Γιατί 3-Φάση Ρεύμα; Γιατί όχι 6, 12 ή περισσότερες για την Μεταφορά Ρεύματος;

Είναι γνωστό ότι τα μονοφασικά και τριφασικά συστήματα είναι οι πιο διαδεδομένες διατάξεις για τη μεταφορά, κατανομή και εφαρμογές λήψης ενέργειας. Ενώ και τα δύο λειτουργούν ως βασικοί πλαισιοί παροχής ενέργειας, τα τριφασικά συστήματα προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα αντίστοιχα μονοφασικά.

Σημαντικά, πολυφασικά συστήματα (π.χ. 6-φασικά, 12-φασικά κλπ.) βρίσκουν συγκεκριμένες εφαρμογές στην ηλεκτρονική ενέργεια—ιδιαίτερα σε περιθώρια και μεταβαλλόμενες συσκευές συχνότητας (VFDs)—όπου αποτελεσματικά μειώνουν την ροπαλίδα στις παλμικές εξόδους DC. Η επίτευξη πολυφασικών διατάξεων (π.χ. 6, 9 ή 12 φάσεις) ιστορικά απαιτούσε περίπλοκες τεχνικές μετατόπισης φάσης ή σύνολα μοτέρ-γεννήτρια, αλλά αυτές οι προσεγγίσεις παραμένουν οικονομικά ανεφικτές για μεγάλη κλίμακα μεταφοράς και κατανομής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.

Γιατί 3-Φασικό Σύστημα Παροχής Ενέργειας Και Όχι 1-Φασικό;

Το κύριο πλεονέκτημα του τριφασικού συστήματος σε σχέση με το μονοφασικό ή διφασικό σύστημα είναι ότι μπορούμε να μεταφέρουμε περισσότερη (σταθερή και ομοιόμορφη) ενέργεια.

Ενέργεια σε Μονοφασικό Σύστημα

• P =  V . I  . CosФ

Ενέργεια σε Τριφασικό Σύστημα

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … Ή

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

Όπου:

• P = Δύναμη σε Watts

• V_L = Τάση Γραμμής

• I_L = Ρεύμα Γραμμής

• V_PH = Φασική Τάση

• I_PH = Φασικό Ρεύμα

• CosФ = Συντελεστής Δυνάμεως

Είναι εμφανές ότι η δυνατότητα ενέργειας ενός τριφασικού συστήματος είναι 1,732 (√3) φορές υψηλότερη από αυτήν ενός μονοφασικού συστήματος. Σε σύγκριση, μια διφασική παροχή μεταφέρει 1,141 φορές περισσότερη ενέργεια από μια μονοφασική διάταξη.

Ένα κύριο πλεονέκτημα των τριφασικών συστημάτων είναι το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο (RMF), το οποίο επιτρέπει την αυτόματη έναρξη σε τριφασικούς μοτέρ, ενώ εξασφαλίζει σταθερή αμέσως ενέργεια και ροπή. Σε αντίθεση, τα μονοφασικά συστήματα έχουν έλλειψη RMF και εμφανίζουν παλμική ενέργεια, περιορίζοντας την απόδοσή τους σε εφαρμογές μοτέρ.

Τα τριφασικά συστήματα προσφέρουν επίσης υψηλότερη αποδοτικότητα μεταφοράς, με μειωμένη απώλεια ενέργειας και πτώση τάσης. Για παράδειγμα, σε ένα τυπικό ομοιόμορφο περιβάλλον:

Μονοφασικό Σύστημα

• Απώλεια ενέργειας στη γραμμή μεταφοράς = 18I²r … (P = I²R)

• Πτώση τάσης στη γραμμή μεταφοράς = I.6r … (V = IR)

Τριφασικό Σύστημα

• Απώλεια ενέργειας στη γραμμή μεταφοράς = 9I²r … (P = I²R)

• Πτώση τάσης στη γραμμή μεταφοράς = I.3r … (V = IR)

Είναι δείκτης ότι η πτώση τάσης και η απώλεια ενέργειας σε ένα τριφασικό σύστημα είναι 50% χαμηλότερες από αυτές σε ένα μονοφασικό σύστημα.

Οι διφασικές παροχές, όπως και οι τριφασικές, μπορούν να παρέχουν σταθερή ενέργεια, να δημιουργούν RMF (περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο) και να παρέχουν σταθερή ροπή. Ωστόσο, τα τριφασικά συστήματα μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια από τα διφασικά συστήματα λόγω της επιπλέον φάσης. Αυτό θέτει το ερώτημα: γιατί όχι περισσότερες φάσεις όπως 6, 9, 12, 24, 48 κλπ.; Θα συζητήσουμε αυτό λεπτομερώς και θα εξηγήσουμε πώς ένα τριφασικό σύστημα μπορεί να μεταφέρει περισσότερη ενέργεια από ένα διφασικό σύστημα με το ίδιο αριθμό καλωδίων.

Γιατί όχι 2-Φασικό;

Και τα διφασικά και τα τριφασικά συστήματα μπορούν να δημιουργήσουν περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία (RMF) και να παρέχουν σταθερή ενέργεια και ροπή, αλλά τα τριφασικά συστήματα προσφέρουν ένα κύριο πλεονέκτημα: υψηλότερη δυνατότητα ενέργειας. Η επιπλέον φάση σε τριφασικές διατάξεις επιτρέπει τη μεταφορά 1,732 φορές περισσότερης ενέργειας από τα διφασικά συστήματα με το ίδιο μέγεθος συγκόλλητης.

Τα διφασικά συστήματα συνήθως απαιτούν τέσσερα καλώδια (δύο φασικά καλώδια και δύο ουδέτερα) για την ολοκλήρωση των κύκλων. Η χρήση κοινού ουδέτερου για τη δημιουργία ενός τρικαλώδιου συστήματος μειώνει την κατασκευή, αλλά το ουδέτερο πρέπει να μεταφέρει το συνδυασμένο επιστροφικό ρεύμα από και τις δύο φάσεις—απαιτώντας πιο παχύτερα συγκόλλητα (π.χ. χάλκινα) για να αποφευχθεί η υπερθέρμανση. Σε αντίθεση, τα τριφασικά συστήματα χρησιμοποιούν τρία καλώδια για ισορροπημένες φορτίες (διάταξη δέλτα) ή τέσσερα καλώδια για μη ισορροπημένες φορτίες (διάταξη αστέρα), βελτιώνοντας την παροχή ενέργειας και την αποδοτικότητα των συγκόλλητων.、

Γιατί όχι 6-Φασικό, 9-Φασικό ή 12-Φασικό;

Ενώ τα συστήματα με υψηλότερο αριθμό φάσεων μπορούν να μειώσουν τις απώλειες μεταφοράς, δεν είναι ευρέως χρησιμοποιούμενα λόγω πρακτικών περιορισμών:

• Αποδοτικότητα Συγκόλλητων: Τα τριφασικά συστήματα χρησιμοποιούν τους λιγότερους συγκόλλητους (3) για τη μεταφορά ισορροπημένης ενέργειας, ενώ ένα 12-φασικό σύστημα θα χρειαζόταν 12 συγκόλλητους—τετραπλασιάζοντας το κόστος υλικών και εγκατάστασης.

• Επικατάσταση Αρμονικών: Ο γωνιακός διαχωρισμός 120° στα τριφασικά συστήματα ακυρώνει φυσικά τους τρίτους αρμονικούς ροές, εξουδετερώνοντας την ανάγκη για περίπλοκα φίλτρα που απαιτούνται σε συστήματα με υψηλότερο αριθμό φάσεων.

• Περιπλοκότητα Συστήματος: Τα συστήματα με υψηλότερο αριθμό φάσεων απαιτούν επαναμηχανολογημένα συστατικά (μετατροπείς, προστατικά στοιχεία, σύρματα) και μεγαλύτερα υποσταθμικά, αυξάνοντας την περιπλοκότητα σχεδίασης και την επισκευή.

• Πρακτικοί Περιορισμοί: Οι μοτέρ και γεννήτριες με περισσότερες από τρεις φάσεις είναι πιο μεγάλες και δύσκολες να ψύχονται, ενώ οι πύργοι μεταφοράς θα χρειάζονταν μεγαλύτερο ύψος για να φιλοξενήσουν περισσότερους συγκόλλητους.

Το Πλεονέκτημα του Τριφασικού Συστήματος

Τα τριφασικά συστήματα προσφέρουν ιδανικό ισοζύγιο:

• Μεταφέρουν 50% περισσότερη ενέργεια από τα μονοφασικά συστήματα με τους ίδιους συγκόλλητους, ελαχιστοποιώντας τις απώλειες.

• Η διάταξη 120° φάσης ισορροπεί τις φορτίες και ακυρώνει τις αρμονικές χωρίς πρόσθετη περιπλοκότητα.

• Εξασφαλίζουν την προσαρμογή σε διάταξη δέλτα (ισορροπημένες φορτίες) και σε διάταξη αστέρα (μη ισορροπημένες φορτίες), υποστηρίζοντας διάφορες ανάγκες ενέργειας.

Τα συστήματα με υψηλότερο αριθμό φάσεων παρέχουν μειωμένα πλεονεκτήματα—κάθε επιπλέον φάση αυξάνει το κόστος εκθετικά, παρέχοντας μετριασμένα πλεονεκτήματα. Γι' αυτό, η τριφασική τεχνολογία παραμένει η παγκόσμια πρότυπη λύση για τη μεταφορά ενέργειας, εξισορροπώντας αποδοτικότητα, απλότητα και οικονομική βιωσιμότητα.