نظام ثلاثي الأطوار

تعريف وخصائص الأنظمة ثلاثية الطور

يُعرف النظام الثلاثي الطور بأنه نظام كهربائي يتكون من ثلاثة أطوار. في هذا الترتيب، يتدفق التيار الكهربائي عبر ثلاثة أسلاك مختلفة، بينما يعمل السلك المحايد كمسار لتصريف التيار العطل بأمان إلى الأرض. أو يمكن وصفه بأنه نظام يستخدم ثلاثة أسلاك لعمليات توليد وتوزيع ونقل الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام ثلاثي الطور أن يعمل كنظام أحادي الطور عن طريق استخراج أحد أطواره مع السلك المحايد. في نظام ثلاثي الطور متوازن، يكون مجموع التيار الخطي بالضبط صفرًا، ويتم فصل الأطوار بزاوية انزياح تبلغ 120 درجة.

عادة ما يستخدم النظام الثلاثي الطور أربعة أسلاك: ثلاثة أسلك موصلة للتيار وأسلاك محايدة واحدة. من الجدير بالذكر أن مساحة المقطع العرضي للأسلاك المحايدة عادة ما تكون نصف مساحة الأسلاك الحية. التيار في السلك المحايد يساوي مجموع المتجهات للتجمعات الخطية للأطوار الثلاثة. رياضياً، هو ما يعادل √3 ضعف مكون التيار الصفر للطور.

تقدم الأنظمة ثلاثية الطور العديد من المزايا الهامة. مقارنة بأنظمة الطور الواحد، تتطلب أقل عدد من الموصلات، مما يقلل من تكاليف البنية التحتية. كما أنها تضمن تزويد مستمر للطاقة للحمل، مما يعزز موثوقية الخدمة الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تشتهر الأنظمة ثلاثية الطور بكفاءتها العالية وحد أدنى من خسائر الطاقة أثناء النقل والتشغيل.

تُنتج الجهد الثلاثي الطور داخل المولد، مما ينتج عنه ثلاثة جهود جيبية متساوية في المقدار والتواتر، ولكنها متنافرة بـ 120 درجة بالنسبة لبعضها البعض. توفر هذه التكوينة تزويدًا غير قابل للانقطاع للطاقة. في حالة حدوث اضطراب في طور واحد من النظام، يمكن للأطوار الأخرى المتبقيتين الاستمرار في تزويد الطاقة، مما يحافظ على الخدمات الكهربائية الأساسية. من المهم ملاحظة أنه في نظام ثلاثي الطور متوازن، فإن مقدار التيار في أي طور واحد يساوي مجموع المتجهات للتجمعات في الأطوار الأخرى، وفقًا لمبادئ نظرية الدوائر الكهربائية.

إن الاختلاف في الطور بمقدار 120 درجة بين الأطوار الثلاثة أمر حاسم للعمل الصحيح والموثوق به لنظام ثلاثي الطور. بدون هذه العلاقة الدقيقة للطور، يكون النظام عرضة بشدة للتلف، مما يؤدي إلى تعطل تزويد الطاقة وإخفاقات في المعدات وأخطار محتملة للأمان.

أنواع الاتصالات في النظام ثلاثي الطور

يمكن تكوين الأنظمة ثلاثية الطور بطريقتين أساسيتين: الاتصال النجمي والاتصال الدلتا. لكل من هذين النوعين من طرق الاتصال خصائص وميزات تطبيقية مميزة، والتي سيتم تفصيلها أدناه.

الاتصال النجمي

يستخدم الاتصال النجمي، المعروف أيضًا باسم الاتصال Y، أربعة أسلاك: ثلاثة أسلاك للطور وسلاك محايد واحد. هذا النوع من الاتصال مناسب بشكل خاص لنقل الكهرباء على مسافات طويلة. وجود نقطة المحايد هو ميزة رئيسية. حيث يعمل كمسار للتجمعات غير المتوازنة، مما يسمح لها بالتدفق بأمان إلى الأرض. من خلال التعامل الفعال مع هذه التجمعات غير المتوازنة، يساعد الاتصال النجمي على الحفاظ على التوازن العام للنظام الكهربائي، مما يقلل من خطر التشغيل الزائد ويضمن تزويد الطاقة المستقر على مسافات طويلة.

في نظام ثلاثي الطور متصل بالنجمة، هناك مستويان مختلفان للجهد: 230 فولت و440 فولت. تحديداً، الجهد المقاس بين سلك طور واحد والسلاك المحايد هو 230 فولت، بينما الجهد بين أي سلكين للطور يبلغ 440 فولت. تجعل هذه الخاصية ثنائية الجهد الاتصال النجمي متنوعًا لتطبيقات كهربائية مختلفة، سواء كانت متطلبات منزلية ذات جهد منخفض أو متطلبات صناعية ذات جهد أعلى.

الاتصال الدلتا

على العكس، يستخدم الاتصال الدلتا ثلاثة أسلاك فقط ولا يحتوي على نقطة محايدة، كما هو موضح في الشكل أدناه. إحدى الخصائص المميزة للاتصال الدلتا هي أن الجهد الخطي متطابق مع الجهد الطوري. يبسط هذا التكوين الإعداد الكهربائي في بعض السيناريوهات، خاصة عندما يكون غياب السلك المحايد مقبولًا وعندما يستفيد تصميم النظام من التكافؤ المباشر للجهد الخطي والجهد الطوري.

اتصال الأحمال في الأنظمة ثلاثية الطور

في النظام الكهربائي ثلاثي الطور، يمكن ربط الأحمال بطريقة النجمة (Y) أو الدلتا (Δ). لهذين نوعي الاتصال خصائص كهربائية وتطبيقات مميزة. توضح الرسوم البيانية أدناه كيفية ربط الأحمال ثلاثية الطور في الترتيبين الدلتا والنجمة، مما يوفر تمثيلاً بصرياً واضحاً لاختلافاتها الهيكلية والأداء الكهربائي.

في النظام الكهربائي ثلاثي الطور، يمكن تصنيف الحمل على أنه متوازن أو غير متوازن. يعتبر الحمل ثلاثي الطور متوازنًا عندما تظهر الأحمال الفردية الثلاثة (الممثلة بمقاومات) Z1 وZ2 وZ3 كلها بنفس المقدار وزاوية الطور. تحت هذه الظروف المتوازنة، ليس فقط جميع الجهود الطورية تظل متساوية المقدار، ولكن الجهود الخطية أيضاً تشارك هذه الصفة المتمثلة في المقدار المتساوي. تؤدي هذه التناظرية في قيم الجهد والمقاومة إلى عملية كهربائية أكثر استقرارًا وكفاءة، مما يقلل من خسائر الطاقة ويضمن توزيعًا موحدًا للطاقة الكهربائية عبر النظام.