آشنایی با سیستم‌های تک فاز و سه فاز موضوعی هست که در این مقاله در موردش صحبت می کنیم. سیستم‌های قدرت یکی از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین اجزای الکتریکی هستند که در جهت انتقال انرژی الکتریکی از مرحله تولید تا مصرف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
از جمله کاربردهای سیستم قدرت در شبکه‌های الکتریکی، تولید برق به کمک ژنراتورها و مولد‌های برق است. سیستم انتقال، برق تولیدی را از مراکز تولید به مراکز توزیع بار و سیستم توزیع، فرآیند رساندن برق به مصرف کننده‌ها را به عهده دارد.
پیچیدگی و گستردگی این سیستم‌ها باعث شده است که ساخت آن‌ها هزینه زیادی داشته باشد.
یکی از ساده‌ترین راه‌های صرفه جویی در مصرف برق آشنایی با سیستم‌های الکتریکی تک فاز و سه فاز و همچنین تفاوت آن‌ها می‌باشد که در این مقاله به بررسی آن خواهیم پرداخت.
دسته بندی منابع تغذیه جریان متناوب
منبع تغذیه جریان متناوب را می‌توان به برق تکفاز و سه فاز طبقه بندی کرد.
برق تکفاز:
برق تکفاز رایج‌ترین شکل انتقال جریان متناوب (Alternating current) AC است. از آنجایی که نیازهای برق مسکونی معمولاً بسیار کمتر از نیازهای برق تجاری و صنعتی است، از برق تکفاز که دو سیم فاز و نول دارد استفاده می‌شود. سیم فاز جریان را حمل می‌کند در حالی که سیم نول (خنثی) مسیری برای بازگشت جریان را فراهم می‌کند. ولتاژ برق تک فاز معمولاً ۲۲۰ ولت می‌باشد و فرکانس آن تقریباً ۵۰ هرتز است.
تعداد رشته‌های کابل در سیستم تکفاز :
کابل ۲ رشته ایی :
از کابل تکفاز ۲ رشته معمولا در منازل مسکونی و لوازم خانگی کم مصرف مانند اتو، جارو برقی، تلویزیون و….. استفاده می‌شود که یکی از رشته‌ها به عنوان هادی فاز و دیگری هادی نول (خنثی) می‌باشد.
کابل ۳ رشته ایی:
از کابل تکفاز ۳ رشته برای اتصال دستگاه‌های با توان بیشتر مانند دستگاه‌های تهویه، ماشین لباسشویی، یخچال و. . استفاده می‌شود و شامل یک رشته هادی فاز، یک رشته هادی نول (خنثی) و یک رشته هادی ارت (سیم اتصال زمین) می‌باشد.
برق سه فاز:
از کاربردهای گسترده منبع تغذیه ۳ فاز می‌توان به تولید برق توسط ژنراتورها، انتقال برق به وسیله ترانسفورماتورهای افزاینده و کاهنده و نیز توزیع برق به خطوط کارخانجات صنعتی، موتورهای الکتریکی و غیره اشاره نمود. این منبع تغذیه بدلیل استفاده از سه رشته سیم فاز در تولید برق، ولتاژ بالاتری را می‌تواند انتقال دهد و چون بار مصرفی به طور مساوی بین سه فاز تقسیم می‌شود باعث کاهش تلفات و بالا بردن کارایی سیستم‌های قدرت می‌شود.
تعداد رشته‌های کابل در سیستم سه فاز :
کابل ۳رشته ایی :
این سیستم دارای ۳ رشته فاز می‌باشد و عموما در کاربردهای صنعتی برای تامین انرژی ماشین آلات بزرگ، خطوط تولید صنعتی، موتورهای الکتریکی و سایر دستگاه‌ها با توان مصرفی بالا استفاده می‌شود. همچنین به دلیل عدم وجود هادی نول (خنثی) فقط برای بارهای سه فاز متعادل (اتصال مثلث) مناسب هستند.
کابل ۴رشته ایی:
این سیستم تغذیه شامل ۳ رشته فاز و یک رشته نول (خنثی) است.کابل‌های سه فاز ۴ رشته عمدتا در منازل و ساختمان‌های تجاری استفاده می‌شود و امکان توزیع یکنواخت انرژی الکتریکی را فراهم می‌کند و تلفات برق را کاهش می‌دهد.
کابل ۵ رشته ایی:
این سیستم تغذیه شامل ۳ رشته فاز، یک رشته نول (خنثی) و یک رشته هادی ارت (سیم اتصال زمین) است. کابل‌های ۳ فاز ۵ سیمه امنیت و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کنند و برای سیستم‌های فشار ضعیف مناسب هستند.
انواع اتصال مدار در منبع تغذیه ۳ فاز:
اتصال مثلث:
اتصال مثلث دارای ۳ فاز می‌باشد که اغلب با نام‌های فاز ۱، فاز ۲ و فاز ۳ مشخص می‌شود. در این نوع اتصال به دلیل آن که هر کدام از فازها با هم ۱۲۰ درجه اختلاف فاز دارند به نول برای ایجاد اختلاف پتانسیل نیاز نیست، اختلاف پتانسیل خط برابر با اختلاف پتانسیل هر فاز به تنهایی می‌باشد و برآیند جریان آن‌ها صفر می‌باشد. در این نوع اتصال فاز فقط می‌توانند برق ۳۸۰ ولت را تامین کنند و عمدتا برای مسافت‌های کوتاه از آن استفاده می‌شود.
اتصال ستاره :
در اتصال مثلث بارها به صورت متعادل بین فازها تقسیم شده است ولی اگر در مرحله توزیع برق به هر دلیلی این تعادل بر هم بخورد باعث آسیب رساندن به مصرف‌کننده می‌شود، لذا از اتصال ستاره که دارای یک نقطه خنثی هم است استفاده می‌شود. همچنین در این حالت می‌توانیم برق سه فاز را به تکفاز تبدیل و از هر فاز و سیم نول جداگانه استفاده نماییم.این نوع اتصال می‌تواند هم برق ۳۸۰ ولت و هم ۲۲۰ ولت را تامین کند و عمدتا برای مسافت‌های طولانی از آن استفاده می‌شود.
قابل توجه است بدلیل این که اکثر دستگاه‌های الکتریکی دارای بدنه فلزی هستند برای جلوگیری از مشکلات برق گرفتگی از یک رشته سیم ارت نیز استفاده می‌کنند.
درنتیجه در سیستم‌های سه فا زمی توان از کابل‌های ۳، ۴ و ۵ رشته استفاده کرد.
تفاوت بین برق تک فاز و سه فاز چیست؟
سیم کشی مورد نیاز در منبع تغذیه: منبع تغذیه تک فاز برای انتقال جریان، تنها به دو سیم، فاز و نول (خنثی) نیاز دارد.در صورتی که یک منبع تغذیه سه فازحداقل به سه سیم فاز و یا چهار سیم که ۳ سیم آن فاز و یک سیم آن نول( خنثی)است احتیاج دارد.
ولتاژ: یک منبع تغذیه تکفاز حداکثرتا ولتاژ ۲۳۰ ولت کار می‌کند، در حالی که منبع تغذیه سه فاز حداکثر تا ولتاژ ۴۱۵ ولت کار می‌کند.
محل استفاده: برق تکفاز در منازل مسکونی و مصارف خانگی کاربرد دارد. در حالی که برق ۳ فاز عموما”در مجتمع‌های تجاری، کارخانجات و کارگاه‌های صنعتی استفاده می‌شود.
هزینه‌های اقتصادی: در یک سیستم سه فاز کابل کمتری برای انتقال توان الکتریکی نسبت به سیستم‌های تک فاز یا جریان مستقیم (DC) با ولتاژ یکسان استفاده می‌شود. هزینه ساخت ماشین‌های سه فاز در مقایسه با ماشین‌های تکفاز، پایین‌تراست و همچنین هزینه برق سه فاز برای راه اندازی دستگاه‌های صنعتی نیز ارزان‌تر از برق تکفاز است.
پایداری :در سیستم تک فاز بدلیل استفاده از یک فاز اگر به هر دلیلی مشکلی برای مدار پیش بیاید سیستم نمی‌تواند به کار خود ادامه بدهد. ولی زمانی که از برق سه فاز استفاده می‌شود اگردر سیستم اختلالی پیش بیاید و یکی از فازها قطع شود مدار با دو فاز دیگر تقریبا” به کار خود ادمه می‌دهد.
نتیجه‌گیری:
در این مقاله از وبلاگ سیم و کابل سیمیا به آشنایی با سیستم‌های تکفاز و سه فاز پرداختیم. در مصارف صنعتی و تجاری، بدلیل استفاده از الکتروموتورها از برق سه فاز استفاده می‌شود ولی در منازل مسکونی و اداری از برق تکفاز استفاده می‌شود به جز در مواردی مانند موتورآسانسورها و یا پمپ فشار آب داخل ساختمان که به برق بیشتری نیاز است، از برق سه فاز استفاده می‌شود. استفاده از برق سه فاز هم از لحاظ اقتصادی و هم عملکردی بهینه‌تر از تکفاز می‌باشد. همچنین تجهیزات سه فاز اغلب به مشتریانی که انتظار ساعات کار طولانی‌تری از منبع برق دارند توصیه می‌شود.
