Представьте, что тройка лошадей тянет экипаж. Что будет, если они начнут проявлять норов и возомнят себя героями басни Крылова? Экипаж начинает «вилять», нагрузка будет распределяться неравномерно, система перестанет выполнять свою транспортную функцию, а то и вовсе развалится. Так же и в электротехнике: перекос фаз — это несимметрия напряжений и токов в трёхфазной сети, вызванная неравномерным распределением нагрузки между фазами, которая снижает качество электроэнергии и может привести к поломкам оборудования. Чтобы не допустить беды, о такой напасти должны заблаговременно подумать и проектировщик, и электромонтажник, и эксплуатационщик.
Что такое перекос фаз и почему он возникает?
В идеальной трёхфазной сети напряжения и токи на фазах L1 (А), L2 (В), L3 (С) равны, а их волновые функции сдвинуты на 120°.
Но если фазы будут нагружены неравномерно, то картина, конечно, поменяется. Нагрузка представляет собой совокупность потребителей, обладающих активным, индуктивным или ёмкостным сопротивлением. Согласно закону Ома, при неравномерной нагрузке изменяются токи и/или напряжения на фазах для сохранения баланса мощности.
Причем перекос токов возникает всегда, а вот перекос напряжений напрямую зависит от состояния нейтрального проводника (для классической схемы электроснабжения 0,4кВ с глухозаземленной нейтралью). И я почему-то практически не нашел в сети указания на сей факт при рассмотрении вопроса статьи, хотя это база.
Если нейтральный провод (N) имеет минимальное сопротивление (правильного сечения, с качественными контактами) и надёжно заземлён на источнике питания (трансформаторной подстанции), он выполняет роль «компенсирующего балласта».
Ток от перегруженной фазы частично уходит через нейтраль, «разгружая» её. Напряжение на нагруженной фазе, конечно, слегка просядет, а на ненагруженных — подрастёт, но благодаря заземленной нейтрали эти отклонения остаются в допустимых пределах (обычно в рамках ±5-10%). Значительного (аварийного) перекоса по напряжениям не произойдет. Это нормальный режим работы для такой сети.
Совсем другое дело, если нейтраль имеет высокое сопротивление (например, из-за недостаточного сечения) или вообще отсутствует (тогда считается, что ее сопротивление бесконечно высоко). В этом случае напряжения распределяются по фазам пропорционально электрическому сопротивлению потребителей (так как нет опорного «нулевого» потенциала). Вот при такой ситуации вместо 220В в розетке может теоретически появиться 380В.
Так как нагрузка всегда носит непредсказуемый характер, то перекос неизбежен и в бытовых, и промышленных сетях. Включился один мощный потребитель, заработал сварочный аппарат — баланс нарушился. Даже при равномерной расчетной нагрузке могут возникнуть факторы, являющиеся причиной возникновения перекоса: разные типы нагрузок в сети (индуктивная и емкостная с разным фазным смещением), специфические технологические режимы работы и потребления электрооборудования и т. д.
На практике можно отметить внешние и внутренние перекосы. Первый из них вызван источником электроэнергии (на стороне сетевой организации), второй — проблемами в сети потребителя. За исключение проблем потребителя полностью отвечает потребитель, то есть он обязан обеспечить допустимые нормативные параметры на границе балансовой принадлежности.
Также выделяют следующие типы перекоса фаз:
Систематический перекос фаз появляется, когда одна из фаз постоянно перегружена относительно других. С таким перекосом можно и нужно бороться путем реализации организационно-технических мероприятий.
Вероятностная несимметрия возникает в зависимости от случайных факторов, когда непостоянные нагрузки в разное время перегружают разные фазы. Если это значительная величина, то следует применять специальное оборудование, например, симметрирующие трансформаторы.
Случайная несимметрия возникает в результате короткого замыкания фазного провода и нулевого провода нейтрали — такое явление возникает редко, и является аварийной ситуацией. Проблема решается релейной защитой и автоматикой распределительных устройств (ну в теории, если она есть).
Последствия перекоса фаз
Для бытовых условий (дом, офис) перекос фаз грозит:
- Поломкой бытовой техники: холодильники, стиральные машины, блоки питания компьютеров чувствительны к повышенному/пониженному напряжению.
- Мерцанием и выходом из строя освещения: особенно страдают светильники на LED-лампах.
- Перегревом и возгоранием проводки: наиболее нагруженная фаза и нейтраль греются, что крайне нехорошо для изоляции, которая разрушается.
Для промышленных сетей последствия также серьёзны:
- Возможны перегрев и снижение КПД трёхфазных электродвигателей: появление обратных токов, вибрации, дополнительного износа подшипников и т. д.
- Перегрев нулевых проводников и риск возгорания.
- Ложные срабатывания защитной автоматики или, что хуже, её отказ.
- Ускоренная деградация элементов питающих сетей (например, трансформаторов или установок компенсации реактивной мощности).
И еще стоит отметить. Использование большого количества нелинейной нагрузки в сети потребителя, всяких там частотных преобразователей, импульсных источников питания бытовых приборов, устройств бесперебойного питания, сварочников, блоков управления энергосберегающими люминесцентными и диодными лампами приводит к появлению в сети гармонических составляющих. Возникает гармоническое искажение синусоидального электрического сигнала. Суммарный ток нейтрального провода отличается от нуля даже при «симметричной» расчетной нагрузке. Причем он может превышать фазные значения в полтора-два раза. Это несет в себе опасность чрезмерного перегрева и возгорания кабеля.
Нормативы по перекосу фаз
Полностью избавится от перекоса фаз, как упоминалось ранее, невозможно. В связи с этим, согласно ГОСТ 32144 — 2013 нормируется несимметрия напряжений — состояние трехфазной системы энергоснабжения переменного тока, в которой среднеквадратические значения основных составляющих междуфазных напряжений или углы сдвига фаз между основными составляющими междуфазных напряжений не равны между собой.
Для нее устанавливаются показатели качества электроэнергии:
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U.
И следующие нормативы:
- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2 % в течение 95 % времени интервала в одну неделю;
- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4 % в течение 100 % времени интервала в одну неделю.
Эти требования применятся совместно с нормами, когда положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю. То есть в любом случае отклонения по напряжению не должны превышать диапазона, например: 220В +/- 10%.
Стоит отметить, что большинство современных электроприборов имеют внутреннюю защиту, либо стабилизаторы, позволяющие исключить поломку при асимметрии в пределах нормативных значений. Однако мы не берем во внимание китайские поделки, тут все слишком случайно.
Стратегия минимизации: от проектирования до эксплуатации
Итак, на этапе проектирования перед проектировщиком стоит, как минимум две основные задачи:
- равномерно распределять однофазные потребители по фазам распределительной сети;
- учитывать режим работы нейтрали и исходя из характера нагрузки правильно выбирать ее сечение.
Появление тока в нулевом проводнике часто приводит к его отгоранию. Причем ПУЭ в определенных случаях допускает применение, например, сечения, равного ½ фазного для нейтрали. Такую возможность следует использовать обосновано. Следует иметь в виду, что в цепь нейтрального провода к потребителю нельзя ставить предохранитель (разъединитель), так как перегорание предохранителя приведет к разрыву нейтрального провода и появлению значительных перенапряжений на фазах нагрузки.
Обеспечьте безупречное состояние нейтрали. Перед любой сложной электроникой проверьте и подтяните все нулевые клеммы в распределительном щите, от вводного автомата до групповых УЗО. Плохой контакт нейтрали — самая частая причина проблем при неизбежном перекосе фаз.
Если в промышленной сети много частотных преобразователей, поставьте входные фильтры для снижения гармонической составляющей. Используйте сетевые фильтры перед оборудованием, перед которым это рекомендует делать производитель.
Осуществляйте регулярный аудит нагрузки: составьте таблицу мощных однофазных приборов и фаз, к которым они подключены. Попробуйте перераспределить их вручную.
Что еще можно сделать?
- Применить специальные реле-контроллеры, которые автоматически переключают нагрузку между фазами для выравнивания.
- Установить стабилизаторы напряжения (пассивная защита). Для критически важных однофазных потребителей: отдельных стабилизаторов на чувствительную технику. Для всей сети: монтаж трёхфазного стабилизатора с независимой регулировкой по каждой фазе. Это дорогое, но самое эффективное решение для серьёзных перекосов.
- Использовать системы автоматического ввода резерва (АВР) с функцией контроля фаз: современные реле контроля напряжения могут не только отслеживать его наличие, но и отслеживать качество сети, в том числе перекос, отключая ввод при опасных отклонениях.
- Применить активные симметрирующие трансформаторы, которые физически перераспределяют мощность между фазами.
- Использовать установки компенсации реактивной мощности (УКРМ) со ступенчатым регулированием могут компенсировать не только реактивную мощность, но и в некоторой степени выравнивать активную нагрузку, используя батареи конденсаторов, переключаемые на нужные фазы.
Таким образом, предотвращение перекоса фаз требует сочетания грамотного проектирования, регулярного контроля параметров сети и применения современных средств защиты. Это позволяет минимизировать риски аварий и продлить срок службы электрооборудования.
Источники, дополнительная информация:
- Борисов Ю. М. и др. Электротехника/ Ю. М. Борисов, Д. Н. Липатов, Ю. Н. Зорин. Учебник для вузов. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 552 с., ил.
- ГОСТ 32144. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения
- Шеховцев В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. — М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2005. — 214 с., ил (см. учет однофазной нагрузки в зависимости от несимметрии)
- Технадзор77. Перекос фаз в трехфазной сети — чем опасен и когда возникает (дата обращения: 19.01.2026)
Ознакомиться с содержанием журнала.
Уважаемые коллеги, желаю хорошего дня. Подписывайтесь, чтобы иметь возможность обсудить со мной вашу задачу в комментариях. Буду рад лайку, альтернативному мнению или истории по теме статьи. При желании вы можете поблагодарить автора чашкой кофе для стимулирования мыслительного процесса и блогерского энтузиазма.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №1: Оценки, суждения и предложения по рассматриваемым вопросам являются личным мнением автора.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №2: Техническая информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владелец сайта не несет никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной из данного источника.
Все изображения, если не указано иное, либо выполнены автором, либо взяты из открытых источников.