Kolmefaasiline toitesüsteem

Faasipingete muutumine ajas.

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

Kolmefaasiline toitesüsteem (tavakeeles sageli eksitava nimega tööstusvool) on mitmefaasiliste elektriahelate erijuhtum, milles on kolm võrdse sagedusega, üksteise suhtes kindla nurga võrra ajas nihutatud siinuselist (ühe allikaga loodud) elektromotoorjõudu.

Iga selline elektromotoorjõud on omas perioodilise protsessi faasis, mistõttu sageli nimetatakse seda lihtsalt faasiks. Kolmefaasilistes süsteemides on nurganihe 120 kraadi.

Levinuimad liinijuhtmete tähised:

	Saksamaa	Taani
L1	U1	R
L2	V1	S
L3	W1	T

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.
• Galileo Ferrarise ja Nikola Tesla leiutised olid vastastikku patendiga kaitstud.
• Charles Schenk Bradley tegi aastatel 1887 ja 1888 ettepaneku mitmefaasiliste süsteemide kasutuselevõtuks.
• Esimese kolmefaasilise generaatori tegi 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.

Eelised

• Ökonoomsus.
  • Elektrienergia edastamise ökonoomsus paranes. Ökonoomsus seisneb väiksemas materjalikulus liinijuhtmetele.
  • Kolmefaasiliste transformaatorite väiksem materjalikulu võrreldes ühefaasilistega.
• Süsteemi mehaaniline tasakaal. See omadus on üks tähtsamaid. Tasakaalustamata süsteemis genereerivale seadmele tekib ebaühtlane mehaaniline koormus, mis oluliselt vähendab tema kasutusiga.
• Võime kergesti tekitada pöörlevat magnetvälja, mis on vajalik elektrimootori ning paljude teiste elektriliseadmete tööks. Kolmefaasilised elektrimootorid (asünkroonmootorid ja sünkroonmootorid) on ehituselt lihtsamad ja seega odavamad kui alalisvoolumootorid, ühe- või 2-faasilised elektrimootorid.
• Võime saada kaks erinevat tööpinget ühes seadmes – faasipinge ja liinipinge, ning kaks erinevat võimsustaset “tähtühenduse” või “kolmenurkühenduse” valikuga.

Tanapäeval on olemas palju erinevaid kaitselüliteid erinevatele rakendustele.

Kolmefaasilise süsteemi elektriahelate ühendamisskeemid

Tähtühendus

Neljajuhtmelise tähtühenduse õhuliinisisestus maja katusel

Tähtühendus on niisugune ühendus, kus kõigi elektrigeneraatori mähiste üks ots on omavahel kokku ühendatud. Seda ühenduspunkti nimetatakse nullpunktiks ehk neutraalpunktiks. Elektritarviti faaside otsad ühendatakse samuti kokku. Juhtmed, mis ühendavad generaatori ja elektritarviti ahelaid nimetatakse liinijuhtmeteks. Juhet, mis ühendab kahte neutraalpunkti omavahel nimetatakse neutraaljuhtmeks.

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

Kolmefaasilist ahelat, millel on neutraaljuhe nimetatakse neljajuhtmeliseks. Kui neutraaljuhet ei ole siis on see kolmejuhtmeline.

Kui elektritarviti takistused Za, Zb, Zc on omavahel võrdsed, siis sellist koormust saab nimetada sümmeetriliseks.

Nullijuhtme ehk neutraaljuhtme katkemise ohud

Kolmefaasilises süsteemides sümmeetrilise koormusega erijuhul on elektritarvititel faasipinge isegi kui nulljuhe puudub. Kui tegemist on mittesümmeetrilise koormusega, siis töötava neutraali katkemisel satub koormus (nt elektritarviti ja selle korpus) liinipinge alla. See on eriti ohtlik probleem seoses metallivargustega. See on sageli tarbeseadmete riknemise põhjuseks. Kui elektritarviti takistus seejuures ei muutu, tekib Oomi seaduse järgi pinge suurenemisel vool, mis on mitu korda suurem kui tarvitile maksimaalselt lubatud. Tulemuseks on seadme läbipõlemine ja riknemine. Ohu vähendamiseks ehitatakse tarbija lähedale (liitumispunkti juurde) kordusmaandus.

Seosed liinipingete ja faasipingete ning voolude vahel

Liinijuhtme ja neutraaljuhtme (Ua, Ub, Uc) vahelist pinget nimetatakse faasipingeks. Kahe liinijutme vahelist pinget nimetatakse liinipingeks.

Mähiseid tähte ühendamiseks, kui tegemist on sümmeetrilise koormusega, kasutame liinipingete ja faasipingete vahelist seost:

$\qquad U_L=\sqrt{3}\times{U_F}$

Liini ja faasivoolud on tähtühenduse korral võrdsed:

$I_L=I_F;$

Kolmnurkühendus

Kolmnurkühenduses tarbijaühendus vanas kortermajas. Mõlemad juhtmed on liinijuhtmed.

Kolmnurkühendus on niisugune ühendus, kus ühefaasilised koormused on ühendatud kolmnurka. Esimese ühefaasilise koormusahela lõpp on seotud teise algusega, teise ühefaasilise koormusahela lõpp kolmanda alusega, ning kolmanda ühefaasilise koormusahela lõpp on seotud esimese alusega. Maast isoleeritud kolmnurkühenduse eeliseks on asjaolu, et isolatsioonirike ei põhjusta elektri väljalülitumist.

Puudus

Asjaolu, et isolatsioonirike ei pruugi põhjustada elektri väljalülitumist on ka maast isoleeritud kolmnurkühenduse suurimaks puuduseks hoone elektripaigaldistes, kus puuduvad sellele erisüsteemile sobilikud isolatsioonikontrolliseadised. Tavalised rikkevoolukaitselülitid ei pruugi rikke korral rakenduda. Kuna mõlemad liinijuhtmed on ühendatud ühefaasiliste elektritarvititega siis eeldab ka lühise- ja liigvoolukaitse kolmnurklülitus kahepooluseliste kaitselülitite kasutamist. Lisa eelnevatele ohtudele võivad vanas elektripaigaldises ohtlikke probleeme tekitada juhtmete seisukord ja vanad värvimarkeeringud. Vanas 3x220V pingesüsteemis on hoonete elektrisisestus valdavalt kolmejuhtmeline ilma neutraaljuhtmeta.

Seosed liinivoolude ja faasivoolude ning pingete vahel

Mähiste kolmnurkühenduse korral on liini ja faasipinged võrdsed: $\qquad U_L=U_F$.

Mähiste voolude osas kehtib kolmnurkühendusel (kui tegu on sümmeetrilise koormusega, mis ühefaasiliste elektritarvitite puhul nii ei ole) on liinivoolude ja faasivoolude vahel seos: $I_L=\sqrt{3}\times{I_F};$.

Levinuimad pingesüsteemid madalpingepaigaldistes

TN skeem alajaama pool.

	Venemaa ja SRÜ	Euroopa liit	Hispaania, Itaalia	USA
Pinge	220/380	230/400	240/420	127/220
Sagedus	50 Hz	50 Hz	50 Hz	60 Hz

Märgistamine

Erinevad liinijuhtmed märgitakse erilise värviga. See on vajalik hoolduse, paigalduse ja elektriseadmete remondi lihtsustemiseks. Erinevates riikides märgistus on erinev.

Kolmefaasiline kahe ahelaga elektri ülekandeliin.

L1 (A) L2 (B) L3 (C) Neutraal Kaitsemaandus 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 lisaks Faaside kontrollrelee Faasijärjestuse indikaator Kolmefaasiline sildalaldi Pingeindikaator Viited Kolmefaasilised elektriahelad Kolmefaasiline süsteem ja asünkroonmootor