Zaprojektowanie prawidłowego rozdziału energii na poszczególne fazy (L1, L2, L3) w rozdzielnicy mieszkaniowej jest jednym z tych zadań, które nic nie kosztują na etapie rysowania schematu, a po zamknięciu ścian stają się nieusuwalne. Nieodpowiednie zbalansowanie faz prowadzi do częstych wyłączeń zabezpieczenia głównego, spadków napięcia i przyspieszonego zużycia odbiorników wrażliwych.
Co ważne, nikt tego nie sprawdzi za Ciebie. Odbiór instalacji weryfikuje bezpieczeństwo, a nie to, czy rozdzielnica została rozplanowana z głową. Efekt ujawnia się dopiero po wprowadzeniu się mieszkańców, w pierwszy naprawdę zimny albo naprawdę pracowity dzień.
Czym jest asymetria fazowa
Asymetria występuje, gdy jedna z faz jest obciążona znacznie bardziej niż pozostałe. Przykładowo, jeśli podłączymy piekarnik, pralkę i zmywarkę pod fazę L1, a oświetlenie LED pod L2 i L3, to w momencie jednoczesnego uruchomienia tych sprzętów prąd na L1 może przekroczyć wartość znamionową zabezpieczenia przedlicznikowego. To przeciążenie, więc zabezpieczenie nie zadziała od razu, tylko po kilku albo kilkunastu minutach wspólnej pracy tych urządzeń. Skutek dotyczy jednak całego domu, bo wyłącza się zasilanie główne, a nie pojedynczy obwód.
Co się przy tym dzieje fizycznie: w układzie trójfazowym z odbiornikami jednofazowymi prądy poszczególnych faz wracają przewodem neutralnym. Gdy obciążenie jest symetryczne, prądy te w dużej mierze się znoszą i przez przewód N płynie niewiele. Im większa asymetria, tym większy prąd w N, ale przy zwykłych odbiornikach nie przekroczy on największego z prądów fazowych, więc przewód N o tym samym przekroju co fazowe nie jest przez samą asymetrię zagrożony. Groźne dla N są harmoniczne trzeciego rzędu z zasilaczy impulsowych i opraw LED: w przewodzie neutralnym się sumują zamiast znosić.
Skutki w praktyce
Trzy skutki widać w praktyce najczęściej:
- Wyłączenia zabezpieczenia przedlicznikowego. Przy przyłączu 3×25 A dom ma teoretycznie do dyspozycji około 17 kW, ale tylko wtedy, gdy moc rozkłada się równo. Zebranie 6 kW na jednej fazie przy 1 kW na pozostałych oznacza, że wyłączy się przy łącznym poborze 8 kW, czyli mniej więcej połowie dostępnej mocy.
- Spadki napięcia na przeciążonej fazie. Objawiają się jako mruganie oświetlenia przy załączeniu dużego odbiornika, irytujące, a przy starszej elektronice szkodliwe.
- Prąd w przewodzie neutralnym. Silna asymetria oznacza stały prąd w N. Sam w sobie nie przeciąży przewodu o pełnym przekroju, ale w połączeniu z harmonicznymi od elektroniki potrafi go nagrzewać, a przewodu N nikt nie zabezpiecza nadprądowo.
Zasady dobrego planowania
1. Identyfikacja największych odbiorników. Spisz wszystkie urządzenia o mocy powyżej 2 kW: płyta indukcyjna, piekarnik, pralka, suszarka bębnowa, pompa ciepła, bojler, ładowarka samochodu. To one decydują o bilansie. Reszta to szum.
2. Podział odbiorników jednofazowych dużej mocy. Jeśli masz trzy takie urządzenia (na przykład piekarnik, pralkę i zmywarkę), rozdziel je tak, by każde pracowało na innej fazie. Zasada jest banalna, a łamana nagminnie, bo przy sznurowaniu wygodniej jest wpiąć sąsiadujące aparaty w tę samą szynę grzebieniową.
3. Płyty indukcyjne i odbiorniki dwufazowe. Nowoczesne płyty zasilane są zazwyczaj z dwóch faz, na przykład L1 i L2. Oznacza to, że faza L3 zostaje w tym momencie wolna i to na niej najlepiej umieścić inne prądożerne urządzenia jednofazowe.
4. Obwody gniazd ogólnych. Rozdziel je równomiernie między fazy. Gniazda kuchenne zasługują na szczególną uwagę, bo czajnik, mikrofala i ekspres potrafią pobierać spore prądy w krótkich impulsach, i to zwykle o tej samej porze dnia.
5. Oświetlenie. Z punktu widzenia obciążenia jest dziś praktycznie nieistotne, bo instalacja LED w całym domu to często mniej niż jeden czajnik. Ale z punktu widzenia użyteczności warto, aby oświetlenie w danym pomieszczeniu nie było zasilane z tej samej fazy co pobliskie gniazda. W razie zadziałania zabezpieczeń na jednej fazie nie zostajemy wtedy w całkowitych ciemnościach, a to bardzo praktyczna różnica, gdy trzeba dojść do rozdzielnicy.
Przykładowy rozkład dla domu jednorodzinnego
Poniżej ilustracja, jak taki bilans może wyglądać w praktyce. To tylko przykład, bo Twój dom ma inne odbiorniki i inne zwyczaje mieszkańców.
| Obwód | Moc szczytowa | Faza |
|---|---|---|
| Płyta indukcyjna | 7,2 kW | L1 + L2 |
| Piekarnik | 3,5 kW | L3 |
| Pralka | 2,2 kW | L1 |
| Zmywarka | 2,0 kW | L2 |
| Bojler elektryczny | 2,0 kW | L3 |
| Gniazda kuchnia | ok. 3 kW | L1 |
| Gniazda salon | ok. 2 kW | L2 |
| Gniazda sypialnie | ok. 2 kW | L3 |
| Oświetlenie parter | 0,2 kW | L2 |
| Oświetlenie piętro | 0,2 kW | L1 |
Zwróć uwagę na jedną rzecz: płyta zajmuje dwie fazy, więc trzecia dostaje w zamian dwa duże odbiorniki jednofazowe. W realnym domu liczby na fazach nigdy nie wyjdą równe i nie muszą. Wystarczy, żeby żaden szczyt nie zbiegł się na jednej fazie.
Czego nie da się zbilansować
Bilans mocy jest z natury statystyczny. Nie da się przewidzieć, że mieszkańcy włączą pralkę, zmywarkę i piekarnik dokładnie w tej samej minucie, ale trzeba założyć, że kiedyś to zrobią. Dlatego planuje się według mocy szczytowych, a nie średnich.
Osobna kategoria to odbiorniki trójfazowe: pompa ciepła, kuchenka z pełnym zasilaniem 400 V, większe napędy. One z definicji obciążają wszystkie trzy fazy równo, więc bilansu nie psują.
Trzeci przypadek to instalacja jednofazowa, spotykana w mieszkaniach i starszych domach. Tam bilansowania faz po prostu nie ma. Całą uwagę przenosi się na dobór zabezpieczenia głównego i rozdział obwodów, żeby awaria jednego nie gasiła pozostałych.
Kolejność pracy
W praktyce warto trzymać się takiej sekwencji: spis odbiorników i ich mocy, przypisanie dużych odbiorników do faz, dopiero potem rozdział obwodów gniazd i oświetlenia, a na końcu weryfikacja sumy na każdej fazie względem zabezpieczenia przedlicznikowego. Odwrotna kolejność (najpierw ułożenie aparatów na szynie, potem przypisywanie faz) kończy się dopasowywaniem bilansu do wygody sznurowania.
Jak to policzyć bez arkusza kalkulacyjnego
W DINBoard wbudowałem zliczanie bilansu faz. Po przypisaniu przybliżonej mocy i fazy do konkretnego obwodu w module obwodów system od razu pokazuje, która faza jest niedociążona, a która przeciążona, jeszcze zanim zaczniesz sznurować szafę.
Przy okazji warto zajrzeć do dwóch powiązanych tematów: doboru przekrojów przewodów, bo bilans faz i obciążalność przewodu to dwie różne rzeczy, które trzeba domknąć razem, oraz najczęstszych błędów przy montażu szaf, gdzie opisuję, co dzieje się z dobrze zaplanowaną rozdzielnicą wykonaną bez staranności.