Tre-fasede system

Definition og karakteristika af tre-fase systemer

Et tre-fase system defineres som et elektrisk system, der består af tre faser. I denne opsætning strømmer elektrisk strøm gennem tre forskellige ledninger, mens en neutral ledning fungerer som en vej for fejlstrøm til at sikkerhedsafledes i jorden. Alternativt kan det beskrives som et system, der bruger tre ledninger til processerne med elektrisk produktion, overførsel og distribution. Desuden kan et tre-fase system fungere som et enkeltfase system ved at trække en af ​​dens faser sammen med den neutrale ledning. I et balanceret tre-fase system er summen af linje-strømmene præcis nul, og faserne er adskilt af en vinkelafstand på 120º.

Et typisk tre-fase system anvender fire ledninger: tre strømbærende ledere og en neutral ledning. Det er bemærkelsesværdigt, at tværsnittet af den neutrale ledning normalt er halvdelen af de levende ledninger. Strømmen i den neutrale ledning er lig med vektor-summen af linje-strømmene fra de tre faser. Matematisk set er det ækvivalent med √3 gange den nul fase-sekvenskomponent af strømmen.

Tre-fase systemer byder på mange betydelige fordele. Sammenlignet med enkeltfase systemer kræver de færre ledninger, hvilket reducerer infrastrukturelle omkostninger. De sikrer også en uafbrudt strømforsyning til belastningen, hvilket øger pålideligheden af elektrisk service. Desuden er tre-fase systemer kendte for deres højere effektivitet og minimaliserede strømtab under overførsel og drift.

Tre-fase spændinger genereres i en generator, der producerer tre sinusformede spændinger med lige størrelse og frekvens, men fasen er skiftet med 120º i forhold til hinanden. Denne konfiguration giver en uafbrudt strømforsyning. Hvis en fase i systemet oplever en forstyrrelse, kan de to resterende faser fortsætte med at levere strøm, hvilket opretholder essentielle elektriske tjenester. Det er vigtigt at bemærke, at i et balanceret tre-fase system er størrelsen af strømmen i enhver fase lig med vektor-summen af strømmene i de to andre faser, i overensstemmelse med principperne for elektriske kredsløbsteori.

En faseforskydning på 120º mellem de tre faser er afgørende for korrekt og pålidelig drift af et tre-fase system. Uden denne præcise faseforhold er systemet meget sårbar over for skader, hvilket kan føre til forstyrrelser i strømforsyningen, udstyrssvigt og potentielle sikkerhedshindringer.

Typer af forbindelser i tre-fase systemer

Tre-fase systemer kan konfigureres på to primære måder: stjerneforbindelse og deltaforbindelse. Hver af disse forbindelsesmetoder har unikke egenskaber og anvendelser, som er detaljeret nedenunder.

Stjerneforbindelse

Stjerneforbindelsen, også kendt som Y-forbindelsen, anvender fire ledninger: tre faseledere og en neutral leder. Denne type forbindelse er særligt velegnet til langdistancet elektrisk overførsel. Nærværelsen af den neutrale point er en nøglegenskab. Den fungerer som en vej for ubalancerede strømme, hvilket tillader dem at flyde sikkert til jorden. Ved effektiv håndtering af disse ubalancerede strømme hjælper stjerneforbindelsen med at opretholde det samlede balance i det elektriske system, reducerer risikoen for overbelastning og sikrer stabil strømforsyning over lange afstande.

I et stjernetilsluttet tre-fase system er der to distinkte spændingsniveauer til rådighed: 230 V og 440 V. Specifikt er spændingen målt mellem en enkelt faseleder og den neutrale 230 V, mens spændingen mellem to faseledere beløber sig til 440 V. Denne dobbeltspændingsegenskab gør stjerneforbindelsen versatile for forskellige elektriske anvendelser, der dækker både lavspændingshusstandsbehov og højspændingsindustrielle behov.

Deltaforbindelse

Deltaforbindelsen, i modsætning til dette, anvender kun tre ledninger og mangler en neutral point, som illustreret i figuren nedenfor. En af de definerende egenskaber ved deltaforbindelsen er, at linjespændingen er identisk med fasespændingen. Denne konfiguration forenkler den elektriske opsætning i visse scenarier, især når fraværet af en neutral ledning er acceptabelt, og når systemdesignet drager fordel af den direkte ækvivalens mellem linje- og fasespændinger.

Forbindelse af belastninger i tre-fase systemer

I et tre-fase elektrisk system kan belastninger forbinder enten i en stjerne (Y) eller delta (Δ) konfiguration. Disse to forbindelsesmetoder har distinkte elektriske egenskaber og anvendelser. Diagrammerne nedenfor illustrerer, hvordan tre-fase belastninger forbinder i både delta- og stjernetilslutninger, hvilket giver en klar visuel repræsentation af deres strukturelle forskelle og elektriske opførsel.

I et tre-fase elektrisk system kan belastningen inddeles i enten balanceret eller ubalanceret. En tre-fase belastning anses for at være balanceret, når de tre individuelle belastninger (repræsenteret ved impedanser) Z1, Z2 og Z3 viser både identiske størrelser og fasevinkler. Under sådanne balancerede forhold har ikke blot alle fasespændinger lige størrelser, men linjespændingerne deler også denne egenskab med at have lige størrelser. Denne symmetri i spændings- og impedansværdier resulterer i en mere stabil og effektiv elektrisk drift, der minimaliserer strømtab og sikrer en uniform fordeling af elektrisk energi i systemet.