энергии) в механическую;
- Трехфазный генератор — осуществляет преобразование механической энергии в электрическую, обладая определенной мощностью, измеряемой в киловаттах, которую он способен передавать потребителю. Приводом для генератора служат энергетические турбины;
- Повышающий трансформатор — осуществляет повышение выходного напряжения от 110 до 750 киловольт, чтобы обеспечить эффективную передачу электроэнергии на большие расстояния до городов и населенных пунктов;
- Линии электропередач (ЛЭП) — конструктивные опоры, на которых установлены токопроводящие линии, обеспечивающие безопасную передачу высоковольтной энергии;
- Понижающий силовой трансформатор (трансформаторные подстанции) выполняет снижение выходного напряжения обратно до 1-35 киловольт для подачи на низковольтные линии. Далее электроэнергия проходит через понижающий трансформатор, где вольтаж снижается до 380 В, что и позволяет подключить приборы. На этом этапе появляются провода нейтрали и заземления, которые позже поступают к конечному потребителю;
- Приемники — это потребители трехфазного тока, включая как бытовые, так и специализированные электроприборы, которые используются в повседневной жизни и на производстве.
Если на объектке применяется однофазная сеть, то почти всегда имеется возможность получить линейное напряжение с тремя проводами, каждая фаза которого имеет 220 В. Для решения этой задачи требуется обратиться с заявкой в обслуживающую энергокомпанию, чтобы разработать и согласовать энергопроект по изменению сети. Это предоставит возможность подключать электрооборудование, требующее 380 В, и более эффективно распределять нагрузки по всем питающим цепям.
Измерение мощности ваттметром
Измерение мощности потребления трехфазного тока осуществляется с помощью ваттметров. Это могут быть как специальные трифазные ваттметры, так и однофазные приборы, подключенные в определенном порядке. Современные электронные устройства учета электроэнергии обычно разрабатываются с использованием цифровой схемотехники и отличаются высокой точностью измерений и широкими возможностями работы с входными и выходными данными.
Варианты измерений могут быть следующими:
- Подключение по схеме «звезда» с нулевым проводником и симметричной нагрузкой — в этом случае измерительный прибор подключается к одной из линий, и считанные показания умножаются на три;
- Для несбалансированной нагрузки в соединении «звезда» используются три ваттметра, каждый из которых находится в цепи одной фазы. Показания таких ваттметров суммируются;
- В случае любой нагрузки и соединения «треугольник» можно оперировать двумя ваттметрами, подключенными в цепь любых двух нагрузок, где показатели также суммируются.
В практике электромонтажных работ следует стремиться к формированию симметричной нагрузки. Это значительно улучшает восстановление параметров сети и упрощает учет электрической энергии.
Перевод ампер в киловатты
В современном интернете представлено множество специальных онлайн-программ, в которых вы можете легко провести расчет, подставив свои значения. Однако если по какой-либо причине доступ в интернет отсутствует, но расчет необходимо провести немедленно, можно выполнить простые арифметические операции для получения нужного результата.
Пример 1 – перевод для однофазной сети 220 В
Чтобы произвести расчет, например, для определения максимальной мощности автоматического однополюсного реле с номинальным током 16А, используем стандартную формулу:
P = U x I
Подставляя величины в формулу, получаем:
Р = 220В х 16А = 3520Вт = 3,5КВт
Это значит, что для электрической цепи необходимо выбрать автомат, который может выдерживать нагрузку подключенных приборов не менее 3,5 кВт.
Также можно подсчитать сечение провода для тостера с мощностью 1,5 кВт:
I = P : U = 1500 : 220 = 7А
При этом стоит помнить, что при выборе проводов необходимо учитывать материал проводника: медный провод способен выдерживать нагрузки вдвое больше, чем алюминиевый провод такой же толщины.
Пример 2 – обратный перевод в однофазной бытовой сети
Теперь рассмотрим более сложную задачу, когда в сети подключено множество электрических устройств, и необходимо подобрать автоматическое реле, которое оптимально выдержит совокупную мощность подключенных приборов. Допустим, одновременно функционируют:
- 2 лампы накаливания по 100 Вт;
- бытовой обогреватель мощностью 2 кВт;
- телевизор мощностью 0,5 кВт.
Для определения общей мощности всех приборов, работающих одновременно, нужно их мощности в киловаттах привести в ватты и сложить значения:
100 + 100 + 2000 + 500 = 2700Вт или 2,7кВт
Сила тока в этом случае будет рассчитана следующим образом:
I = P : U = 2700Вт : 220В = 12,27А
Следовательно, в рассматриваемом примере необходимо установить автомат с номинальным током, равным или превышающим полученное значение. По проведенным расчетам, стандартного однофазного автомата будет достаточно — оптимальным выбором здесь будет установка автомата на 16А.
Пример 3 – расчет для трехфазной сети ампер в киловатт
При переходе к трехфазной сети, расчет той же величины выполняется с использованием другой формулы. Рассмотрим автомат с номинальным током 20А; расчета мощности, которую он может выдержать, будет следующим:
Р = √3 х 380В х 20А = 13148 Вт = 13,1 кВт
Это говорит о том, что трехфазный автомат на 20А способен обеспечить нагрузку до 13,1 кВт.
Пример 4 – обратный перевод в трехфазной сети
Когда известна мощность подключенного прибора в трехфазной сети, расчет требуемого тока для автомата не представляет затруднений. Рассмотрим прибор на 13кВт, что в ваттах составит 13000 Вт.
Сила тока будет высчитаться следующим образом: I = 13000 : (√3 х 380) = 20А
Исходя из полученных данных, для подключения такого трехфазного прибора потребуется автомат с минимальным номиналом в 20А.
Вывод
В связи с однофазной сетью на 220 В существует правило: 1 кВт равен 4,54А, то есть 1А = 0,22кВт или 220В.
Из приведенных формул и вычислений следует, что все расчеты опираются на закон Ома, который описывает взаимосвязь между силой тока и сопротивлением. Обладая всеми необходимыми формулами для расчетов, вы имеете возможность самостоятельно выполнять необходимые действия, чтобы выбрать подходящее автоматическое реле для подключения к электрической сети, уверенно ориентируясь в способности сети безопасно обеспечить функционирование всех подключенных приборов.
Как вам статья?
