Driefasensysteem

Definitie en kenmerken van driefase-systemen

Een driefase-systeem wordt gedefinieerd als een elektrisch systeem dat bestaat uit drie fasen. In deze opstelling stroomt de elektrische stroom door drie afzonderlijke draden, terwijl een neutrale draad dient als weg voor foutstromen om veilig in de aarde te ontladen. Het kan ook worden omschreven als een systeem dat gebruikmaakt van drie draden voor de processen van elektriciteitsopwekking, -overdracht en -distributie. Bovendien kan een driefase-systeem functioneren als een enkelefasensysteem door één van de fasen samen met de neutrale draad te gebruiken. In een gebalanceerd driefase-systeem is de som van de lijnstromen precies nul, en de fasen zijn gescheiden door een hoekverschuiving van 120º.

Een typisch driefase-systeem maakt gebruik van vier draden: drie stroomdragende geleiders en één neutrale draad. Opmerkelijk is dat het doorsnijdingsoppervlak van de neutrale geleider meestal de helft is van dat van de live-draden. De stroom in de neutrale draad is gelijk aan de vectoriële som van de lijnstromen van de drie fasen. Wiskundig is dit equivalent aan √3 keer de nulfasensequentiecomponent van de stroom.

Driefase-systemen bieden talrijke belangrijke voordelen. In vergelijking met enkelefasensystemen vereisen ze minder geleiders, waardoor de infrastructuurkosten verlaagd worden. Ze zorgen ook voor een continue stroomvoorziening naar de belasting, waardoor de betrouwbaarheid van de elektrische dienstverlening wordt verbeterd. Bovendien staan driefase-systemen bekend om hun hogere efficiëntie en geminimaliseerde vermogensverliezen tijdens overdracht en bedrijf.

Driefase-spanningen worden binnen een generator geproduceerd, waarbij drie sinusvormige spanningen van gelijke grootte en frequentie worden gegenereerd, maar met een faseverschuiving van 120º ten opzichte van elkaar. Deze configuratie biedt een ononderbroken stroomvoorziening. Indien één fase van het systeem een storing ervaart, kunnen de overige twee fasen doorgaan met het leveren van stroom, waardoor essentiële elektrische diensten worden onderhouden. Het is belangrijk op te merken dat in een gebalanceerd driefase-systeem de grootte van de stroom in elke fase gelijk is aan de vectoriële som van de stromen in de andere twee fasen, conform de principes van de elektrische schakeltheorie.

Een faseverschil van 120º tussen de drie fasen is cruciaal voor de juiste en betrouwbare werking van een driefase-systeem. Zonder deze exacte faserelatie is het systeem zeer kwetsbaar voor schade, wat kan leiden tot storingen in de stroomvoorziening, apparatuuruitval en potentiële veiligheidsrisico's.

Soorten aansluitingen in driefase-systeem

Driefase-systemen kunnen op twee primaire manieren worden geconfigureerd: ster-aansluiting en delta-aansluiting. Elke van deze aansluitingsmethoden heeft unieke kenmerken en toepassingen, die hieronder worden gedetailleerd.

Ster-aansluiting

De ster-aansluiting, ook wel Y-aansluiting genoemd, maakt gebruik van vier draden: drie fasegeleiders en één neutrale geleider. Deze type aansluiting is bijzonder geschikt voor langeafstandselektrische overdracht. De aanwezigheid van het neutrale punt is een belangrijk voordeel. Het dient als pad voor ongebalanceerde stromen, waardoor deze veilig naar de aarde kunnen stromen. Door deze ongebalanceerde stromen effectief te hanteren, helpt de ster-aansluiting de algemene balans van het elektrische systeem te behouden, waardoor het risico op overbelasting wordt verminderd en stabiele stroomlevering over grote afstanden wordt gewaarborgd.

In een ster-verbonden driefase-systeem zijn er twee verschillende spanningenniveaus beschikbaar: 230 V en 440 V. Specifiek gezegd is de spanning tussen een enkele fasegeleider en de neutrale 230 V, terwijl de spanning tussen twee fasegeleiders 440 V bedraagt. Dit dubbele spanningkenmerk maakt de ster-aansluiting veelzijdig voor diverse elektrische toepassingen, zowel voor lage-spanningshuishoudelijke als hoge-spanningsindustriële eisen.

Delta-aansluiting

De delta-aansluiting, daarentegen, maakt slechts gebruik van drie draden en heeft geen neutraal punt, zoals in de figuur hieronder wordt weergegeven. Een van de kenmerkende eigenschappen van de delta-aansluiting is dat de lijnspanning identiek is aan de fasespanning. Deze configuratie vereenvoudigt de elektrische installatie in bepaalde scenario's, vooral wanneer het ontbreken van een neutrale draad acceptabel is en wanneer het systeemontwerp baat heeft bij de directe equivalentie van lijn- en fasespanningen.

Aansluiting van belastingen in driefase-systemen

In een driefase-elektrisch systeem kunnen belastingen in een ster (Y) of delta (Δ) configuratie worden aangesloten. Deze twee aansluitingsmethoden hebben unieke elektrische kenmerken en toepassingen. De diagrammen hieronder laten zien hoe driefase-belastingen in zowel de delta- als de sterconfiguraties worden aangesloten, waarbij een duidelijke visuele weergave van hun structuurverschillen en elektrische gedragingen wordt gegeven.

In een driefase-elektrisch systeem kan de belasting worden ingedeeld als gebalanceerd of ongebalanceerd. Een driefase-belasting wordt als gebalanceerd beschouwd wanneer de drie individuele belastingen (vertegenwoordigd door impedanties) Z1, Z2 en Z3 zowel identieke groottes als faserotaties vertonen. Onder deze gebalanceerde omstandigheden hebben niet alleen alle fasespanningen gelijke groottes, maar delen de lijnspanningen ook dit kenmerk van gelijke groottes. Deze symmetrie in spanning- en impedantiewaarden resulteert in een stabielere en efficiëntere elektrische werking, waarbij vermogensverliezen worden geminimaliseerd en een uniforme distributie van elektrische energie over het systeem wordt gewaarborgd.