Трифазна система

Визначення та характеристики трифазних систем

Трифазна система визначається як електрична система, що складається з трьох фаз. У цій схемі електричний струм протікає через три окремі дроти, а нейтральний дріт служить шляхом для безпечного відведення аварійного струму у землю. Або ж, це можна описати як систему, яка використовує три дроти для процесів електроенергетичного генерування, передачі та розподілу. Крім того, трифазна система може функціонувати як однофазна система, виділяючи одну з її фаз разом з нейтральним дротом. У збалансованій трифазній системі сума лінійних струмів дорівнює точно нулю, а фази розділені кутом 120º.

Зазвичай трифазна система використовує чотири дроти: три провідники, що несуть струм, і один нейтральний дріт. Варто зауважити, що поперечне сечение нейтрального провідника зазвичай становить половину від поперечного сечення живих дротів. Струм у нейтральному дроті дорівнює векторній сумі лінійних струмів трьох фаз. Математично це еквівалентно √3 разів нуль-фазова компонента струму.

Трифазні системи мають багато значущих переваг. Порівняно з однофазними системами, вони потребують менше провідників, що зменшує витрати на інфраструктуру. Вони також забезпечують безперервне надходження електроенергії до навантаження, підвищуючи надійність електроенергетичного сервісу. Більш того, трифазні системи відомі своєю вищою ефективністю та мінімізацією втрат енергії під час передачі та експлуатації.

Трифазні напруги генеруються в генераторі, що створює три синусоїдальні напруги однакової величини та частоти, але зсунуті на 120º одна відносно іншої. Ця конфігурація забезпечує безперервне надходження електроенергії. У разі, коли одна фаза системи досить завад, дві інші фази можуть продовжувати поставку електроенергії, підтримуючи важливі електроенергетичні послуги. Важливо зауважити, що у збалансованій трифазній системі величина струму в будь-якій одній фазі дорівнює векторній сумі струмів у двох інших фазах, відповідно до принципів теорії електричних кіл.

Різниця фаз на 120º між трьома фазами є ключовою для правильного та надійного функціонування трифазної системи. Без цього точного фазового співвідношення, система є вразливою до пошкоджень, що може призвести до перебоїв у поставці електроенергії, відмов обладнання та потенційних небезпек.

Типи з'єднань у трифазній системі

Трифазні системи можна конфігурувати двома основними способами: зірковим з'єднанням та дельта-з'єднанням. Кожен з цих методів з'єднання має відмінні характеристики та застосування, які деталізовані нижче.

Зіркове з'єднання

Зіркове з'єднання, також відоме як Y-з'єднання, використовує чотири дроти: три фазові провідники та один нейтральний провідник. Цей тип з'єднання особливо добре підходить для довговідстанної передачі електроенергії. Наявність нейтральної точки є ключовою перевагою. Вона служить шляхом для незбалансованих струмів, дозволяючи їм безпечний відток до землі. Ефективно обробляючи ці незбалансовані струми, зіркове з'єднання допомагає підтримувати загальну балансуваність електричної системи, зменшуючи ризик перенавантаження та забезпечуючи стабільну доставку електроенергії на великі відстані.

У трифазній системі зіркового з'єднання доступні два різні рівні напруги: 230 В та 440 В. Зокрема, напруга, виміряна між одним фазовим провідником та нейтральним, становить 230 В, тоді як напруга між будь-якими двома фазовими провідниками становить 440 В. Ця подвійна характеристика напруги робить зіркове з'єднання універсальним для різних електричних застосувань, задовольняючи как низьковольтові домашні, так і високовольтові промислові потреби.

Дельта-з'єднання

Дельта-з'єднання, навпаки, використовує лише три дроти і не має нейтральної точки, як показано на малюнку нижче. Одна з визначальних характеристик дельта-з'єднання полягає в тому, що лінійна напруга дорівнює фазній напрузі. Ця конфігурація спрощує електричну установку в деяких сценаріях, особливо коли відсутність нейтрального дроту є прийнятною, а дизайн системи вигідно користується прямою еквівалентністю лінійної та фазової напруг.

З'єднання навантажень у трифазних системах

У трифазній електричній системі навантаження можна з'єднати або в зірковому (Y), або в дельта-конфігурації (Δ). Ці два методи з'єднання мають відмінні електричні характеристики та застосування. Діаграми нижче ілюструють, як трифазні навантаження з'єднуються як у дельта-, так і у зірковій конфігурації, надаючи чіткий візуальний зображення їх структурних відмінностей та електричних поведінок.

У трифазній електричній системі навантаження можна класифікувати як збалансоване або незбалансоване. Трифазне навантаження вважається збалансованим, коли три окремі навантаження (представлені опорами) Z1, Z2 та Z3 мають однакові величини та кути фаз. При таких збалансованих умовах, не тільки всі фазові напруги мають однакові величини, але й лінійні напруги також мають цю характеристику рівності величин. Ця симетрія напруг та опорів призводить до більш стабільного та ефективного електричного функціонування, зменшуючи втрати енергії та забезпечуючи рівномірне розподілення електричної енергії по системі.