برق سه فاز چیست؟ بایدها و نبایدهای استفاده از برق سه فاز

برق سه فاز در صنعت مانند اکسیژن برای انسان است.  در این مقاله قصد داریم تا حدودی شما را با این مقوله پیچیده و گسترده با زبانی ساده و روان آشنا کنیم. به طور حتم این نوشته خالی از اشکال و کمی و کاستی نخواهد بود. نظرات تخصصی و پیشنهادات شما ما را در مسیر پیشرفت یاری خواهد کرد.

• برق سه فاز چیست؟
• تفاوت برق سه فاز و تک فاز چیست؟
• اصطلاح «دو فاز شدن» به چه معنی است؟
• اثرات نوسان ولتاژ در برق شهر چیست؟

لازم به ذکر است که ما قصد طرح مسائل پیچیده و توضیحات تخصصی نداریم. هدف ما از این مقاله آگاهی حداقلی برای افرادی است که به هر نحوی با این نوع مصرف‌کننده‌ها سروکار دارند.

اگر پس از خواندن این مقاله همچنان سوالی داشتید با ما در میان بگذارید.

برق سه فاز چیست؟

برق سه فاز برای راه‌اندازی دستگاه‌هایی مانند پمپ، الکتروموتور و دستگاه‌هایی که به تغذیه سه فاز نیاز دارند استفاده می‌شود. در الکتروموتور سه فاز سیم پیچ ها با فاصله ۱۲۰ درجه مکانی روی استاتور نصب می‌شوند و برق سه فاز نیز با سه موج سینوسی با فاصله زمانی ۱۲۰ درجه به الکتروموتور القا می‌شود و این امر باعث ایجاد یک میدان دوار در الکتروموتور شده که باعث به حرکت درآمدن الکتروموتور خواهد شد.

به طور کلی برق منازل مسکونی و واحدهای اداری تک فاز و برق واحدهای تجاری و صنعتی سه فاز است. امروزه برق سه فاز در ساختمان‌های مسکونی نیز به وفور استفاده می‌شوند. دلیل آن وجود آسانسور، پمپ چاه و سایر مصرف‌کننده‌هایی است که نیاز به این نوع برق دارند. برق سه فاز بهترین و مقرون به صرفه ترین روش برای انتقال برق است.

برق تک فاز (بدون احتساب سیم ارت) دارای دو رشته سیم می‌باشد:

• رشته اول: فاز با ولتاژ ۲۲۰ ولت متناوب
• رشته دوم: نول

برق سه فاز (بدون احتساب سیم ارت) دارای چهار رشته سیم می‌باشد:

• فاز ۱
• فاز ۲
• فاز ۳
• نول

طبق استاندارد شماره‌ی ۶۳۱۰۲ دفتر استاندارد‌های وزارت نیرو در ایران (رنگ و پوشش تجهیزات صنعت برق – رنگ ظاهری) که مطابق با استاندارد بین المللی IEC یا (International Electrotechnical Commission) تنظیم شده است فازهای R. و S. و T. باید به ترتیب قرمز، زرد و آبی باشند. البته رنگ بندی مطابق استاندارد چین (زرد، سبز، قرمز) به دلیل استفاده زیاد از محصولات این کشور هم رایج است.

سیستم برق سه فاز به دو روش مختلف قابل پیاده سازی است:

• اتصال ستاره

• اتصال مثلت

هرکدام از این اتصال‌ها کارایی مشخصی دارند.

تفاوت این دو اتصال در وجود یا عدم وجود سیم نول می‌باشد. به طوری که برای ایجاد سیم نول از اتصال ستاره استفاده می‌شود و بین فازها ۱۲۰ درجه اختلاف فازی به وجود می‌آورند اما اتصال مثلث در شبکه انتقال و مواردی که نیازی به داشتن سیم نول نیست استفاده می‌شود.

تفاوت برق سه فاز و تک فاز چیست؟

سیستم‌های سه‌فاز، نسبت به سیستم‌های تک‌فاز، مزایای اقتصادی و عملکردی فراوانی دارند. برای مثال، در یک توان خروجی مشابه، ژنراتورهای سه‌فاز ارزان‌تر از ژنراتورهای تک‌فاز هستند، توان تولیدی آن‌ها یکنواخت است و ارتعاش و نویز کمتری دارند. در مدار سه فاز، سه منبع توان AC وجود دارد و کاربرد آن‌ در صنعت بسیار زیاد است.

• تفاوت اصلی برق سه فاز نسبت به تک فاز این است که توان ثابتی را به طور دائمی برای مصرف‌کننده فراهم می‌کند. به عبارت دیگر حتی توان لحظه‌ای آن (Instantaneous Power) هم ثابت است (با زمان تغییر نمی‌کند). این بر خلاف برق تک فاز است که توان آن با زمان تغییر می‌کند. در نتیجه نویز و لرزش در موتورهای سه فاز نسبت به موتورهای تک فاز به طور محسوسی کمتر است.

• تفاوت دوم در مقرون به صرفه بودن آن است. همانطور که پیش‌تر اشاره شد این نوع برق در خطوط انتقال مورد استفاده قرار می‌گیرد. براساس فرمول‌های ریاضی و قوانین الکتریکی که در اینجا قصد وارد شدن به آنها را نداریم ولتاژ بالاتر در خطوط انتقال باعث کاهش اتلاف انرژی می‌شود. به همین دلیل ولتاژ برق در خطوط انتقال به ۲۰ هزار ولت و بعضا تا ۵۰۰ هزار ولت می‌رسد که این ولتاژ بالا فقط با سیستم سه فاز می‌تواند تأمین شود.

• برای انتقال مقدار مشخصی از بار الکتریکی از طریق کابل‌های انتقال برق اگر بخواهیم از سیستم تک فاز استفاده کنیم به ۶ رشته سیم (۳ خط که هر خط یک زوج سیم دارند) مورد نیاز است. در این حالت سه رشته از سیم‌ها فاز ۲۲۰ ولت هستند و ۳ سیم دیگر نول. اما در سیستم سه فاز در حالت تئوری به ۴ سیم نیاز است (۳ رشته برای هر یک از فازها و یک رشته برای نول) اما در خطوط ولتاژ بالا تحت شرایط خاصی می‌توان از ۳ رشته سیم نیز استفاده کرد. در نتیجه برای انتقال مقدار مشخصی بار الکتریکی در سیستم سه فاز، ۵۰ درصد در مصرف آلومینیوم مورد نیاز برای کابل‌های خطوط انتقال صرفه‌جویی می‌شود.

سوال: پس چرا در تیرهای برق داخل شهرها پنج رشته سیم استفاده می‌شود؟

پاسخ: تیرهای برق فشار ضعیف که در داخل کوچه‌ها و معابر شهر استفاده می‌شوند علاوه بر سه سیم فاز که جهت انتقال برق استفاده می‌شوند یک سیم فاز برای روشنایی معابر و یک سیم نول برای کامل کردن سیکل جریان الکتریکی دارند.

ایجاد میدان مغناطیسی برای ایجاد نیروی دورانی مورد نیاز برای چرخش الکتروموتور در مصرف‌کننده‌های سه فاز بسیار ساده‌تر از از مصرف‌کننده‌های تک فاز است به همین دلیل ساخت این مصرف‌کننده‌ها نیز مقرون به صرفه‌تر است.

اثرات نوسان ولتاژ در برق شهر چیست؟

شاید اصطلاح “دو فاز شدن” برق را شنیده باشید. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که توازن مصرف برق در فازهای مختلف برهم بخورد و یا مشکلی در تجهیزات اداره برق ایجاد شود. در این حالت ممکن است در واحد مسکونی شما برق رفته باشد اما همسایه شما برق داشته باشد!

دلیل این موضوع بسیار ساده است؛ فازی که برق شما را تامین می‌کند قطع شده است اما فازی که برق همسایه را تامین می‌کند همچنان وصل است. مادامی که مصرف‌کننده تک فاز باشد مشکلی پیش نمی‌آید و فقط قطع و وصلی جریان برق را شاهد هستیم.

اما اگر مصرف‌کننده شما موتور آسانسور یا پمپ چاه باشد و برق دو فاز شود موضوع به همین سادگی نیست.

با دو فاز شدن یا نوسان در برق سه فاز، مصرف‌کننده به سرعت دچار مشکل شده و می‌تواند باعث سوختن و از بین رفتن مدارها و الکتروموتور شود.

در نتیجه به نوعی محافظ برق به نام کنترل فاز احساس نیاز می‌شود. کنترل فاز وظیفه‌ی کنترل فازهای برق را دارد و در صورتی که مشکلی ایجاد شود جریان برق را قطع می‌کند تا مصرف‌کننده آسیب نبیند. به همین دلیل است که در کنار تمامی موتورهای آسانسور یا پمپ‌های چاه و… از تابلو برق کنترل فاز استفاده می‎‌شود.

در صورتی که هر یک از اتفاقات زیر رخ دهد کنترل فاز جریان برق را قطع می‌کند:

• ولتاژ بالاتر از حد مجاز
• ولتاژ پایین‌تر از حد مجاز
• قطع شدن یکی از فاز ها
• جابجایی فاز ها
• عدم تقارن فاز ها

نتیجه گیری

• برق سه فاز عمدتا استفاده صنعتی دارد، با این حال در منازل مسکونی جهت راه اندازی الکتورموتورهای آسانسور  یا پمپ چاه و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. به همین دلیل آشنایی با مزایا و خطرات آن ضروری به نظر می‌رسد. اگر آشنایی شما با برق در حد ابتدایی است قطعا به یک متخصص نیاز دارید، کار کردن با برق سه فاز به راحتی برق تک فاز نیست و خطرات آن بسیار بیشتر است پس حتی برای کنجکاوی هم بدون رعایت مسائل ایمنی وارد عمل نشوید.
• برخی از مصرف کننده ها مانند هواکش صنعتی با هر دو نوع برق تک فاز و سه فاز کار می‌کنند. (البته یک الکتروموتور در آن واحد از منظر نوع فاز یک حالت دارد، در اینجا منظور این است که هواکش مذکور در هر دو نوع تولید می‌شود) در چنین شرایطی استفاده از نوع سه فاز اولویت دارد زیرا نویز، لرزش و مصرف برق کمتر و کارایی بالاتری دارند.
• در مواردی که برق سه فاز در دسترس نباشد می‌توان از اینورتر های مبدل برق استفاده کرد که البته استفاده از این مبدل ها شرایط خاصی دارد که در مقاله‌ای جداگانه به آن خواهیم پرداخت.

اگر در خصوص این نوشته سوالی دارید و یا می‌توانید به ما در بهبود آن کمک کنید با ما تماس بگیرید.

اگر درباره تابلو برق نیاز به اطلاعات بیشتری دارید به مقالات دیگر ما رجوع کنید.