ระบบสามเฟส

คำนิยามและลักษณะของระบบสามเฟส

ระบบสามเฟสหมายถึงระบบไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสามเฟส ในระบบนี้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟสามเส้นที่แตกต่างกัน ในขณะที่สายกลางทำหน้าที่เป็นทางเดินสำหรับการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดให้ระบายลงสู่พื้นดิน นอกจากนี้ยังสามารถอธิบายได้ว่าเป็นระบบที่ใช้สายไฟสามเส้นในการผลิตส่งและกระจายพลังงานไฟฟ้า นอกจากนี้ระบบสามเฟสยังสามารถทำงานเป็นระบบเดี่ยวโดยการนำเอาเฟสใดเฟสหนึ่งร่วมกับสายกลางออกมา ในระบบสามเฟสที่สมดุล ผลรวมของกระแสในสายจะเท่ากับศูนย์ และเฟสแต่ละเฟสจะมีการเลื่อนเฟส 120º จากกัน

ระบบสามเฟสทั่วไปใช้สายไฟสี่เส้น: สายนำไฟฟ้าสามเส้นและสายกลางหนึ่งเส้น ที่สำคัญคือ พื้นที่ภาคตัดขวางของสายกลางมักจะเป็นครึ่งหนึ่งของสายไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าในสายกลางเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของกระแสในสามเฟส ทางคณิตศาสตร์แล้ว มันเท่ากับ √3 เท่าของส่วนประกอบลำดับเฟสศูนย์ของกระแส

ระบบสามเฟสมอบประโยชน์มากมาย เมื่อเทียบกับระบบเดี่ยว ระบบสามเฟสต้องการสายนำน้อยกว่า ลดค่าใช้จ่ายโครงสร้างพื้นฐาน นอกจากนี้ยังช่วยให้มีการจ่ายไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของการบริการไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้น ระบบสามเฟสยังโด่งดังเรื่องประสิทธิภาพที่สูงและความสูญเสียพลังงานระหว่างการส่งและการดำเนินงานที่น้อย

แรงดันไฟฟ้าสามเฟสจะถูกสร้างขึ้นภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งผลิตแรงดันไฟฟ้าไซนัสสามเฟสที่มีขนาดและความถี่เท่ากัน แต่มีการเลื่อนเฟส 120º ต่อกัน การกำหนดค่านี้ให้การจ่ายไฟฟ้าไม่หยุดชะงัก หากเฟสใดเฟสหนึ่งของระบบประสบปัญหา เฟสที่เหลือสองเฟสสามารถส่งพลังงานต่อไปได้ เพื่อรักษาบริการไฟฟ้าที่จำเป็น ควรทราบว่าในระบบสามเฟสที่สมดุล ขนาดของกระแสในเฟสใดเฟสหนึ่งจะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของกระแสในเฟสอื่นๆ ตามหลักการของวงจรไฟฟ้า

ความแตกต่างของเฟส 120º ระหว่างสามเฟสเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่เหมาะสมและเชื่อถือได้ของระบบสามเฟส หากไม่มีความสัมพันธ์เฟสที่แม่นยำนี้ ระบบจะมีความเสี่ยงสูงต่อความเสียหาย ซึ่งอาจนำไปสู่การหยุดชะงักของการจ่ายไฟฟ้า การชำรุดของอุปกรณ์ และอันตรายต่อความปลอดภัย

ประเภทของการเชื่อมต่อในระบบสามเฟส

ระบบสามเฟสสามารถกำหนดค่าได้สองวิธีหลัก: การเชื่อมต่อแบบดาวและการเชื่อมต่อแบบดีลตา แต่ละวิธีการเชื่อมต่อนี้มีลักษณะเฉพาะและการประยุกต์ใช้งานที่แตกต่างกัน รายละเอียดดังต่อไปนี้

การเชื่อมต่อแบบดาว

การเชื่อมต่อแบบดาว หรือ Y-connection ใช้สายไฟสี่เส้น: สายเฟสสามเส้นและสายกลางหนึ่งเส้น การเชื่อมต่อประเภทนี้เหมาะสำหรับการส่งไฟฟ้าระยะไกล จุดเด่นคือการมีจุดกลาง ซึ่งทำหน้าที่เป็นทางเดินสำหรับกระแสที่ไม่สมดุล ช่วยให้กระแสเหล่านี้ไหลลงสู่พื้นดินอย่างปลอดภัย โดยการจัดการกับกระแสที่ไม่สมดุล การเชื่อมต่อแบบดาวช่วยรักษาสมดุลของระบบไฟฟ้าโดยรวม ลดความเสี่ยงของการโหลดเกินและรับประกันการจ่ายไฟฟ้าที่มั่นคงในระยะทางที่ยาวนาน

ในการเชื่อมต่อแบบดาวสามเฟส มีแรงดันไฟฟ้าสองระดับ: 230 V และ 440 V โดยเฉพาะ แรงดันที่วัดระหว่างสายเฟสเดียวและสายกลางคือ 230 V ในขณะที่แรงดันระหว่างสายเฟสสองเส้นคือ 440 V ลักษณะที่มีแรงดันสองระดับนี้ทำให้การเชื่อมต่อแบบดาวมีความยืดหยุ่นสำหรับการใช้งานไฟฟ้าหลากหลาย รองรับทั้งความต้องการไฟฟ้าต่ำสำหรับบ้านเรือนและแรงดันสูงสำหรับอุตสาหกรรม

การเชื่อมต่อแบบดีลตา

การเชื่อมต่อแบบดีลตา ตรงกันข้าม ใช้สายไฟแค่สามเส้นและไม่มีจุดกลาง ดังแสดงในรูปด้านล่าง หนึ่งในคุณสมบัติที่สำคัญของการเชื่อมต่อแบบดีลตาคือ แรงดันสายเท่ากับแรงดันเฟส การกำหนดค่านี้ทำให้การตั้งค่าไฟฟ้าง่ายขึ้นในบางสถานการณ์ โดยเฉพาะเมื่อไม่จำเป็นต้องใช้สายกลางและระบบออกแบบให้ได้แรงดันสายและเฟสเท่ากัน

การเชื่อมต่อโหลดในระบบสามเฟส

ในระบบไฟฟ้าสามเฟส โหลดสามารถเชื่อมต่อได้ในรูปแบบดาว (Y) หรือดีลตา (Δ) วิธีการเชื่อมต่อสองวิธีนี้มีลักษณะไฟฟ้าและวิธีการใช้งานที่แตกต่างกัน แผนภาพด้านล่างแสดงวิธีการเชื่อมต่อโหลดสามเฟสในรูปแบบดีลตาและดาว ให้เห็นภาพชัดเจนถึงความแตกต่างทางโครงสร้างและการทำงานทางไฟฟ้า

ในระบบไฟฟ้าสามเฟส โหลดสามารถแบ่งออกเป็นโหลดสมดุลหรือโหลดไม่สมดุล โหลดสามเฟสจะถือว่าสมดุลเมื่อโหลดแต่ละอัน (แทนด้วยอิมพีแดนซ์) Z1, Z2, และ Z3 มีขนาดและมุมเฟสเท่ากัน ในเงื่อนไขที่สมดุล แรงดันเฟสทั้งหมดจะมีขนาดเท่ากัน และแรงดันสายก็มีขนาดเท่ากันเช่นกัน ความสมมาตรนี้ในแรงดันและค่าอิมพีแดนซ์ทำให้การดำเนินงานทางไฟฟ้ามีความมั่นคงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดการสูญเสียพลังงานและรับประกันการกระจายพลังงานไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอในระบบ