Kolmivaihejärjestelmä

Kolmen vaiheen järjestelmän määritelmä ja ominaisuudet

Kolmivaihejärjestelmä on sähköjärjestelmä, joka koostuu kolmesta vaiheesta. Tässä asetuksessa sähkö virtaa kolmeen erilliseen johtoon, kun taas neutraalijohto toimii virhevirtauksen turvallisen pääsyn polkuna maahan. Vaihtoehtoisesti sitä voidaan kuvata järjestelmäksi, joka käyttää kolmea johtoa sähköntuotannon, siirtämisen ja jakelun prosesseissa. Lisäksi kolmivaihejärjestelmä voi toimia yksivaihejärjestelmänä ottamalla yksi sen vaiheista yhdessä neutraalijohdon kanssa. Tasapainotetussa kolmivaihejärjestelmässä linjavirtauksien summa on tarkasti nolla, ja vaiheet ovat erotettu kulmassa 120º.

Typinen kolmivaihejärjestelmä käyttää neljä johtoa: kolme virtakantajajohtoa ja yksi neutraalijohto. Huomattavaa on, että neutraalijohteen poikkileikka-ala on yleensä puolet elojohdojen alasta. Neutraalijohdossa oleva virta on yhtä suuri kuin kolmen vaiheen linjavirtauksien vektorisumma. Matemaattisesti se on yhtä suuri kuin √3 kertaa nollavaihekomponentti.

Kolmivaihejärjestelmät tarjoavat monia merkittäviä etuja. Yksivaihejärjestelmiä verrattuna niissä tarvitaan vähemmän johtoja, mikä vähentää infrastruktuurikustannuksia. Ne myös varmistavat jatkuvan sähköntuotannon ja -jakelun, parantamalla sähköpalvelun luotettavuutta. Lisäksi kolmivaihejärjestelmät ovat tunnettu korkeammasta tehokkuudestaan ja pienempiä sähköhukkalta tuotannoissa ja toiminnassa.

Kolmivaihevoltit tuotetaan generaattorissa, joka tuottaa kolme yhtä suurta ja saman taajuuden sinimuotoista jännitteitä, jotka ovat keskenään 120º eroissa. Tämä asetus tarjoaa keskeytymättömän sähköntuotannon. Jos järjestelmän yksi vaihe kohdataan häiriö, muut kaksi vaihetta voivat jatkaa sähköntuotantoa, ylläpitäen olennaisia sähköpalveluita. On tärkeää huomioida, että tasapainotetussa kolmivaihejärjestelmässä minkä tahansa yhden vaiheen virta on yhtä suuri kuin kahden muun vaiheen virtauksien vektorisumma, noudattaen sähköverkoteorian periaatteita.

120º:n vaiheero vastakohtana kolmelle vaiheelle on avainasemassa kolmivaihejärjestelmän asianmukaiselle ja luotettavalle toiminnalle. Ilman tätä tarkkaa vaihesuhdetta järjestelmä on altis vahingoille, mikä voi johtaa sähköntuotannon keskeytyksiin, laitteiden epäonnistumisiin ja mahdollisiin turvallisuushäiriöihin.

Kolmivaihejärjestelmien yhteyksien tyypit

Kolmivaihejärjestelmiä voidaan konfiguroida kahdella pääasiallisella tavalla: tähtiyhteydellä ja deltayhteydellä. Jokaisella näistä yhteyksiltä on omat ominaisuudet ja sovellukset, jotka on yksityiskohtaisesti selitetty alla.

Tähtiyhteys

Tähtiyhteys, myös Y-yhteys, käyttää neljä johtoa: kolme vaihejohtoa ja yksi neutraalijohto. Tämä yhteystyyppi on erityisen hyvin soveltuva pitkiin sähkönsiirtoihin. Neutraalipisteen läsnäolo on tärkeä etu. Se toimii polkuna epätasapainoisille virtauksille, sallien ne virtua turvallisesti maahan. Epätasapainoisien virtauksien tehokkaalla käsittelyllä tähtiyhteys auttaa ylläpitämään koko sähköjärjestelmän tasapainoa, vähentäen ylikuormituksen riskiä ja varmistamalla vakaa sähköntuotanto pitkiä etäisyyksiä kautta.

Tähtiyhteydessä kolmivaihejärjestelmässä on kaksi erilaista jänniteasteikkoa: 230 V ja 440 V. Tarkemmin sanottuna jännite mitattuna yhdestä vaihejohtosta neutraalijohdon välillä on 230 V, kun taas jännite mitattuna kahden vaihejohton välillä on 440 V. Tämä kaksitasoinen jänniteominaisuus tekee tähtiyhdyksestä monipuoliseksi erilaisiin sähkösovelluksiin, palvelemalla sekä matalajännitteisiä kotitalousvaatimuksia että korkeampia teollisuusvaatimuksia.

Deltayhteys

Deltayhteys, puolestaan, käyttää vain kolmea johtoa eikä sillä ole neutraalipistettä, kuten alla oleva kuva osoittaa. Deltayhteyden yksi ominaisuus on, että linjajännite on sama kuin vaihejännite. Tämä konfiguraatio yksinkertaistaa sähköasetusta tietyissä tilanteissa, erityisesti silloin, kun neutraalijohdon puuttuminen on hyväksyttävää ja järjestelmän suunnittelusta hyötyy linja- ja vaihejännitteen suora yhteneväisyys.

Kolmivaihejärjestelmien kuormien yhdistäminen

Kolmivaiheisessa sähköjärjestelmässä kuormat voidaan yhdistää joko tähtiyhteydessä (Y) tai deltayhteydessä (Δ). Nämä kaksi yhteyttä ovat erilaisilla sähköisillä ominaisuuksilla ja sovelluksilla. Alla olevat kaaviot havainnollistavat, miten kolmivaiheiset kuormat yhdistetään sekä deltayhteydessä että tähtiyhteydessä, tarjoten selkeän visuaalisen esityksen niiden rakenteellisista eroista ja sähköisestä käytöksestä.

Kolmivaiheisessa sähköjärjestelmässä kuorma voidaan luokitella joko tasapainoiseksi tai epätasapainoiseksi. Kolmivaiheinen kuorma on tasapainoinen, kun kolme yksittäistä kuormaa (impedanssit) Z1, Z2 ja Z3 ovat sekä saman suuruisia että saman vaihekulman. Tasapainoisissa olosuhteissa kaikki vaihejännitteet ovat yhtä suuret, ja linjajännitteet myös ovat yhtä suuret. Tämä symmetria jännitteissä ja impedanssissa johtaa vakaimpaan ja tehokkaampaan sähköiseen toimintaan, vähentäen sähköhukkaa ja varmistamalla tasainen sähköenergian jakelu järjestelmässä.