Trofazni sistem

Definicija in značilnosti sistemov s tremi fazami

Sistem s tremi fazami je definiran kot električni sistem, sestavljen iz treh faz. V tej nastavitvi tok električnega toka teče skozi tri različne vodnike, medtem ko neutralni vodnik služi kot pot za varno odpoved napaknega toka v zemljo. Alternativno ga lahko opišemo kot sistem, ki uporablja tri vodnike za procese generiranja, prenosa in distribucije elektrike. Poleg tega lahko sistem s tremi fazami deluje tudi kot enofazni sistem, tako da se iz njega izloči ena faza skupaj z neutralnim vodnikom. V uravnoteženem sistemu s tremi fazami je vsota tokov v vodnicah natančno enaka nič, faze pa so ločene s kotnim odmikom 120º.

Typičen sistem s tremi fazami uporablja štiri vodnike: tri vodnike za pretok toka in en neutralni vodnik. Opomba, prečni prerez neutralnega vodnika je običajno polovica prečnega prereza živih vodnikov. Tok v neutralnem vodniku je enak vektorski vsoti tokov treh faz. Matematično je to enako √3-krat nulti komponenti toka.

Sistemi s tremi fazami ponujajo veliko pomembnih prednosti. V primerjavi s sistemom s enim fazo zahtevajo manj vodnikov, kar zmanjša stroške infrastrukture. Prav tako zagotavljajo zanesljivo neprekinjeno oskrbo z energijo, kar poveča zanesljivost električne storitve. Poleg tega so sistemi s tremi fazami znani po svoji višji učinkovitosti in zmanjšanju izgub pri prenosu in delovanju.

Trokotne napetosti so ustvarjene znotraj generatorja, ki proizvaja tri sinusne napetosti enake velikosti in frekvence, a faze so meščene za 120º ena glede na drugo. Ta konfiguracija zagotavlja neprekinjeno oskrbo z energijo. Če ena faza sistema doživi motnjo, lahko preostali dve fazi nadaljujejo z dostavo energije, ohranjajoč ključne električne storitve. Pomembno je opozoriti, da v uravnoteženem sistemu s tremi fazami velikost toka v kateri koli fazi je enaka vektorski vsoti tokov v ostalih dveh fazah, v skladu s principi teorije električnih vezij.

Razlika v fazi 120º med tremi fazami je ključna za pravilno in zanesljivo delovanje sistema s tremi fazami. Brez te natančne fazne relacije je sistem visoko občutljiv na poškodbe, kar lahko vodi v motnje v oskrbi z energijo, odpade opreme in možne varnostne tveganja.

Vrste povezav v sistemih s tremi fazami

Sistemi s tremi fazami se lahko konfigurirajo na dva glavna načina: zvezdasta povezava in delta povezava. Vsaka od teh metod povezave ima lastne značilnosti in uporabe, ki so podrobneje opisane spodaj.

Zvezdasta povezava

Zvezdasta povezava, tudi znana kot Y-povezava, uporablja štiri vodnike: tri fazne vodnike in en neutralni vodnik. Ta vrsta povezave je posebno primerna za dolgočasni električni prenos. Prisotnost neutralne točke je ključna prednost. Sprejme neravnovesne tokove, omogoča jim varno pretok v zemljo. Z učinkovitim ravnanjem s temi neravnovesnimi tokovi zvezdasta povezava pomaga ohranjati celotno ravnovesje električnega sistema, zmanjšuje tveganje preobremenitve in zagotavlja stabilno dostavo energije na daljše razdalje.

V zvezdasto povezanem sistemu s tremi fazami sta na voljo dve različni stopnji napetosti: 230 V in 440 V. Natančneje, napetost, merjena med enim faznim vodnikom in neutralnim, znaša 230 V, medtem ko napetost med katerima koli dvema faznima vodnikoma znaša 440 V. Ta dvojna karakteristika napetosti čini zvezdasto povezavo prilagodljivo za različne električne uporabe, ki zajemajo nizkonapetostne domače in višjenapetostne industrijske zahteve.

Delta povezava

Delta povezava, na drugi strani, uporablja le tri vodnike in nima neutralne točke, kot je prikazano na spodnji sliki. Ena od ključnih značilnosti delta povezave je, da je napetost v vodniku enaka fazni napetosti. Ta konfiguracija poenostavi električno nastavitev v določenih situacijah, zlasti, ko je sprejemljivo, da manjka neutralni vodnik, in kadar projektna rešitev koristi neposredno ekvivalenco napetosti v vodniku in fazne napetosti.

Povezava bremen v sistemih s tremi fazami

V trofaznem električnem sistemu se lahko bremena povežejo v zvezdasti (Y) ali delta (Δ) konfiguraciji. Ti dve metodi povezave imata lastne električne značilnosti in uporabe. Spodnje diagrami prikazujejo, kako so trofazna bremena povezana v delta in zvezdasti postavki, kar omogoča jasno vizualno predstavitev njihovih strukturnih razlik in električnih vedenj.

V trofaznem električnem sistemu se breme lahko klasificira kot uravnoteženo ali neravnovesno. Trofazno breme je uravnoteženo, če tri posamezna bremena (predstavljena z impedancami) Z1, Z2 in Z3 pokazujejo enake velikosti in fazne kote. V takih uravnoteženih pogojih ne le, da imajo vse fazne napetosti enake velikosti, ampak tudi napetosti v vodnikih delijo to značilnost enakosti velikosti. Ta simetrija v vrednostih napetosti in impedanc je vzrok za bolj stabilno in učinkovito električno delovanje, zmanjšanje izgub energije in zagotavljanje enakomernega razporeditve električne energije po sistemu.