Обрыв фазы в треугольнике и звезде: что произойдёт с ТЭНами

На профильных форумах половина веток про трёхфазные ТЭНы заканчивается одним и тем же вопросом: «а что будет, если оборвётся фаза?» И ответы — кашей. Кто-то пишет «всё сгорит», кто-то — «ничего страшного, мощность упадёт». Правда зависит от схемы. В одной — действительно ничего, в другой — пожар через час. Ниже — расчёт по четырём типовым случаям с конкретными цифрами, чтобы можно было прикинуть на свою установку.

Постановка задачи

Берём типовой блок на 9 кВт — три ТЭНа, рассчитанные на одну и ту же мощность 3 кВт каждый. От напряжения, на которое заказан ТЭН, зависит схема:

• ТЭНы 220В — собираются звездой с нулём, на каждый идёт фазное напряжение 220В
• ТЭНы 220В без нуля — звезда без нулевого провода, на каждый всё равно 220В при балансе
• ТЭНы 380В — треугольник между фазами, на каждом 380В линейное

Сопротивление ТЭНа считаем один раз и используем во всех расчётах:

Дальше для каждой из трёх схем разбираем, что меняется при обрыве одной фазы. Плюс отдельно — обрыв нуля в звезде, потому что это самый зловредный случай и его на форумах путают со всем подряд.

Случай 1: звезда с нулём, обрыв фазы

Три ТЭНа по 3 кВт / 220В соединены звездой. Общая точка — на нулевом проводе. На каждом ТЭНе фазное напряжение 220В. Суммарная мощность — 9 кВт.

Допустим, оборвалась фаза L1. Что происходит:

• ТЭН-1 — обесточен, ток через него ноль
• ТЭН-2 и ТЭН-3 продолжают работать как ни в чём не бывало: на каждом 220В, мощность по 3 кВт

Связи между ТЭНами через нейтраль нет, общая точка соединяет каждый со своей фазой независимо. Поэтому оставшиеся два ТЭНа никак не «знают» об отсутствии третьей фазы.

Ничего не сгорает. Мощность падает на треть. На бытовом бойлере вы заметите это по времени нагрева, и то не сразу.

Случай 2: звезда с нулём, обрыв нуля

Та же схема, но рвётся не фаза, а нулевой провод от точки звезды до щита. Все три фазы есть, общая точка повисла в воздухе.

Если все три ТЭНа абсолютно одинаковые — теоретически ничего страшного. Точка нейтрали «плавает», но за счёт симметричной нагрузки автоматически устанавливается на нуле потенциала. На каждом ТЭНе остаётся 220В, мощность не меняется.

В реальности симметрии не бывает. ТЭНы изначально имеют разброс по сопротивлению ±5–10%, а с возрастом разброс растёт (накипь, окисление спирали). Что происходит при асимметрии:

Случай 3: звезда без нуля, обрыв фазы

Та же звезда с ТЭНами на 220В, но нулевого провода нет — нейтральная точка просто соединяет три ТЭНа в общую точку, без вывода наружу. На исправной системе при симметрии нагрузки на каждом ТЭНе 220В, как и в звезде с нулём.

Рвётся фаза L1. Теперь ТЭН-1 одним концом висит в воздухе, тока через него нет. ТЭН-2 и ТЭН-3 оказываются последовательно соединены между фазами L2 и L3:

Между L2 и L3 — линейное напряжение 380В. Делится поровну (сопротивления равные): по 190В на каждом ТЭНе.

Суммарная мощность системы:

Главная подлость — никаких сигналов о неисправности. Ток через каждый ТЭН падает с 13,7А до 11,8А, через автомат — тоже падает. Ни один датчик температуры, ни одно реле перегрузки не сработает. Бак просто будет греться вдвое дольше. Если терморегулятор настроен по уставке, а не по таймеру, оператор может месяцами не замечать.

Случай 4: треугольник, обрыв фазы

ТЭНы 380В, соединены треугольником между фазами:

Рвётся L3. ТЭН-2 (между L2 и L3) и ТЭН-3 (между L3 и L1) теряют по одной клемме. Но не висят — оказываются последовательно соединены через ту же оборванную точку, между фазами L1 и L2:

Между L1 и L2 — 380В. На каждом ТЭНе по 190В.

ТЭН-1 (между L1 и L2) — продолжает работать на полной мощности 3 кВт.

Та же картина, что и в звезде без нуля по итогу — половина мощности. Но распределение разное: один ТЭН на номинале, два на четверти. Ни один не перегружен, ни один не сгорит.

Сводная таблица: четыре кейса

Из четырёх ситуаций реально опасна одна — обрыв нулевого провода в звезде с нулём. Остальные три — это потеря мощности без угрозы оборудованию.

Какая защита от чего работает

Стандартный пакет защиты на промышленный нагрев — автомат + УЗО + реле контроля фаз. Реле ставится в щите между автоматом и пусковым контактором, при срабатывании отключает катушку контактора. Стоит порядка 1500–3000 рублей за модуль на DIN-рейку, окупается одним предотвращённым ремонтом.

Как диагностировать обрыв фазы без приборов

Самое простое — по времени нагрева. Если бак на 200 литров до этого выходил с 15° на 80° за 50 минут, а теперь за 80–100 минут — потеряна одна фаза. Расчёт простой: при потере половины мощности время растёт вдвое, при потере трети — в полтора раза.

Подтверждение мультиметром: на выходных клеммах автомата (нагрузка отключена) должно быть три раза по 220В между фазой и землёй или 380В между любыми двумя фазами. Если одна из трёх — около нуля, фаза действительно потеряна. Дальше идём вверх по схеме: вход автомата, ввод в щит, до места обрыва.

Типичные точки обрыва: окислившийся болт под клеммой автомата, отгоревший конец провода на пускателе, обугленная контактная группа в магнитном пускателе. На вводе в здание — перегоревшая плавкая вставка или обгоревший зажим в счётчике.

Когда стоит переходить со звезды на треугольник

Если оборудование стоит в цехе с изолированной нейтралью или в старой постройке без рабочего нуля — выбора нет, треугольник единственный вариант (об этом подробно в статье про подключение 380В без нуля).

Если ноль есть, но требуется максимальная отказоустойчивость — лучше остаётся звезда с нулём плюс реле контроля напряжения. При обрыве фазы теряется треть мощности (а не половина, как в треугольнике), при обрыве нуля защита успевает сработать.

На бытовых установках до 6 кВт обычно проще обойтись однофазной схемой 220В — там нет ни звезды, ни треугольника, и вся проблема обрыва фазы вырождается в обычный «свет погас».

Если стоит задача проверить, не оборвалась ли фаза в текущей установке, и подобрать защиту — пришлите фото щита и параметры ТЭНов: +7(919)405-21-39 или ten-miass@mail.ru. Подскажем, что добавить, не разбирая шкаф.