Kolmefaasiline süsteem

Kolmefaasiline süsteem on mitmefaasiliste elektriahelate süsteemi erijuhtum, milles on kolm võrdse sagedusega, üksteise suhtes kindla nurga võrra ajas nihutatud siinuselist (ühe allikaga loodud) elektromotoorjõudu. Need elektromotoorjõud (nagu ka vastavad elektrivoolud) on üksteise suhtes nihutatud ¹⁄₃ perioodi ehk 120° võrra.

Faasipingete muutumine ajas

Tähtühenduses kolmefaasilise generaatori skeem. Pöörlev püsimagnet tekitab mähistes L1, L2 ja L3 vahelduva elektromotoorjõu

Ajalugu

Kolmefaasilise süsteemi ajalugu on seotud mitmete isikutega.

• Itaallane Galileo Ferraris uuris aastal 1885 mitmefaasilisi vahelduvvoolusid.
• Nikola Tesla oli seotud mitmefaasiliste süsteemide uurimisega alates aastast 1882 ja konstrueeris 1887 kahefaasilise vahelduvvoolumootori, mida oli kavas kasutada Ameerika vahelduvvooluvõrgus.
• Charles Schenk Bradley tegi aastatel 1887 ja 1888 ettepaneku mitmefaasiliste süsteemide kasutuselevõtuks.
• Esimese kolmefaasilise generaatori ehitas saksa leiutaja Friedrich August Haselwander aastal 1887.
• Kolmefaasilise süsteemi võttis kasutusele Saksamaa firma AEG peakonstruktor Mihhail Ossipovitš Dolivo-Dobrovolski. Ta demonstreeris kolmefaasilise süsteemi eeliseid võrreldes teiste süsteemidega, tehes esitlusi asünkroonmootoriga.

Terminikasutusest

20. sajandi alguse eestikeelses tehnikakirjanduses oli saksa keele eeskujul mitmefaasilise voolu kohta kasutusel sõna "keerdvool" (Drehstrom), kuna sellega kaasneb pöörlev magnetväli.

Pöörleva pingesüsteemiga kaasnev magnetväli oli väga oluline tööstuses, eriti elektrimootorite käimapanekul. Seetõttu on tavakeeles kolmefaasilist toitesüsteemi nimetatud ka "tööstusvooluks" (промышленный ток).

Kolmefaasilise süsteemi eelised

• Väiksem juhtmematerjali kulu.
• Võimalus tekitada pöörlevat magnetvälja, mis on vajalik elektrimootori ning paljude teiste elektriseadmete tööks. Kolmefaasilised elektrimootorid (asünkroonmootorid ja sünkroonmootorid) on ehituselt lihtsamad ja seega odavamad kui alalisvoolumootorid, ühe- või kahefaasilised elektrimootorid.
• Võimalus saada kaks erinevat tööpinget ühes seadmes – faasipinge ja faasidevaheline pinge, ning kaks erinevat võimsustaset tähtühenduse või kolmenurkühenduse valikuga.

Tähtühenduses generaator ja elektritarviti

Kolmefaasilise süsteemi elektriahelate skeemid

Tähtühendus

Tähtühendus on ühendus, kus elektrigeneraatori kõigi kolme mähiste ühed otsad on kokku ühendatud. Seda ühenduspunkti nimetatakse neutraalpunktiks (varem nullpunktiks). Samamoodi on ühendatud elektritarviti faaside otsad. Juhet, mis ühendab kahte neutraalpunkti omavahel nimetatakse neutraaljuhtmeks (neutraaljuhiks).

Kui elektritarviti näivtakistused Z_a, Z_b ja Z_c on omavahel võrdsed, siis sellist koormust saab nimetada sümmeetriliseks.

Seosed liini- ja faasiväärtuste vahel

Liinijuhtme ja neutraaljuhtme vahelist pinget nimetatakse faasipingeks. Kahe liinijuhtme vahelist pinget nimetatakse faasidevaheliseks pingeks ehk liinipingeks.

Liinipinge ja faasipinge vaheline seos tähtühenduse korral:

${\displaystyle \qquad U_{L}={\sqrt {3}}\times {U_{F}}.}$

Liini- ja faasivoolud on tähtühenduse korral võrdsed:

${\displaystyle I_{L}=I_{F}.}$

Neutraaljuhtme katkemisest tingitud ohud

Kolmefaasilises süsteemides on sümmeetrilise koormuse erijuhul elektritarvititel ühesuurused faasipinged, isegi kui neutraaljuhe puudub. Kui tegemist on mittesümmeetrilise koormusega, siis neutraali katkemisel võib elektritarviti sattuda faasipingest kõrgema alla. See on sageli elektriseadmete riknemise põhjuseks. Ohu vähendamiseks ehitatakse tarbija lähedale (liitumispunkti juurde) kordusmaandus.

Kolmnurkühenduses generaator ja elektritarviti

Kolmnurkühendus

Kolmnurkühendus on ühendus, kus ühefaasilised vooluahelad on ühendatud kolmnurka: esimese ühefaasilise ahela lõpp on ühendatud teise algusega, teise ühefaasilise ahela lõpp kolmanda alusega, ning kolmanda ühefaasilise ahela lõpp on ühendatud esimese algusega.

Maast isoleeritud kolmnurkühenduses juhistiku eeliseks on asjaolu, et isolatsioonirike ei põhjusta elektri väljalülitumist. Ühtlasi on see ka maast isoleeritud kolmnurkühenduse puuduseks hoone elektripaigaldistes, kus puuduvad sellele erisüsteemile sobilikud isolatsioonikontrolliseadised. Tavalised rikkevoolukaitselülitid ei pruugi rikke korral rakenduda.

Seosed liinivoolude ja faasivoolude ning pingete vahel

Mähiste kolmnurkühenduse korral on liini- ja faasipinged võrdsed:

${\displaystyle \qquad U_{L}=U_{F}.}$

Liini- ja faasivoolude vahel kehtib sümmeetrilise koormuse korral seos:

${\displaystyle I_{L}={\sqrt {3}}\times {I_{F}}.}$

Eri maade pingesüsteemid madalpingepaigaldistes

	Venemaa ja SRÜ	Euroopa Liit	USA
Pinge	220/380 V	230/400 V	120/208 V
Sagedus	50 Hz	50 Hz	60 Hz

Elektritarvitite neutraaljuhtmete kokkuühendamiseks tähtühenduse korral on kasutusel sinise markeeringuga ja kaitsemaandusjuhtmete jaotamiseks kollarohelise markeeringuga voolulatid või klemmid

Juhtmete isolatsiooni värvid

Selleks et juhtmeid saaks paigaldamise, hoolduse ja remondi korral hõlpsalt üksteisest eristada, kasutatakse eri maades mitmesuguses värvikombinatsioonis isolatsiooniga juhtmeid.

L1 (A) L2 (B) L3 (C) Neutraaljuht Kaitsejuht USA (120/208V) Must Punane Helesinine Valge või hall Roheline USA (277/480V) Oranž Pruun Kollane Valge või hall Roheline Kanada Punane Must Helesinine Valge Roheline Kanada eraldiseisvad kolmefaasilised seadmed Oranž Pruun Kollane Valge Roheline Ühendkuningriik (aprill 2006) Punane (pruun) Kollane (must) Helesinine (hall) Must (helesinine) Roheline-kollane Euroopa (aprill 2004) Pruun Must Hall Helesinine Roheline-kollane Euroopa (kuni aprillini 2004, sõltuvalt riigist) Pruun või must Must või pruun Must või pruun Helesinine Roheline-kollane Euroopa alajaamade isolaatoritel ja õhuliinidel Kollane Roheline Punane Venemaa Kollane Roheline Punane Helesinine Roheline-kollane Austraalia ja Uus-Meremaa Punane Kollane Helesinine Must Roheline-kollane Lõuna-Aafrika Vabariik Punane Kollane Helesinine Must Roheline-kollane Malaisia Punane Kollane Helesinine Must Roheline-kollane India Punane Kollane Helesinine Must Roheline Vaata ka Juhistikusüsteem Välislingid Kolmefaasilised elektriahelad Kolmefaasiline vool