Схема трёхфазного щита на 380 В для частного дома: как правильно распределить фазы, грамотная сборка
— создание групп потребителей
— распределение групп по фазам
— особенности реле напряжения и мн. др.
Три фазы и трёхфазная нагрузка
Для начала давайте быстренько пробежимся, что такое 3 фазы. Не вдаваясь в природу появления трёх фаз, мы знаем, что это когда в помещение заводится не три, а пять проводников: 3 фазы (часто их называют L1, L2, L3), общий ноль и заземление. На каждой фазе 220 В, а в сумме 380 и сейчас совершенно не важно почему именно так. В общем мы имеем три проводника по 220 В в каждом, а ещё общий нулевой и землю.
Но розетки в помещениях у нас по-прежнему имеют только 3 контакта: фаза, ноль и земля. Все бытовые приборы в подавляющем большинстве имеют ровно такие вилки подключения. Всё это относится к категории однофазной нагрузки. Каждую такую линию мы должны подключить к к какой-то одной питающей фазе из трёх имеющихся. Вот почти и всё.
Также существует трёхфазная нагрузка, это устройства потяжелее утюга: плиты, печи, котлы, станки, какие-нибудь специальные устройства. Они питаются сразу от трёх фаз. Например, трехфазный эл. двигатель невозможно заставить работать только от одной фазы, ему нужно все три сразу.
Таким образом у нас может быть комбинация из однофазных и трёхфазных приборов, которые питаются от одного и того же щитка с трёхфазным вводом. Вы уже можете догадаться, что приборы с пятью контактами просто подключаются к нужным проводникам с использованием защитных устройств (УЗО, автоматы), но в быту большая часть нагрузки однофазная и наша задача - распределить её на фазы, правильно соединить и защитить. Об этом теперь и поговорим подробнее.
Как грамотно распределить нагрузку по фазам
Начинаем с главного — распределение нагрузки. Однофазную нагрузку нужно равномерно распределить, чтобы одновременно нагрузить все три фазы наиболее одинаково.
Автоматика трёхфазного щита
Кстати если вы не в курсе, то для коммутации однофазной нагрузки используется обычная одно- и двухполюсная автоматика: автоматы, УЗО, дифф. автоматы. Никакой специальной автоматики тут не нужно. А для подключения трёхфазных устройств уже используются устройства с большим числом полюсов.
Схема трёхфазного щита не сильно отличается от однофазного и принципиальное отличие в том, что однофазную нагрузку нужно разделить по фазам.
Общий подход таков: посчитать все устройства в амперах или ваттах и потом разделить на три, но это только теория. На практике часть устройств будет включена, часть выключена, что-то будет включено нон стоп (например, холодильник, умные системы, а у кого-то и телевизор), а что-то эпизодически. Плюс характер эксплуатации может меняться в связи с разным временем года, погодой и ещё чем-нибудь. Тёплые полы, нагреватели/обогреватели, даже освещение может работать по-разному в различные периоды.
И ещё о характере эксплуатации. Мы не можем знать каков будет в среднем характер работы устройства, поэтому оперируем только заданными значениями мощности. Характер работы - это когда, например, стиральная машина на максимальном режиме выдаёт 2000 Вт, но в среднем за год работает в режиме 1000 Вт - отжим средний, температура средняя, эко режим и всё такое. Просто нужно держать такие случаи в уме.
Понятно, что просто разбить сумму всей нагрузки на три примерно равные части - не самый лучший способ. Значит нужна система, чтобы сделать группы одинаковыми по мощности и сбалансированными по наполнению.
Я расскажу об алгоритме сортировки нагрузки, который используется в нашем сервисе Myfusebox.
Алгоритм распределения нагрузки по фазам
В первую очередь на отдельные фазы вешаем освещение, кондиционеры и розетки разных помещений. Если бы помещений было 3, то каждое помещение было бы на отдельной фазе. Когда помещений больше трёх, то система продолжает равномерно раскидывать групповые линии.
Логика обработки этих групп в том, что освещение (когда оно требуется) обычно включено в нескольких комнатах, как и розеточные линии. Что-то включается эпизодически, но что-то стабильно работает одновременно.
Пример:
Вечером свет включён на кухне и в зале, на кухне работает холодильник и периодически чайник с микроволновкой, в зале телевизор со стереосистемой и ёлка, в спальне кто-то гладит бельё, а в ванной оно периодически стирается, плюс кто-то пользуется феном. В это же время где-то подогревает воду бойлер, а роутер раздаёт интернет. Кондиционеры при этом охлаждают и зал и обе спальни
Групповые линии щитка
Когда мы говорим о распределении освещения, розеток, бойлеров и прочих устройств, на самом деле мы оперируем не конечными потребителями, а группами. В группе может быть и один потребитель, а может быть больше. Это определяется настройками и расчётами системы.
Группа — это то, что подключается к одному автомату. В группу входят линии, которые можно объединить между собой, другими словами, линии группы питаются от одного автомата и отключаются все вместе.
Наглядный пример групповых линий на примере розеток в четырёхкомнатном доме. Существуют принципы создания групп, но для примера достаточно вот такого не идеального решения:
- линия 1: розетки каких-то двух комнат
- линия 2: розетки ещё каких-то двух комнат
- линия 3: розетки кухни и санузлов и коридора
Поэтому при распределении нагрузки по фазам важно работать именно с группами, потому что именно они представляются автоматами, которые будут питаться от фаз. Если вы поместили две линии в группу, то они уже не могут быть разбросаны на разные фазы.
Посмотрите на изображение ниже. Тут показано распределение групп по фазам в зависимости от заданного значения кол-ва розеточных линий в редакторе Myfusebox:
Пояснения к изображению 1. Мы создали 6 помещений и в каждом есть розетки, при этом мы желаем, чтобы кол-во независимых розеточных линий было 3. Как видим, 6 линий превратились в 3 группы, на подписи снизу в видно в какие комнаты идут эти линии.
Так мы защищаем все линии с помощью УЗО, то у трёх групп своё УЗО. По проверке на максимальную утечку для всей нагрузки дома мы могли бы обойтись и двумя УЗО, но когда у нас 3 фазы, то нет смысла использовать только две из них, а без УЗО подключать розетки мы не хотим.
Теперь мы поменяем настройки, посмотрим на следующее изображение:
Всё тот же дом с шестью комнатами с розетками, но теперь мы хотим, чтобы кол-во независимых розеточных линий было 5 вместо 3. Так у нас появляется дополнительная гибкость в плане отключения тех или иных линий. Кол-во УЗО не поменялось, но автоматов стало больше. Теперь почти каждая комната имеет свой собственный автоматический выключатель на розетки. Но все линии по прежнему принадлежат своим фазам. Плюс у нас появились две нулевые шины на L2 и L3.
Это был пример на розетках, точно так же настраиваются линии освещения и кондиционеров.
Что дальше
После освещения, розеток, и кондиционеров распределяется остальная нагрузка. Умный алгоритм перебора старается собрать максимально сбалансированные по сумме фазы. Тем не менее, как я выше сказал, это теория, и хоть она максимально приближена к реальности, остаётся шанс, что в ходе эксплуатации дисбаланс появится. Хорошая новость в том, что вы этот дисбаланс, вероятно, даже не заметите. Чтобы его заметить, нужно оборудовать щиток вольтметром и амперметром и начать фиксировать значения.
Если теперь посмотреть на наш алгоритм распределения, то видно, что волны включения и отключения будут более или менее равномерно распределены по фазам в момент одновременной работы. Это и есть наша цель. Но каждый проект уникален и у вас может быть своё видение, важно знать принцип.
Как создавать группы
Мы только коротко коснулись темы групп, на самом деле это очень важная часть проектирования щитка. По сути, это важнейшая тема до того, как что-то распределять на фазы. Мы напишем о проектировании групп отдельную статью с примерами.
Группа (или групповая линия) - это один или несколько потребителей, которые можно объединять в одну группу и для которых выбран автомат (часто 10А на свет и 16А на розетки) и дифф. защита. При этом суммарная утечка всей группы проходит проверку на заданную уставку срабатывания УЗО или дифф. автомата. Подробнее об этом можно почитать в этом материале.
Прочие линии — независимые, они не объединяются ни с чем и имеют исключительно свой автомат и часто отдельное УЗО. Как правило, это такие устройства как: плиты, духовки, защищаемые розетки, отдельные линии бойлеров, тёплых полов и т.д. Вот их отличительные особенности:
- высокая мощность
- автомат может быть выше 16А (существует таблица готовых решений)
- могут полностью занимать ёмкость УЗО по утечке, а значит иметь своё отдельное УЗО
- потенциальный нагрев проводов на максимальной мощности, поэтому провода не должны быть нагружены чем-то ещё
- часто используют провод большего сечения чем 2.5 мм2
- выход линии из строя не должен влиять ни на какие другие линии помещений, т.е. можно безболезненно отключить автомат этой линии, чтобы всё остальное в доме работало как и прежде
Это была однофазная нагрузка, мы собрали её в желаемые группы, каждая группа защищена УЗО и автоматическим выключателем и распределили эти группы по фазам.
Трёхфазная нагрузка подключается ко всем трём фазам сразу, тут нет никаких хитростей, за исключением выбора реле контроля напряжения. Этому стоит уделить внимание, т.к. вариантов много и нужно понимать как они работают.
Выбор реле для трёхфазного щита: варианты и примеры
Очень часто в современные щитки устанавливают реле контроля напряжения, вы скорее всего тоже захотите поставить это устройство, ведь оно может защитить ваши бытовые приборы если напряжение достигнет критически низкой или высокой отметки. Плюс реле с индикацией позволяет быть в курсе значений напряжения и тока.
В однофазной сети всё просто — выбираете реле по душе и бюджету и никаких нюансов. Для трёхфазной сети появляются варианты: можно установить одно трёхфазное реле, а можно три однофазных. В чём разница?
Одно трёхфазное реле
Выполнено в одном корпусе с шириной в среднем 7 DIN-модулей. Настройка параметров простого реле распространяется на все 3 фазы и при наступлении критического события реле отключит все фазы сразу, а не ту, на которой произошло возрастание напряжение или падение.
Три однофазных реле
Если вы установите три однофазных реле на каждую фазу, то при срабатывании отключится только одно реле из трёх, ну если проблема коснулась какой-то одной фазы. В этом случае у вас отключится только треть устройств и это очень удобно, особенно в ночное время - не придётся искать фонарик.
Окончательный выбор реле
Стоимость варианта с тремя реле будет выше, чем одно трёхфазное, а при выходе из строя одного из трёх, поменять его дешевле, но это не самое главное. Вам обязательно надо знать будет ли в помещениях трёхфазная нагрузка и если будет, то каковы характеристики устройств. Бывает так, что ввод три фазы, а нагрузка только однофазная, тогда вопросов нет — в идеале ставьте три реле.
Если у вас будут трёхфазные потребители. Обычно устройства, которые питаются сразу тремя фазами при падении одной из фаз могут выйти из строя. Некоторые устройства, такие как плиты, могут продолжать работать в этой конфигурации без поломки. Тут всё зависит от самого устройства и вам стоит изучить характеристики. По крайней мере по трёхфазным двигателям ясность полная - им нельзя безболезненно отключить одну фазу.
Поэтому если у вас в основном однофазная нагрузка, а трёхфазная может работать в разных конфигурациях и может быть подключена разными способами, то лучше ставить три реле. Переплата не существенная, а удобство максимальное.
Прочие варианты
Существуют также комбинированные реле для работы в разных режимах, они программируются как вам угодно, позволяют кастомизировать щиток по желанию, но стоят дорого.
Реле выбора фаз
Этот вид реле стоит рассмотреть отдельно. Часто в старых домах, особенно в дачных посёлках на вводе бывает 3 фазы, но они довольно нестабильны из-за неравномерной нагрузки целым районом, при этом вся нагрузка дома однофазная и её так мало, что нет смысла распределять её на все 3 фазы. Тут скорее придётся постоянно переключаться с одной просевшей фазы на другую — стабильную.
Помните, как наши отцы и деды постоянно переключали фазы в частных домах? Вот это оно самое. Когда одна из фаз просто пропадает, то это не так страшно, хотя и очень неудобно, другое дело - когда напряжение критически выходит за нижние или верхние пределы, это уже пагубно сказывается на бытовых приборах.
Вот как раз на такой случай существует реле выбора фаз. Оно автоматически переключает рабочую фазу в зависимости от наличия и качества фазного напряжения в соответствие с выставленными параметрами самого реле. Вся нагрузка жилища питается от какой-то одной фазы. Очень удобное устройство, чтобы больше не бегать к щитку.
Пропуск нуля через реле
В однофазной сети на схеме мы часто видим как нулевой проводник проходит через реле, в трёхфазном реле то же самое. Но если вы используете три однофазных, то смысла пропускать ноль через каждое реле нет, достаточно подать ноль на входы каждого реле, чтобы обеспечить их работу, а рабочий ноль для нижестоящей автоматики можно брать из этого общего пучка, так сказать, параллельно трём реле. При срабатывании реле отключит фазу и этого достаточно.
Для лучшего понимания посмотрите на схему ниже:
Об "опасном" трёхфазном УЗО
Чтобы лучше понимать проблематику, вы можете ознакомиться с соседней статьёй про УЗО в нашем блоге.
В интернете есть материалы, которые рассказывают, что трёхфазное УЗО небезопасно. Иногда ссылаются на одинаковую утечку по всем трём фазам сразу, а другие говорят об особенностях расчётов сложения фаз. Некоторых это сбивает с толку, особенно советы не ставить трёхфазное УЗО. Сейчас всё разложим по полочкам.
С однофазным УЗО всё предельно понятно, как мы и описывали в статье ранее - утечка считается по простой формуле и проверка суммы нагрузки выглядит элементарно. Другое дело трёхфазное УЗО. Дело в том, что простое сложение утечек по фазным проводникам УЗО не отражает действительность, тут необходимо векторное сложение, его формула довольно сложна и нет большого смысла её приводить, нам главное понять принцип.
Сразу самая важная деталь — речь идёт о подключении через трёхфазное УЗО однофазной нагрузки. Утечка по фазным проводникам в обычном состоянии уравновешена нулём и дифференциального тока нет. Любая нагрузка имеет естесственную утечку и если применить некоторые высокие значения, то мы можем получить ситуацию, при которой результирующий ток утечки УЗО в результате сложения векторов может быть ниже порога срабатывания (например, 13 мА), в то время как на одной из фаз величина утечки будет уже выше опасной для жизни отметки, например, 45 мА.
В итоге УЗО не отключается, а опасный потенциал есть. При некоторых комбинациях значений тока утечки во всех трёх фазах УЗО не будет гарантированно защищать человека от поражения током. И в этом-то и заключается главная опасность.
Вывод такой - трёхфазное УЗО на 10 или 30 мА не стоит применять для подключения однофазной нагрузки, а для трёхфазной нагрузки его применять можно и нужно. Но есть исключение - противопожарное УЗО на три фазы ставить можно, даже если вся последующая нагрузка однофазная.
Об удобстве в трёхфазном щите
Фактический дисбаланс после расчётов
С одной стороны это можно даже не заметить и никогда не узнать, как мы обсуждали выше, с другой стороны если вы оборудовали щит индикаторами силы тока на каждой фазе, то потребление по фазам можно начать фиксировать и тогда заметить смещение будет легко. Если заметили и нашли явный недочёт, то можно перекоммутировать линии, только это зачастую будет не так просто. Вот специально для таких случаев предусмотрен кросс-модуль.
Это простая коробочка с шинками для удобного соединения фазных проводников от всей автоматики в щите. Если вам потребуется перевесить что-то с одной фазы на другую, то сделать это будет проще простого - перекрутил фазный провод на другую шину и готово. Если ваш щиток получается большим, то точно стоит использовать кросс-блок.
Размеры щитка
Удобнее всего использовать щиток шириной 16 или 18 модулей. Посудите сами - четырёхполюсный вводной автомат и реле уже займут примерно 11 модулей, а ещё кросс-блок, противопожарное УЗО, да счётчик. Щит на 12 DIN-модулей будет явно маловат, а его реек не хватит для всей автоматики.
Резюме
Мы разобрали принцип распределения нагрузки по фазам, но для создания итоговой схемы щита вам необходимо также создавать групповые линии и научиться рассчитывать дифференциальную защиту. Мы подробно писали об этом в стате об УЗО. В общем-то только после проектирования групп вместе с УЗО можно приступать к их распределению по фазам.
Онлайн конструктор щита
Вы можете бесплатно зарегистрироваться в сервисе Myfusebox и покрутить настройки создания трёхфазного щита, чтобы реализовать свой проект. Все расчёты там происходят автоматически и вы сможете посмотреть на разные варианты схем щита. Перейти в сервис можно по кнопке справа