جریان سه فاز در مداری که سیم بندی القاء شونده آن (آرمیچر) از سه دسته سیم پیچ جدا که هر کدام نسبت به هم 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز دارند تهیه می شود.

انواع اتصال در سیستم سه فاز

در سیستم سه فاز معمولاً‌ از سه نوع اتصال استفاده می شود :

الف- اتصال ستاره

ب- اتصال مثلث

ج- اتصال مختلط

-محاسبه جریان و ولتاژ در اتصال ستاره

همانطور که می دانیم در اتصال ستاره اختلاف سطح هر فاز با سیم نول ولتاژ فازی (UP) و اختلاف سطح هر فاز با فازی دیگر ولتاژ (Ul) را تشکیل می دهند. مقدار ولتاژ خط از مجموع دو ولتاژ فازی بدست می آید. به همین جهت برای بدست آوردن مقدار Ul باید برآیند دو ولتاژ فازی را رسم و مقدار آن را محاسبه نماییم. بدین ترتیب که یکی از بردارها را در امتداد و به اندازه خودش رسم کرده و سپس بردار را با بردار پهلویش رسم می کنیم. رابطه روبرو برقرار است :

UL=(√3)UP

اما جریانی که از هر کلاف عبور می کند همان جریان خط می باشد. یعنی در اتصال ستاره جریان خط مساوی جریان فاز است .             IL=IP

-محاسبه جریان و ولتاژ در اتصال مثلث

در این روش کلافهای مصرف کننده یا مولد به شکل مثلث قرار می گیرند. همانطور که می دانیم ولتاژ خط UL در اتصال مثلث همان ولتاژی است که در دو سر کلاف قرار دارد یعنی در اتصال مثلث ولتاژ خط برابر با ولتاژ فاز است :              UL = UP

اما جریانی که از هر خط می گذرد مجموع برداری جریان دو کلاف بعدی است. پس جریان هر خط 73/1 برابر جریان هر فاز است :             

 IP=(√3)IL

جریان هر خط 73/1 برابر جریان هر فاز است :             

-اتصال مختلط ترکیبی از اتصالهای ستاره و مثلث می باشد.

توان در مدارهای سه فاز

در یک اتصال سه فاز توان کل از مجموع توانهای هر فاز بدست می آید :

P = P₁+P₂+P₃    

اگر بار متعادل باشد داریم :     

P₁ = P₂ = P₃ = Pph

پس توان کل می تواند سه برابر توان هر فاز باشد :     

P = 3Pph

P = Up.lp.COSφ

در اتصال ستاره توان بصورت زیر بدست می آید :

  UP=(√3)UL              و            ip=iL

P=(√3)IL.UL.Cosφ

در اتصال مثلث هم رابطه بالا صادق می باشد.

روشهای اندازه گیری توان

معمولاً برای اندازه گیری در سیستم سه فاز از دو روش زیر استفاده می کنند :

الف- روش چهار سیم (3 واتمتری)

ب- روش سه سیم (2 واتمتری)

الف- روش چهار سیم :

در این روش با استفاده از 3 واتمتر که سر راه هر فاز قرار می گیرد و سیم نول توان هر فاز جداگانه اندازه گیری شده و مجموع این سه واتمتر توان کل می باشد. اگر بار کاملاً متعادل باشد هر سه واتمتر دارای مقادیر مساوی می شوند. پس در یک بار متعادل فقط از یک واتمتر هم می توان استفاده کرد.

ب- روش سه سیم :

در این روش بدون سیم نول عمل می شود. دو واتمتر که هر کدام بین دو فاز قرار می گیرد البته فاز وسط برای فازهای اول و سوم مشترک است توان کل از مجموع دو واتمتر بدست می آید.

مزایای سیستم سه فاز

1-  در جریان تکفاز مقدار قدرت لحظه ای در قسمتهایی به صفر می رسد اما در جریان سه فاز هیچگاه توان لحظه ای صفر نمی شود چون اگر یکی از فازها مقدارش به صفر برسد فازهای دیگر دارای مقادیر هستند.

2-  راه اندازی موتورهای آسنکرون : می دانیم که برای گردش موتورهای آسنکرون احتیاج به میدان دوار است که این میدان با جریان تکفاز ساخته نمی شود.

3-   تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم : دامنه یکسو در تبدیل سیستم سه فاز به جریان مستقیم دارای ضربان کمتری نسبت به جریان یکسو شده توسط جریان متناوب تکفاز بوده و ضریب بهره آن زیاد است.

عایق کابلها

برای پوشش عایقی سیم ها از پلاستیک / لاستیک و یا از کاغذ استفاده می شود. امروز کابل با عایق پلی وینل pvc بیشتر از کابلهای دیگر بکار می رود. عایق دیگری بنام پلی اتیلن نیز وجود دارد. عایق اکثر کابلهای جریان قوی از کاغذ آغشته به روغن تهیه می شود.

از عایق لاستیکی در جاهایی که احتیاج به چرخش زیاد باشد نیز استفاده می کنند.

ساختمان کابلهای فشار قوی و حفاظت آنها :

قسمت اصلی ساختمان کابلها هادی و عایق آن است. ضمناً کابل را باید در مقابل پدیده های زیر حفاظت نمود :

الف- حفاظت در مقابل فشار و ضربه های مکانیکی

ب- حفاظت در مقابل زنگ زدگی و اکسید شدن هادی

پ- حفاظت در مقابل اثرات شیمیایی و پوسیدگی

ت- حفاظت در مقابل اثرات میدان الکتریکی و اتصال کوتاه شدن و میدان های خارجی و جریان زیاد

علایم اختصاری کابلها

علایم اختصاری کابلهای لاستیکی و پلاستیکی به شرح زیر است :

بعد از حروف اختصاری تعداد سیم های داخل کابل و مقطع آنها با عدد مشخص و نوع مقطع با حروف زیر تعیین می شود :

r : مقطع گرد        s : مقطع مثلثی        e : هادی یک رشته ای       m : هادی چند رشته ای

معمولاً ولتاژ نامی فازی را با Vo و ولتاژ خطی را با حرف V بعد از علامات اختصاری ذکر می کنند.

مثال : مشخصات کابل زیر را بخوانید.                           NYY       3*50+ 25 sm

(0/6 / 1kv)                                                                                                      

کابل سه فاز با هادی مسی به مقطع 50 میلی متر مربع و سیم نول به مقطع 25 میلی متر مربع با مقطع مثلثی چند رشته ای با عایق و غلاف پروتودور (pvc) برای ولتاژ 6/0 کیلو وات فازی و 1 کیلو ولت خطی بدون محافظ. چون این کابل دارای نوار محافظ نیست در جایی مصرف می شود که هیچگونه فشار مکانیکی به آن وارد نشود.

فیوز

از فیوز برای محافظت سیم و کابل ودستگاههای اندازه گیری؛ ترانسفورماتور؛ ماشینهای الکتریکی و دیگر مصرف کننده ها در مقابل جریانهای اضافی و اتصال کوتاه استفاده می شود. البته فیوز در جایی بکار می رود که ارزش نصب یک رله و یا یک کلید جریان را نداشته باشد.

فیوزها براساس مقدار ولتاژ و نوع ساختمان قطع کننده شان به انواع زیر تقسیم می شوند :

الف- فیوز حرارتی ذوب شونده

ب- فیوز حرارتی (بی متال)

پ- فیوز مغناطیسی

ت- فیوز توان بالا NH

ث- فیوز فشار قوی HH

الف- فیوزهای حرارتی ذوب شونده :

در فیوز ذوب شونده یک سیم حرارتی وجود دارد که سر راه جریان بسته می شود و در اثر عبور جریان زیاد گرم شده و در درجه حرارت معینی ذوب می شود و مدار را قطع می کنند جرقه ای که در زمان قطع ایجاد می شود باعث سوختن وسیاه شدن کنتاکت و عایق های اطراف می شود که بایستی برطرف گردد.

برای برطرف نمودن اثر جرقه سیستم حرارتی را در داخل یک فشنگ چینی یا سفالی عبور می دهند و اطراف سیم را با ذرات کوارتز پر می کنند جرقه ایجاد شده در اثر قطع توسط براده کواتز خنک شده و از بین می رود.

برای تشخیص فیوز ساخته از پولک نشانه استفاده می کنند. این پولک توسط سیم نازکی محکم شده است.

این سیم نازل در هنگام ذوب شدن سیم داخل فیوز پاره شده و پولک توسط نیروی فنر کوچک که در زیر آن قرار گرفته قدری به خارج پرتاب می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. ضمناً رنگ پولک فیوز نشان دهنده جریان اسمی فیوز است. (جدول1-1)                                 

ب-فیوز حرارتی بی متال

فیوز حرارتی بی متال برای حفاظت در مقابل بار اضافی مدار را قطع می کند. بی متال در مقابل حرارت ناشی از بار اضافی لحظه ای تغییر شکل داده و باعث قطع مدار می شود.

پ-فیوز مغناطیسی

فیوزهای مغناطیسی نیز تابع شدت جریان هستند. در اثر بروز اضافه بار میدان مغناطیسی سیم پیچی فیوز قوی شده و براساس خاصیت جذب یک هسته آهنی مدار را قطع می کند. در این فیوزها زمان قطع خط را می توان بوسیله فنر تنظیم کرد. در بین فیوزهای مغناطیسی فیوز سریع نیز وجود دارد که قطع مدار در زمان معینی تنظیم نمی شود بلکه فیوز با عبور جریان بیشتر از نامی خط فوراً قطع می گردد.

ت- فیوز توان بالا

در شبکه های فشار ضعیف با توان زیاد از فیوزهای NH استفاده می شود. این فیوزها دارای دسته ای می باشند که توسط آن فیوزها در جای خود می اندازند و یا خارج می کنند و به آن فیوزکش گویند.

ث- فیوز فشار قوی

فیوزهای H.H برای فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند و خیلی بلندتر از فیوزهای معمولی تا 500 ولت است. برای حفاظت ترانسفورماتورهای توزیع و اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند.

فیوز H.H فقط در جایی بکار برده می شود که قدرت اتصال کوتاه از MVA400 تجاوز نکند. ساختمان فیوز H.H شبیه فیوز فشار ضعیف است. در داخل یک لوله چینی یا فیبری بزرگ سیم فیوز بصورت مارپیچ قرار گرفته و در دو انتها به دو کلاهک فلزی محکم شده است. سیم فیوز بطور آزاد در داخل براده کوارتز قرار گرفته یا مدار در داخل لوله دندانه است و سیم از داخل دندانه ها عبور کرده است. فیوزهای فشار قوی دارای یک سیم فرعی اند که با قطع شدن آن دکمه ای به خارج پرتاب می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. می توان از حرکت این دکمه برای مدار فرعی استفاده کرد که از قطع فیوز در داخل اطاق فرمان اطلاع حاصل کرد.

انتخاب نوع فیوز

برای خطوط ساده فیوزهای ذوب شونده جهت حفاظت کافی است. اما در شبکه های گسترش یافته با مصرف کنندگان صنعتی تنها فیوزهای ذوب شونده کافی نیست. زیرا در صورت سوختن یکی از سه فیوز قبل از دو فیوز دیگر موتور تحت ولتاژ دو فاز باقی مانده و خطر سوختن آن در بین است. باید از فیوز بی متال و مغناطیسی استفاده کرد مقدار فیوز برای کابل یا سیم معلوم با توجه به شدت جریان مجاز عبوری از سیم و جریان نامی فیوز انتخاب می شود.

جداول زیر جریان مجاز سیم و فیوز را مشخص می کنند.

تعیین افت ولتاژ مجاز و انتخاب سطح مقطع هادی

خطوط هادی الکتریسیته در حقیقت مقاومتهای الکتریکی هستند که از آنها جریان عبور می کند. با اتصال مصرف کننده به چنین خطوطی و عبور جریان از آنها در خط افت ولتاژ پدید می آید.

با توجه به قانون اهم :            مقاومت خط ×  جریان مصرفی = افت ولتاژ

                                                            DU = l.R

در انتهای خط ولتاژ به اندازه DU2 کمتر از ولتاژ ابتدای خط است. آنچه که برای مصرف کننده مهم است تامین توان نامی آن است.

برای رسیدن به انی امر باید نکات زیر را درگرفت :

الف- سطح مقطع کابل و در نتیجه مقاومت آن را باید طوری انتخاب کرد که افت توان از حد معینی تجاوز نکند و در ضمن حرارت ایجاد شده در اثر عبور جریان از حد معینی تجاوز نکند.

ب- هادیها باید استحکام مکانیکی کهفی داشته باشند. حداکثر افت ولتاژ به درصد در شبکه های گوناگون مطابق جدول زیر می باشد :

افت ولتاژ قابل در فشار ضعیف برای مصرف کننده های مختلف چنین است :

1-   افت ولتاژ در مورد مصرف کننده های روشنایی 5/1 درصد

2-   افت ولتاژ در مورد مصرف کننده های الکترومغناطیسی مانند موتور و غیره 3 درصد

موازی بستن آلترناتورها :

اتصال یک آلترناتور با آلترناتور دیگر بطور موازی و یا اتصال آلترناتوری به یک شبکه جریان متناوب را عمل سنکرونیزاسیون می نامند. و برای سنکرونیزاسیون مناسب شرایط زیر لازم است :

الف- تساوی ولتاژ موثر آلترناتورها

ب- متناسب بودن سرعت به طوری که فرکانسها باهم برابر باشند.

پ- تساوی فازها