محاسبه جريان و ولتاژ در اتصال ستاره

همانطور كه مي دانيم در اتصال ستاره اختلاف سطح هر فاز با سيم نول ولتاژ فازي (UP) و اختلاف سطح هر فاز با فازي ديگر ولتاژ (Ul) را تشكيل مي دهند. مقدار ولتاژ خط از مجموع دو ولتاژ فازي بدست مي آيد. به همين جهت براي بدست آوردن مقدار Ul بايد برآيند دو ولتاژ فازي را رسم و مقدار آن را محاسبه نماييم. بدين ترتيب كه يكي از بردارها را در امتداد و به اندازه خودش رسم كرده و سپس بردار را با بردار پهلويش رسم مي كنيم. رابطه روبرو برقرار است :

اما جرياني كه از هر كلاف عبور مي كند همان جريان خط مي باشد. يعني در اتصال ستاره جريان خط مساوي جريان فاز است .             IL=IP

محاسبه جريان و ولتاژ در اتصال مثلث

در اين روش كلافهاي مصرف كننده يا مولد به شكل مثلث قرار مي گيرند. همانطور كه مي دانيم ولتاژ خط UL در اتصال مثلث همان ولتاژي است كه در دو سر كلاف قرار دارد يعني در اتصال مثلث ولتاژ خط برابر با ولتاژ فاز است :              UL = UP

اما جرياني كه از هر خط مي گذرد مجموع برداري جريان دو كلاف بعدي است. پس جريان هر خط 73/1 برابر جريان هر فاز است :             

 IP=(√3)IL

جريان هر خط 73/1 برابر جريان هر فاز است :             

-اتصال مختلط تركيبي از اتصالهاي ستاره و مثلث مي باشد.

توان در مدارهاي سه فاز

در يك اتصال سه فاز توان كل از مجموع توانهاي هر فاز بدست مي آيد :

P = P₁+P₂+P₃    

اگر بار متعادل باشد داريم :     

P₁ = P₂ = P₃ = Pph

پس توان كل مي تواند سه برابر توان هر فاز باشد :     

P = 3Pph

P = Up.lp.COSφ

در اتصال ستاره توان بصورت زير بدست مي آيد :

  UP=(√3)UL              و            ip=iL

در اتصال مثلث هم رابطه بالا صادق مي باشد.

روشهاي اندازه گيري توان

معمولاً براي اندازه گيري در سيستم سه فاز از دو روش زير استفاده مي كنند :

الف- روش چهار سيم (3 واتمتري)

ب- روش سه سيم (2 واتمتري)

الف- روش چهار سيم :

در اين روش با استفاده از 3 واتمتر كه سر راه هر فاز قرار مي گيرد و سيم نول توان هر فاز جداگانه اندازه گيري شده و مجموع اين سه واتمتر توان كل مي باشد. اگر بار كاملاً متعادل باشد هر سه واتمتر داراي مقادير مساوي مي شوند. پس در يك بار متعادل فقط از يك واتمتر هم مي توان استفاده كرد.

ب- روش سه سيم :

در اين روش بدون سيم نول عمل مي شود. دو واتمتر كه هر كدام بين دو فاز قرار مي گيرد البته فاز وسط براي فازهاي اول و سوم مشترك است توان كل از مجموع دو واتمتر بدست مي آيد.

مزاياي سيستم سه فاز

1-  در جريان تكفاز مقدار قدرت لحظه اي در قسمتهايي به صفر مي رسد اما در جريان سه فاز هيچگاه توان لحظه اي صفر نمي شود چون اگر يكي از فازها مقدارش به صفر برسد فازهاي ديگر داراي مقادير هستند.

2-  راه اندازي موتورهاي آسنكرون : مي دانيم كه براي گردش موتورهاي آسنكرون احتياج به ميدان دوار است كه اين ميدان با جريان تكفاز ساخته نمي شود.

3-   تبديل جريان متناوب به جريان مستقيم : دامنه يكسو در تبديل سيستم سه فاز به جريان مستقيم داراي ضربان كمتري نسبت به جريان يكسو شده توسط جريان متناوب تكفاز بوده و ضريب بهره آن زياد است.

عايق كابلها

براي پوشش عايقي سيم ها از پلاستيك / لاستيك و يا از كاغذ استفاده مي شود. امروز كابل با عايق پلي وينل pvc بيشتر از كابلهاي ديگر بكار مي رود. عايق ديگري بنام پلي اتيلن نيز وجود دارد. عايق اكثر كابلهاي جريان قوي از كاغذ آغشته به روغن تهيه مي شود.

از عايق لاستيكي در جاهايي كه احتياج به چرخش زياد باشد نيز استفاده مي كنند.

ساختمان كابلهاي فشار قوي و حفاظت آنها :

قسمت اصلي ساختمان كابلها هادي و عايق آن است. ضمناً كابل را بايد در مقابل پديده هاي زير حفاظت نمود :

الف- حفاظت در مقابل فشار و ضربه هاي مكانيكي

ب- حفاظت در مقابل زنگ زدگي و اكسيد شدن هادي

پ- حفاظت در مقابل اثرات شيميايي و پوسيدگي

ت- حفاظت در مقابل اثرات ميدان الكتريكي و اتصال كوتاه شدن و ميدان هاي خارجي و جريان زياد

علايم اختصاري كابلها

علايم اختصاري كابلهاي لاستيكي و پلاستيكي به شرح زير است :

بعد از حروف اختصاري تعداد سيم هاي داخل كابل و مقطع آنها با عدد مشخص و نوع مقطع با حروف زير تعيين مي شود :

r : مقطع گرد        s : مقطع مثلثي        e : هادي يك رشته اي       m : هادي چند رشته اي

معمولاً ولتاژ نامي فازي را با Vo و ولتاژ خطي را با حرف V بعد از علامات اختصاري ذكر مي كنند.

مثال : مشخصات كابل زير را بخوانيد.                           NYY       3*50+ 25 sm

(0/6 / 1kv)                                                                                                      

كابل سه فاز با هادي مسي به مقطع 50 ميلي متر مربع و سيم نول به مقطع 25 ميلي متر مربع با مقطع مثلثي چند رشته اي با عايق و غلاف پروتودور (pvc) براي ولتاژ 6/0 كيلو وات فازي و 1 كيلو ولت خطي بدون محافظ. چون اين كابل داراي نوار محافظ نيست در جايي مصرف مي شود كه هيچگونه فشار مكانيكي به آن وارد نشود.

فيوز

از فيوز براي محافظت سيم و كابل ودستگاههاي اندازه گيري؛ ترانسفورماتور؛ ماشينهاي الكتريكي و ديگر مصرف كننده ها در مقابل جريانهاي اضافي و اتصال كوتاه استفاده مي شود. البته فيوز در جايي بكار مي رود كه ارزش نصب يك رله و يا يك كليد جريان را نداشته باشد.

فيوزها براساس مقدار ولتاژ و نوع ساختمان قطع كننده شان به انواع زير تقسيم مي شوند :

الف- فيوز حرارتي ذوب شونده

ب- فيوز حرارتي (بي متال)

پ- فيوز مغناطيسي

ت- فيوز توان بالا NH

ث- فيوز فشار قوي HH

الف- فيوزهاي حرارتي ذوب شونده :

در فيوز ذوب شونده يك سيم حرارتي وجود دارد كه سر راه جريان بسته مي شود و در اثر عبور جريان زياد گرم شده و در درجه حرارت معيني ذوب مي شود و مدار را قطع مي كنند جرقه اي كه در زمان قطع ايجاد مي شود باعث سوختن وسياه شدن كنتاكت و عايق هاي اطراف مي شود كه بايستي برطرف گردد.

براي برطرف نمودن اثر جرقه سيستم حرارتي را در داخل يك فشنگ چيني يا سفالي عبور مي دهند و اطراف سيم را با ذرات كوارتز پر مي كنند جرقه ايجاد شده در اثر قطع توسط براده كواتز خنك شده و از بين مي رود.

براي تشخيص فيوز ساخته از پولك نشانه استفاده مي كنند. اين پولك توسط سيم نازكي محكم شده است.

اين سيم نازل در هنگام ذوب شدن سيم داخل فيوز پاره شده و پولك توسط نيروي فنر كوچك كه در زير آن قرار گرفته قدري به خارج پرتاب مي شود و نشان مي دهد كه فيوز سوخته است. ضمناً رنگ پولك فيوز نشان دهنده جريان اسمي فيوز است. (جدول1-1)                                 

ب-فيوز حرارتي بي متال

فيوز حرارتي بي متال براي حفاظت در مقابل بار اضافي مدار را قطع مي كند. بي متال در مقابل حرارت ناشي از بار اضافي لحظه اي تغيير شكل داده و باعث قطع مدار مي شود.

پ-فيوز مغناطيسي

فيوزهاي مغناطيسي نيز تابع شدت جريان هستند. در اثر بروز اضافه بار ميدان مغناطيسي سيم پيچي فيوز قوي شده و براساس خاصيت جذب يك هسته آهني مدار را قطع مي كند. در اين فيوزها زمان قطع خط را مي توان بوسيله فنر تنظيم كرد. در بين فيوزهاي مغناطيسي فيوز سريع نيز وجود دارد كه قطع مدار در زمان معيني تنظيم نمي شود بلكه فيوز با عبور جريان بيشتر از نامي خط فوراً قطع مي گردد.

ت- فيوز توان بالا

در شبكه هاي فشار ضعيف با توان زياد از فيوزهاي NH استفاده مي شود. اين فيوزها داراي دسته اي مي باشند كه توسط آن فيوزها در جاي خود مي اندازند و يا خارج مي كنند و به آن فيوزكش گويند.

ث- فيوز فشار قوي

فيوزهاي H.H براي فشار قوي مورد استفاده قرار مي گيرند و خيلي بلندتر از فيوزهاي معمولي تا 500 ولت است. براي حفاظت ترانسفورماتورهاي توزيع و اندازه گيري مورد استفاده قرار مي گيرند.

فيوز H.H فقط در جايي بكار برده مي شود كه قدرت اتصال كوتاه از MVA400 تجاوز نكند. ساختمان فيوز H.H شبيه فيوز فشار ضعيف است. در داخل يك لوله چيني يا فيبري بزرگ سيم فيوز بصورت مارپيچ قرار گرفته و در دو انتها به دو کلاهك فلزي محكم شده است. سيم فيوز بطور آزاد در داخل براده كوارتز قرار گرفته يا مدار در داخل لوله دندانه است و سيم از داخل دندانه ها عبور كرده است. فيوزهاي فشار قوي داراي يك سيم فرعي اند كه با قطع شدن آن دکمه اي به خارج پرتاب مي شود و نشان مي دهد كه فيوز سوخته است. مي توان از حركت اين دكمه براي مدار فرعي استفاده كرد كه از قطع فيوز در داخل اطاق فرمان اطلاع حاصل كرد.

انتخاب نوع فيوز

براي خطوط ساده فيوزهاي ذوب شونده جهت حفاظت كافي است. اما در شبكه هاي گسترش يافته با مصرف كنندگان صنعتي تنها فيوزهاي ذوب شونده كافي نيست. زيرا در صورت سوختن يكي از سه فيوز قبل از دو فيوز ديگر موتور تحت ولتاژ دو فاز باقي مانده و خطر سوختن آن در بين است. بايد از فيوز بي متال و مغناطيسي استفاده كرد مقدار فيوز براي كابل يا سيم معلوم با توجه به شدت جريان مجاز عبوري از سيم و جريان نامي فيوز انتخاب مي شود.

جداول زير جريان مجاز سيم و فيوز را مشخص مي كنند.

تعيين افت ولتاژ مجاز و انتخاب سطح مقطع هادي

خطوط هادي الكتريسيته در حقيقت مقاومتهاي الكتريكي هستند كه از آنها جريان عبور مي كند. با اتصال مصرف كننده به چنين خطوطي و عبور جريان از آنها در خط افت ولتاژ پديد مي آيد.

با توجه به قانون اهم :            مقاومت خط ×  جريان مصرفي = افت ولتاژ

                                                            DU = l.R

در انتهاي خط ولتاژ به اندازه DU2 كمتر از ولتاژ ابتداي خط است. آنچه كه براي مصرف كننده مهم است تامين توان نامي آن است.

براي رسيدن به اني امر بايد نكات زير را درگرفت :

الف- سطح مقطع كابل و در نتيجه مقاومت آن را بايد طوري انتخاب كرد كه افت توان از حد معيني تجاوز نكند و در ضمن حرارت ايجاد شده در اثر عبور جريان از حد معيني تجاوز نكند.

ب- هاديها بايد استحكام مكانيكي كهفي داشته باشند. حداكثر افت ولتاژ به درصد در شبكه هاي گوناگون مطابق جدول زير مي باشد :

افت ولتاژ قابل در فشار ضعيف براي مصرف كننده هاي مختلف چنين است :

1-   افت ولتاژ در مورد مصرف كننده هاي روشنايي 5/1 درصد

2-   افت ولتاژ در مورد مصرف كننده هاي الكترومغناطيسي مانند موتور و غيره 3 درصد

موازي بستن آلترناتورها :

اتصال يك آلترناتور با آلترناتور ديگر بطور موازي و يا اتصال آلترناتوري به يك شبكه جريان متناوب را عمل سنكرونيزاسيون مي نامند. و براي سنكرونيزاسيون مناسب شرايط زير لازم است :

الف- تساوي ولتاژ موثر آلترناتورها

ب- متناسب بودن سرعت به طوري كه فركانسها باهم برابر باشند.

پ- تساوي فازها