به طور کلی جهت راه‌اندازی یک وسیلۀ الکتریکی باید آن را به دو نقطه متصل کرد. به نحوی که بین این دو نقطه اختلاف پتانسیل برقرار باشد. در این صورت جریان الکتریکی بین این دو نقطه برقرار شده و دستگاه شروع به کار می‌کند. در مورد برق‌ سه‌ فاز نیز همین قضیه برقرار است. با این تفاوت که اینجا دیگر نیازی به استفاده از سیم نول نیست. در برق سه فاز از سه سیم با ولتاژ برابر استفاده می‌شود. اما بین هرکدام از این دو سیم 120 درجه اختلاف فاز وجود دارد که منجر به برقراری جریان الکتریکی می‌شود. در این مقاله قصد داریم دربارۀ برق 3 فاز ، تفاوت‌هایش با برق تک فاز و کاربردهای آن صحبت کنیم.

برق‌ سه‌ فاز چیست؟

امروزه جریان الکتریکی را به دو صورت مستقیم (DC) و متناوب (AC) تولید می‌کنند. برقی که در ساختمان‌های مسکونی مورد استفاده قرار می‌گیرد برق متناوب است. در برق جریان مستقیم، برقراری جریان به این صورت است که الکترون‌ها به شکلی پیوسته جریان الکتریکی را برقرار کرده و وسیلۀ الکتریکی را به کار می‌اندازند. برای مثال نحوۀ راه‌اندازی باتری ماشین و آداپتورها به این صورت است.

اما برای راه اندازی دستگاه‌های الکترونیکی خانگی یا صنعتی دیگر نمی‌توان از برق جریان مستقیم بهره برد. در نتیجه لازم است به سراغ برق جریان متناوب رفت. در برق جریان متناوب جریان به صورت رفت و برگشتی بوده و به صورت پیاپی در حال قطع و وصل شدن است. برق جریان متناوب دیگر محدودیت‌های برق مستقیم را ندارد و به همین خاطر بیشترین استفاده را در طراحی دستگاه‌های الکترونیکی دارد.

برق‌ سه‌ فاز نیز از نوع جریان متناوب است؛ که از سه فاز یا به عبارتی سه سیم با جریان 220 ولت ساخته می‌شود. نکتۀ مهم در برق 3 فاز حذف کردن سیم نول از جریان است. نقش سیم نول در برق تک فاز ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو سر اتصال نول و فاز است؛ که منجر به برقراری جریان الکتریکی می‌شود. در برق سه فاز اما جهت برقراری جریان به جای ایجاد اختلاف پتانسیل بین دو سر سیم فاز و نول از دو سیم با جریان برق 220 ولتی، اما با تفاوت فاز 120 درجه‌ای (یا به اصطلاح 3π/2) استفاده می‌شود. به این شکل دیگر نیازی به سیم نول نیست و جریان الکتریسیته نیز دیگر دچار قطع و وصلی پیاپی نمی‌شود. به عبارتی دیگر در برق‌ سه‌ فاز درست شبیه به برق جریان مستقیم، همواره الکترون‌ها در حال عبور از دستگاه الکترونیکی هستند.

برق‌ سه‌ فاز

از این قابلیت مهم برق سه فاز جهت راه اندازی ماشین‌های الکتریکی بزرگ، موتورهای الکتریکی، الکترو پمپ‌ها، کمپرسورهای صنعتی و … استفاده می‌شود. امروزه برق سه فاز برای مراکز صنعتی به مانند جریان خون برای انسان است و تصور اینکه در یک مرکز صنعتی از برق سه فاز استفاده نشده باشد، کاملاً دور از ذهن است. در کنار مراکز صنعتی و تجاری حتی در ساختمان‌های مسکونی نیز می‌توان از برق سه فاز استفاده کرد. برای مثال جهت راه‌اندازی آسانسورها یا سیستم های تهویه مطبوع مرکزی پیشنهاد می‌شود که از برق‌ سه‌ فاز استفاده گردد.

تعداد رشته سیم‌های به کار رفته در برق‌ سه‌ فاز و تک فاز

اگر سیم اتصال به زمین را در نظر نگیریم، می‌توان گفت که در برق تک فاز شهری، تنها از دو رشته سیم استفاده می‌شود. رشته سیم اول همان سیم فاز است که دارای برق با جریان 220 ولت متناوب خواهد بود. رشته سیم دوم نیز سیم نول خوانده می‌شود که هیچ جریانی در آن وجود ندارد. زمانی که از برق تک فاز استفاده می‌شود، وسیلۀ الکتریکی به دو سر سیم فاز و نول متصل شده، به دلیل اختلاف پتانسیلی که بین دو رشتۀ فاز و نول وجود دارد، جریان الکتریکی نیز برقرار می‌شود.

تعداد رشته سیم‌های به کار رفته در برق سه فاز با در نظر نگرفتن سیم اتصال به زمین، چهار رشته سیم است؛ که هر رشته با یکی از حروف انگلیسی خوانده می‌شود و رنگ مخصوص به خود را دارد. این استاندارد تعیین شده به جهت راحتی کار با برق سه فاز و ایمنی بیشتر تعریف شده است:

  • رشته سیم اول: فاز 1 که با حرف انگلیسی R مشخص می‌شود، دارای جریان 220 V بوده و قرمز رنگ است.
  • رشته سیم دوم: فاز 2 که با حرف انگلیسی S مشخص می‌شود، دارای جریان 220 V بوده و زرد رنگ است.
  • رشته سیم سوم: فاز 3 که با حرف انگلیسی T مشخص می‌شود، دارای جریان 220 V بوده و آبی رنگ است.
  • رشته سیم چهار: که نول است و به طور معمول با رنگ سیاه رنگ مشخص می‌شود.

در کنار این رنگبندی گاهی ممکن است از استاندارد تعریف شده چینی نیز برای رنگبندی برق‌‌های سه فاز استفاده شود. دلیل این کار کاربرد بالای دستگاه‌های چینی در صنایع ایران است. در این استاندارد حروف R، S و T به ترتیب با رنگ‌های زرد، سبز، قرمز مشخص می‌شوند.

روش‌های استفاده از برق‌ سه‌ فاز

جهت استفاده از برق‌ سه‌ فاز به طور معمول از دو روش زیر استفاده می‌شود. تفاوت اصلی این دو روش در استفاده یا عدم استفاده از سیم نول است.

اتصال برق‌ سه‌ فاز به روش ستاره‌ای

در اتصال ستاره یک نقطۀ خنثی یا نول نیز در جریان تعریف می‌شود. در نتیجه این کار جریان خط با جریان فاز برابر خواهد شد. اما در عوض ولتاژ خط سه برابر ولتاژ فاز خواهد بود. مزیت استفاده از روش ستاره‌ای برای زمانی است که قصد راه‌اندازی روتور را داشته باشید. در واقع از اتصال ستاره‌ای جهت استارت اولیۀ موتور استفاده می‌گردد. در این نوع از اتصال جریان مصرفی کمتر خواهد بود.

اتصال برق‌ سه‌ فاز به روش مثلثی

 در روش مثلثی دیگر نقش سیم نول از مدار حذف شده و به کمک سه سیم فاز جریان الکتریسیته باید برقرار شود. مزیت مهم این روش افزایش شدت جریان در مدار است. اگرچه ولتاژ خط برابر با سر فاز خواهد بود. زمانی که موتور استارت خورده و در مدار قرار گرفته، استفاده از اتصال مثلثی باعث بالا بردن توان موتور و قدرت آن می‌شود.

بررسی تفاوت‌های برق‌ سه‌ فاز و برق تک فاز

مهم ترین مزیت‌هایی که برق های‌ سه‌ فاز نسبت به برق‌های تک فاز دارند، در مسائل اقتصادی تعریف می‌شود. استفاده از برق 3 فاز جهت راه اندازی دستگاه‌های صنعتی بسیار ارزان‌تر خواهد بود. ضمن اینکه حتی دستگا‌ه‌هایی که با برق سه فاز کار می‌کنند نیز ارزان قیمت‌تر از دستگاه‌هایی هستند که از برق تک فاز استفاده می‌کنند. برای مثال استفاده از یک ژنراتور سه فاز از همه لحاظ، نسبت به استفاده از یک ژنراتور تک فاز با توان خروجی مشابه برتری دارد. در ادامه به بررسی مهمترین تفاوت‌های برق سه فاز و برق تک فاز خواهیم پرداخت.

برقراری توان ثابت

زمانی که از برق‌ سه‌ فاز استفاده می‌شود، به صورت پیوسته دستگاه توان ثابتی را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهد. این در حالی است که در استفاده از جریان تک فاز به خاطر متناوب بودن جریان توان لحظه‌ای نمی‌تواند مقدار ثابتی را اختیار کند و به صورت پیوسته با زمان تغییر می‌کند. این قابلیت باعث کاهش نویز دستگاه‌ و میزان سر و صدای آن می‌شود.

برق‌ سه‌ فاز ارزان‌تر از برق تک فاز است

امروزه دنیا بر پایۀ اقتصاد بنا شده است. وقتی صحبت از خطوط انتقال جریان الکتریسیته به میان می‌آید، انتخاب جریان سه فاز در اولویت است. دلیل این مسئله نیز به محاسبات فیزیکی و قوانین الکتریکی برمی‌گردد. به صورت ساده می‌توان گفت هرچه ولتاژ در خطوط انتقال بالاتر باشد در نتیجه اتلاف انرژی پایین‌تر خواهد آمد. به همین خاطر است که امروزه از برق‌ سه‌ فاز در خطوط انتقال استفاده می‌شود. زیرا به کمک جریان برق 3 فاز می‌توان ولتاژ را به بیست تا پنجاه هزار ولت رساند.

کاهش رشته سیم‌های مورد نیاز و باز هم صرفه اقتصادی

اگر قصد استفاده از برق تک فاز را داشته باشیم، جهت انتقال مقدار مشخصی بار الکتریکی نیاز به چند خط رشتۀ زوج سیم داریم. برای مثال اگر قرار باشد از سه سیم فاز استفاده کنیم، به سه رشته سیم نول نیز نیاز خواهیم داشت. این در صورتی است که اگر بخواهیم از برق‌ سه‌ فاز کمک بگیریم، برای همین کار نیاز به چهار رشته سیم خواهد بود؛ که سه سیم آن فاز و تک سیم باقی مانده سیم نول است. ضمن اینکه در خطوط انتقال با ولتاژ بالا حتی می‌توان سیم نول را نیز از مدار حذف کرد و انتقال را با سه سیم فاز انجام داد. در نتیجه می‌توان این طور استنباط کرد که بهره بردن از برق 3 فاز باعث حذف چهل تا پنجاه درصدی مصرف سیم‌های مسی یا آلومینیومی انتقال خواهد شد؛ که به معنای صرفه‌جویی بیشتر است.

برق‌ 3 فاز

منظور از دو فاز شدن چیست؟

اصطلاح دو فاز شدن را اگر از برق‌ سه‌ فاز استفاده می‌کنید، ممکن است شنیده باشید. با توجه به اینکه خطوط انتقال برق شهری نیز از نوع سه فاز است، این اتفاق ممکن است در جریان برق شهر نیز رخ بدهد. دو فاز شدن زمانی اتفاق می‌افتد که توازن جریان الکتریکی در یکی از سه سیم فاز به هم خورده، یا اختلالی در عملکرد تجهیزات خطوط انتقال رخ دهد. در این حالت برای مثال ممکن است ساختمان کناری شما دارای برق باشد، ولی برق ساختمان شما قطع شود. دلیل این اتقاق این است که جریان الکتریکی در فازی که برق مصرفی ساختمان شما را تأمین می‌کند، قطع شده است؛ ولی جریان الکتریکی در دو فاز دیگر هم‌چنان برقرار است.

دو فاز شدن جریان در خطوط انتقال برق شهری خیلی مشکلی ایجاد نمی‌کند. زیرا اغلب کنتورها از نوع تک فاز هستند. در نتیجه دو فاز شدن خطوط انتقال نهایتاً به قطعی موقت برق منجر می‌شود. اما اگر از برق 3 فاز استفاده می‌کنید، به این سادگی نمی‌شود از کنار خطرات دو فاز شدن جریان عبور کرد.

در کنتورهای سه فاز، برهم خوردن تعادل فازها و جریان متاوب جاری در کابل‌های انتقال، می‌تواند به دستگاه‌های صنعتی، موتورها و … آسیب جدی وارد کند و حتی منجر به سوختن آن‌ها گردد. به همین دلیل لازم است در کنار هر دستگاهی که از برق سه فاز استفاده می‌کند، از یک تابلو برق کنترل تک فاز نیز استفاده شود. در این حالت اگر اختلالی در میزان ولتاژ برق، جابجایی فازها، برهم خوردن توازن فازها و … ایجاد شود، بلافاصله سیستم کنترل فاز جریان برق را قطع کرده و از آسیب‌های احتمالی جلوگیری به عمل می‌آورد.

جمع‌بندی

برق سه فاز نیز مانند برق تک فاز از نوع جریان متناوب است. با این تفاوت که در برق 3 فاز جهت برقراری جریان الکتریکی دیگر نیازی به اختلاف پتانسیل یا همان سیم نول نیست. در برق سه فاز این تفاوت 120 درجه‌ای در مدار جریان است که منجر به برقراری جریان می‌شود. مهمترین کاربرد برق سه فاز در مراکز صنعتی و خطوط انتقال است. اگرچه امروزه در ساختمان‌های مسکونی نیز امکان استفاده از برق سه فاز وجود دارد. به خصوص برای راه‌اندازی آسانسورها یا سیستم‌های تهویه هوای مرکزی پیشنهاد می‌شود که از برق سه فاز استفاده گردد.

امروزه بسیاری از دستگاه‌های صنعتی قابلیت اتصال به برق تک فاز و سه فاز را دارند. اما نکته مهم اینجاست که استفاده از برق سه فاز از هر نظر مقرون به صرفه تر است. برق سه فاز توان ثابتی را در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهد و در نتیجه باعث بالا رفتن نرخ بهره‌وری، کاهش سروصدا و لرزش‌های دستگاه می‌گردد. به این خاطر است که استفاده از برق سه فاز در صنایع مختلف در اولویت انتخاب است.

دیدگاهتان را بنویسید