می‌توان گفت که برق سه فاز برای صنعت مثل اکسیژن برای انسان می‌ماند. در برق سه فاز از ۳ سیم با ولتاژ برابر استفاده می‌کنند و بین هر کدام از این ۲ سیم، ۱۲۰ درجه اختلاف فاز وجود دارد که جریان الکتریکی را برقرار می‌کند. در ادامه مقاله با ما همراه باشید تا به طور کامل‌تر در این باره صحبت کنیم.
برق سه فاز چیست؟
جریان الکتریکی به ۲ شکل مستقیم (DC) و متناوب (AC) تولید می‌شود. به عنوان مثال، برق مورد استفاده در ساختمان‌های مسکونی، برق متناوب است. برقراری جریان مستقیم بدین شکل صورت می‌گیرد که الکترون‌ها به شکل پیوسته جریان الکتریکی را برقرار کرده و وسیله الکتریکی را راه‌اندازی می‌کنند. برای نمونه، راه‌اندازی باتری ماشین و آداپتورها به همین شکل است.
از آنجایی که نمی‌توان برای دستگاه‌های الکترونیکی خانگی یا صنعتی از برق جریان مستقیم استفاده کرد، باید به سراغ برق جریان متناوب برویم. جریان متناوب به صورت رفت و برگشتی است و پیاپی قطع و وصل می‌شود.
برق سه فاز از نوع جریان متناوب است. سه فاز از ۳ سیم با جریان ۲۲۰ ولت ایجاد می‌شود. نکته مهمی که باید بدانید، حذف سیم نول از جریان برق ۳ فاز است. در برق تک فاز از سیم نول برای ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو سر اتصال نول و فاز استفاده می‌شود تا جریان الکتریکی برقرار گردد. اما در برق ۳ فاز، از ۲ سیم با جریان ۲۲۰ ولت و تفاوت فاز ۱۲۰ درجه استفاده می‌شود. در این حالت، دیگر به سیم نول نیازی نخواهد بود و جریان الکتریسیته هم به صورت پیاپی قطع و وصل نمی‌شود. در واقع می‌توان گفت که در برق سه فاز همانند برق جریان مستقیم، الکترون‌ها همواره از دستگاه الکترونیکی عبور می‌کنند. بدین ترتیب، از برق ۳ فاز برای راه‌اندازی ماشین‌های الکتریکی بزرگ، موتورهای الکتریکی، الکترو پمپ‌ها، کمپرسورهای صنعتی، آسانسورها یا سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی و … استفاده می‌شود.
برق سه فاز و برق تک فاز چه تفاوت‌هایی دارند؟
اصلی‌ترین تفاوت برق ۳ فاز و برق تک فاز در مسائل اقتصادی است؛ هزینه برق ۳ فاز برای راه‌اندازی دستگاه‌های صنعتی، بسیار ارزان‌تر از برق تک فاز است. ناگفته نماند که حتی دستگاه‌هایی که با برق سه فاز کار می‌کنند نسبت به دستگاه‌هایی از برق تک فاز استفاده می‌کنند، بسیار ارزان قیمت‌تر هستند.
مهم‌ترین تفاوت‌های برق ۳ فاز و برق تک فاز به شرح زیر هستند:
- برقراری توان ثابت: در استفاده از برق سه فاز، دستگاه توان ثابتی به مصرف‌کننده ارائه می‌دهد. در حال که در برق تک فاز، به دلیل متناوب بودن جریان، توان لحظه‌ای به شکل پیوسته تغییر می‌کند. برقراری توان ثابت، نویز دستگاه و میزان سر و صدای آن را کاهش می‌دهد.
- برق سه فاز ارزان‌تر از برق تک فاز است: هرچه در خطوط انتقال، ولتاژ بالاتر باشد، اتلاف انرژی پایین‌تر خواهد بود.
- کاهش رشته سیم‌های مورد نیاز: در برق سه فاز، به چهار رشته سیم نیاز خواهیم داشت که سه سیم آن فاز و یک سیم نول است. البته باید بگوییم که در خطوط انتقال با ولتاژ بالا می‌توان سیم نول را حذف کرد و از سه سیم فاز استفاده نمود. در حالی که برای برق تک فاز به چند رشته زوج سیم نیاز داریم.
برای اطلاع بیشتر در مورد مبحث برق تک فاز روی لینک کلیک کنید.
مزایای برق سه فاز چیست؟
همان‌طور که با تفاوت‌های ۳ فاز و تک فاز آشنا شدیم، دریافتیم که ۳ فاز مزیت‌هایی نسبت به نوع تک فاز دارد. این مزیت‌ها را می‌توان به صورت زیر بیان کرد:
- مقدار قدرت لحظه‌ای در برق تک فاز، در قسمت‌هایی به صفر می‌رسد؛ اما در برق ۳ فاز هیچ‌وقت این اتفاق نمی‌افتد.
- راه‌اندازی موتورهای آسنکرون، برای راه‌اندازی موتورهای آسنکرون به میدان دوار نیاز داریم که تک فاز قادر به ساخت این میدان نیست؛ اما برق ۳ فاز به راحتی می‌تواند میدان دوار ایجاد کند. در برق ۳ فاز، با وجود اختلاف پتانسیل بین فازها می‌توان یک میدان دوار مغناطیسی ایجاد کرد و ساخت موتورهای القایی بسیار ارزان‌تر خواهد بود.
- تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم توسط سه فاز.
- در برق ۳ فاز در مرحله انتقال می‌توانیم از آلومینیوم و مس کمتری در هادی‌های خط استفاده کنیم. بدین ترتیب، هزینه‌ها کاهش می‌یابند؛ به این دلیل که در بار متعادل به جای مصرف ۶ هادی، فقط از ۳ هادی استفاده می‌شود.
چطور می‌توان از برق سه فاز استفاده کرد؟
از دو روش استفاده می‌شود؛ روش ستاره‌ای و مثلثی. استفاده یا عدم استفاده از سیم نول، تفاوت بزرگ این دو روش است.
روش ستاره‌ای
در روش ستاره‌ای، یک نقطه خنثی یا نول در جریان استفاده می‌شود. در نتیجه، جریان خط با جریان فاز برابر می‌شود؛ اما ولتاژ خط سه برابر ولتاژ فاز می‌گردد. مزیت استفاده از روش ستاره‌ای در راه‌اندازی روتور است. در واقع می‌توان گفت که روش ستاره‌ای برای استارت اولیه موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان مصرفی در این نوع، کمتر خواهد بود.
روش مثلثی
سیم نول در روش مثلثی، جایی ندارد و از مدار حذف می‌شود. در این روش از سه سیم فاز برای برقراری جریان الکتریسیته استفاده می‌شود. روش مثلثی، شدت جریان در مدار را افزایش می‌دهد. همچنین گفتنی است که ولتاژ خط با سر فاز، برابر خواهد بود. پس از استارت موتور و قرار گرفتن آن در مدار، روش مثلثی می‌تواند توان و قدرت موتور را افزایش دهد.
چرا برق سه فاز نول ندارد؟
در برق تک فاز به این دلیل از سیم نول استفاده می‌شود که برای روشن کردن مصرف‌کننده به یک اختلاف پتانسیل نیاز است و یک سیم فاز به تنهایی نمی‌تواند این اختلاف پتانسیل را ایجاد کند. بدین ترتیب با استفاده از یک سیم نول، این اختلاف پتانسیل در تک فاز ایجاد می‌شود.
با این حال، در این نوع برق به سیم نول برای ایجاد اختلاف پتانسیل نیازی نیست؛ چرا که مصرف‌کننده‌ها به طور مستقیم به ۳ فاز وصل شده و با همان اختلاف پتانسیل بین فازها راه‌اندازی می‌شوند. به همین دلیل در سیم ۳ فاز نیازی به سیم نول نیست.
ناگفته نماند که برای استفاده از برق سه فاز به عنوان تک فاز می‌توانیم از یک سیم نول استفاده کنیم؛ اما باید به این نکته توجه داشته باشید که جریان‌های کشیده شده توسط هر فاز را باید به طور یکسان بین هر فاز تقسیم کنید تا سیستم سه فاز از حالت تعادل خارج نشود و هزینه برق خیلی بالا نرود.
منظور از دو فاز شدن چیست؟
در شبکه برق سه فاز ممکن است به هر دلیلی، یکی از فازها قطع شود که به اصطلاح به آن شبکه دو فاز می‌گویند. این مشکل می‌تواند ناشی از قطعی در داخل کابل ورودی یا در آمدن یکی از فازها از زیر ترمینال باشد. همچنین این مشکل می‌تواند به خود شبکه مرتبط باشد که در این صورت باید با اداره برق تماس گرفت و مشکل را با آن‌ها مطرح کرد.
قطع شدن یکی از فازها می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به مصرف‌کننده‌های این نوع برق وارد کند که برای محافظت از این مصرف‌کننده‌ها باید از تجهیزات حفاظتی مربوطه استفاده کرد.
به عنوان مثال، اگر یکی از فیوزهای ۳ فاز خراب شود. در نتیجه، این خرابی باعث قطع شدن یکی از فازها گردد و ما از تجهیزات حفاظتی استفاده نکرده باشیم، جریان هر کدام از سیم‌پیچ‌های موتور که دارای فاز هستند، افزایش پیدا کرده و موتور داغ می‌شود. در نهایت موتور می‌سوزد. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات محافظتی در برق ۳ فاز بسیار اهمیت دارد.
جا به جایی فازها به چه معنی است؟
همان‌طور که گفتیم، ۳ فاز، ۳ رشته سیم دارد که هر کدام با هم ۱۲۰ درجه اختلاف فاز دارند؛ یعنی اولی نسبت به دومی ۱۲۰ درجه و دومی نسبت به سومی ۱۲۰ درجه اختلاف فاز دارند. به همین دلیل، هر کدام از این فازها را با یک نام می‌شناسیم؛ مانند R,S,T یا L1,L2,L3. به این فرآیند توالی فاز گفته می‌شود. برای بهره‌برداری از آن باید این توالی رعایت شود. رعایت نکردن این توالی می‌تواند خساراتی به مصرف‌کننده‌وارد کند که غیرقابل جبران است.
برای مثال، فرض کنید که یک موتور ۳ فاز با سرعت ۲۵۰۰ دور در دقیقه و به صورت راستگرد، در حال چرخش است. حال چه می‌شود اگر به طور ناگهانی جای دو فاز با هم عوض گردد؟ حداقل اتفاقی که برای موتور می‌افتد این است که ضربه شدیدی به تجهیزات مکانیکی آن وارد می‌شود. گفتنی است که این ضربه می‌تواند عمر موتور را به شدت کاهش داده یا باعث سوختن آن شود.
در ادامه می‌خواهیم به معرفی برخی از تجهیزات مهم در این صنعت بپردازیم:
تجهیزات برق سه فاز
تجهیزاتی که استفاده می‌کنیم که به شرح زیر هستند:
ترانس جریان:
ترانس جریان از جمله تجهیزاتی است که میزان جریان ورودی اولیه ۱۰۰ تا ۶۵۰ آمپر و خروجی ۵ آمپر را پشتیبانی می‌کند. ترانس جریان سری و مدل‌های و برند‌های مختلفی دارد. این ترانس را می‌توان روی تابلو برق نصب کرد. ترانس جریان کلاس دقت ۰٫۵ تا ۱ دارد.
کنترل بار:
دومین وسیله مهمی که باید در تجهیزات ۳ فاز قرار بگیرد، کنترل بار است که وظیفه محافظت از موتورهای الکتریکی در برابر جریان اضافی را دارد. کنترل بار در صورتی که جریان مدار بیش از مقدار تعیین شده باشد، خیلی سریع جریان را قطع می‌کند.
کنترل فاز:
یکی دیگر از تجهیزات مهم سه فاز، کنترل فاز است که نقش محافظتی در مدار ایفا می‌کند. این وسیله وظیفه حفاظت از الکتروموتور را بر عهده دارد و از موتور در برابر اختلاف جریان محافظت می‌کند.
کابل مناسب برای برق ۳ فاز
باید دو پارامتر را در نظر گرفت؛ جریانی که قرار است از شبکه کشیده شود و طول مسیر انتقال و محاسبه افت ولتاژ در مسیر. با توجه به تخمین جریان مجاز و محاسبات افت ولتاژ بر اساس متراژ مسیر، می‌توانیم با استفاده از جدول جریان‌های مجاز، سطح مقطع کابل را به دست بیاوریم.
کنترل فاز چیست و در چه صورتی عمل می‌کند؟
کنترل فاز یکی از همین تجهیزاتی است که باید داخل تابلو قرار بگیرد. وظیفه کنترل فاز، حفاظت از موتور در برابر اختلالات ولتاژ است.
در واقع، هر زمانی که اختلالاتی در ولتاژ مانند قطع شدن یکی از فازهای سه فاز یا به عبارت دیگر دو فاز شدن شبکه، جا به جایی فازها و از توالی خارج شدن آن‌ها، نامتقارن شدن فازها و نوسان برق مثل بالا رفتن یا پایین آمدن ولتاژ بیش از حد مجاز رخ دهد، کنترل فاز سریعاً وارد عمل می‌شود. کنترل فاز در چنین شرایطی اجازه نمی‌دهد به موتور آن آسیبی وارد شود و جریان برق موتور را قطع می‌کند.
سخن پایانی
همان‌طور که گفتیم سه فاز درست همانند تک فاز، جریان متناوب است؛ اما تفاوت‌هایی باهم دارند! در ۳ فاز به سیم نول برای برقراری جریان الکتریکی نیازی نیست. در ۳ فاز، تفاوت ۱۲۰ درجه‌ای در مدار جریان باعث برقراری جریان می‌شود. از این نوع برق، بیشتر در مراکز صنعتی و خطوط انتقال استفاده می‌شود. البته ناگفته نماند که این روزها در ساختمان‌های مسکونی هم از برق ۳ فاز استفاده می‌شود؛ برای راه‌اندازی آسانسورها یا سیستم‌های تهویه هوای مرکزی. استفاده از برق ۳ فاز مقرون به صرفه‌تر از نوع تک فاز است و توان ثابتی را برای مصرف‌کننده فراهم می‌‌آورد که در نتیجه نرخ بهره‌وری بالا رفته، سروصدا و لرزش‌های دستگاه کاهش می‌یابد. به همین دلیل است که استفاده از ۳ فاز در صنایع مختلف در اولویت قرار دارد.
فراموش نکنید که رفع مشکلات برقی و تمامی خدمات مربوط به برق به تخصص و تجربه فراوان نیاز دارد. شرکت ویپان با بهره‌گیری از کادری مجرب و متخصص، همه خدمات برق سه فاز را ارائه می‌دهد. امیدواریم که در این مطلب، اطلاعات کاملی در مورد ۳ فاز ارائه داده باشیم. از اینکه تا انتهای مطلب با ما همراه بودید از شما متشکریم. منتظر نظرات ارزشمند شما عزیزان و همراهان همیشگی ویپان هستیم.
