1-تفاوت برق سه فاز و تک فاز

برق سه‌فاز بعد از تولید وارد چرخه‌ی انتقال و توزیع می شود. در مرحلۀ انتقال این فرایند نیازی به وجود سیم نول نیست و مرحلۀ انتقال برق به صورت سه‌فاز بدون سیم نول انجام می شود ولی در مرحلۀ توزیع با توجه به این‌که سیستم‌های شهری و خانگی از برق تک‌فاز استفاده می‌کنند پس احتیاج به سیم نول داریم، در پست‌های توزیع نقطه‌ای به عنوان نقطۀ خنثی در زمین در نظر می گیریم و سیم نول را به نقطۀ خنثی متصل کرده و این سیم نول رو همراه با سه فازی که از نیروگاه منتقل شده و در پست‌های کاهنده به سطح ولتاژ مناسب تبدیل شده‌اند، به سمت خط‌های توزیع انتقال می‌دهیم. بنابراین فرق سیستم سه‌فاز با تک فاز این است که برق سه‌فاز دارای چهار رشته سیم است که سه‌ سیم اول، فازهای اول، دوم و سوم هستند و سیم چهارم، سیم نول است.و در برق تک‌فاز فقط دو رشته سیم وجود دارد که یکی فاز و دیگری نول است. سیم فاز در برق تک فاز یکی از سیم‌های فاز در برق سه‌فاز است که با توجه به میزان مصرف، این سه‌فاز را به سه فاز مجزا همراه با یک سیم نول تقسیم می‌کنیم. در برق تک فاز اگر  با یک مولتی‌متر ولتاژ سیم فاز و نول را اندازه‌گیری کنیم عدد 220 ولت را مشاهده می‌کنیم که به ولتاژ فازی معروف است. ولی در برق سه‌فاز اگر با یک مولتی‌متر، اختلاف پتانسیل (ولتاژ بین هر فاز و نول) را اندازه بگیریم همان 220 ولت را مشاهده می‌کنیم ولی اگر ولتاژ بین دو فاز را اندازه بگیریم عدد 380 ولت را مشاهده میکنیم که ولتاژ خط نامیده می‌شود. این تفاوت به خاطر این‌ است که ما در ولتاژ خط عدد 220 را در یک رادیکال 3 ضرب می‌کنیم.

2-تبدیل برق سه فاز به تک فاز

از شبکۀ توزیع برق توسط تیرهای برق داخل کوچه‌ها و خیابان‌ها معمولا 5 سیم عبور می کند که بالاترین سیم نول هست و سیم دوم (فاز شب) مختص روشنایی معابر و خیابان‌ها هست و سه سیم پایینی به ترتیب فازهای اول،دوم و سوم R,S,T)) هستند. پس توزیع برق به صورت سه‌فاز هست.حال برای مصارف تک‌فاز، از یکی از سیم‌های فاز و یک سیم نول استفاده می‌کنیم و به این صورت برق تک فاز مورد نیاز را تامین کنیم. ولی باید به این نکته توجه کنیم که جریان‌های کشیده شده توسط هر فاز را بطور یکسان بین هرفاز تقسیم کنیم تا سیستم سه فاز از حالت تعادل خارج نشده و هزینه‌‌ی برق خیلی بالا نرود.

3-چرا برق سه‌فاز نول ندارد؟

در برق تک فاز به این دلیل از سیم نول استفاده می‌شود که مصرف‌‌کننده برای روشن شدن نیاز به یک اختلاف پتانسیل دارد و یک سیم فاز به تنهایی نمی‌تواند این اختلاف پتانسیل را ایجاد و مدار را تکمیل کند. پس با یک سیم نول در مصارف تک فاز این اختلاف پتانسیل را برای راه‌اندازی وسایل تک فاز ایجاد می‌کنیم. ولی در برق سه‌فاز و اختلاف پتانسیلی که بین سه‌ تا فاز وجود دارد، دیگر نیازی به سیم نول برای ایجاد اختلاف پتانسیل نداریم و تمام مصرف‌کننده‌های برق سه‌فاز مستقیم به برق سه‌فاز وصل و با همون اختلاف پتانسیل بین فازها راه‌اندازی می‌شوند. پس به همین دلیل ما در برق سه‌فاز نیازی به سیم نول نداریم.

4-چرا برق سه‌فاز نول ندارد؟

در صنعت به دلایل اقصادی و مهندسی، تولید، انتقال و توزیع برق به صورت سه‌فاز مقرون به صرفه است. از مزایای برق سه‌فاز می‌توان به این مورد اشاره کرد که در مرحلۀ انتقال و با داشتن سیستم سه‌فاز می‌توان از آلومینیوم و مس کمتری در هادی‌های خط استفاده کرد، بنابراین هزینه‌ها به شدت کاهش پیدا میکند، زیرا در بار متعادل به جای مصرف شش هادی فقط از سه هادی استفاده میکنیم (هادی همان کابل‌های انتقال نیرو می‌باشد). طبق قانون اهم هرچه ولتاژ بیشتر باشد، جریان کاهش پیدا میکند، توسط برق سه فاز با سطح ولتاژ زیاد در مرحله‌ی انتقال می‌توانیم جریان را به شدت کاهش دهیم، پس در نتیجه از هادی‌هایی با سطح مقطع خیلی کمتر استفاده می‌کنیم که این مورد نیز باعث صرفه‌جویی در مصرف مس و آلومینیوم و همچنین کاهش هزینه‌ها میشود.از دیگر مزایای برق سه فاز وجود اختلاف پتانسیل بین فازها هست که می‌توانیم با این اختلاف پتانسیل یک میدان دوار مغناطیسی ایجاد کنیم تاساخت موتورهای القایی ارزان‌تر شود.

5-کابل مناسب برای برق سه‌فاز

برای اینکه بتوان کابل مناسب برای انتقال برق سه فاز را انتخاب کرد، نیاز به دانستن دو پارامتر داریم: 1- جریانی که قرار است از شبکه کشیده شود و 2- طول مسیر انتقال و محاسبه‌ی افت ولتاژ در مسیر. با توجه به تخمین جریان مجاز و محاسبات افت ولتاژ و متراژ مسیر، می‌توانیم با استفاده از جدول جریان‌های مجاز سطح مقطع کابل را محاسبه کنیم.

6-کنترل فاز چیست و در چه صورتی عمل می‌کند؟

همان‌طور که قبلا اشاره کردیم، باید برای مصارف و تجهیزاتی که با برق سه‌فاز کار میکنند یک تابلو برق به منظور جلوگیری از خسارات و حفاظت از این تجهیزات و وسایل در مقابل یک‌ سری مسائل در نظر بگیریم. یکی از این تجهیزات که داخل تابلو برق باید نوشته شود کنترل فاز می‌باشد.کنترل فاز وظیفۀ حفاظت از موتور در برابر اختلالات ولتاژ را بر عهده دارد و هر زمان که در ولتاژ ما اختلالاتی مثل قطع شدن یکی از فازهای سه‌فاز یا به عبارت دیگر دو فاز شدن شبکه، جابه‌جایی و از توالی خارج شدن فازها، نامتقارن شدن فازها و نوسان برق مانند بالارفتن و یا پایین‌ آمدن ولتاژ از حد مجاز اتفاق بیوفتد، کنترل فاز سریع عمل کرده و مانع آسیب رسانی به موتور سه فاز شده و جریان برق موتور رو قطع می‌کند.

7- ولتاژ بالاتر و پایین تر از حد مجاز

در شبکه‌ی برق ایران ولتاژ استاندارد در سیستم تک‌فاز 220 تا 230 ولت و در برق سه فاز بین 380 تا 400 ولت است و اگر مقدار ولتاژ ما کمتر یا بیشتر از این حدود باشد خسارات جبران‌ناپذیری به تجهیزات و مصرف‌کننده‌های برق تک فاز و سه فاز وارد می‌شود که برای جبران و جلوگیری از خسارات ناشی از ولتاژ بالاتر و یا پایین‌تر از حد مجاز از تجهیزاتی حفاظتی در مدار استفاده می‌کنیم.

8- قطع شدن یکی از فازها در برق سه‌فاز

ممکن است در شبکۀ برق سه‌فاز به هردلیلی یکی از فازها قطع شده و به عبارتی شبکه دوفاز شود. این مشکل ممکن است ناشی از قطعی در داخل کابل ورودی یا خارج‌شدن یکی از فازها از زیر ترمینال باشد و یا می‌تواند مربوط به خود شبکه باشه که در این مورد باید با اداره برق تماس گرفت و مشکل را پیگیری کرد. قطع شدن یکی از فازها هم می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به مصرف‌کننده‌های برق سه‌فاز وارد کند که برای جلوگیری و محافظت از این مصرف کننده‌ها از تجهیزات حفاظتی استفاده می‌شود. به طور مثال اگر یکی از فیوزهای برق سه‌فاز خراب شده و بسوزه و این خرابی باعث قطع شدن یکی از فازها شود و از تجهیزات حفاظتی استفاده نکرده باشیم که بتواند این خطا را کشف و جریان را قطع کند، جریان هر کدام از سیم‌پیچ‌های موتور که دارای فاز هستند افزایش پیدا کرده، موتور داغ شده و نهایتا می‌سوزد.

9-جا به جایی فازها

برق سه فاز همانطور که قبلا اشاره کردیم، دارای سه رشته سیم هست که هر کدام به ترتیب با هم 120 درجه اختلاف فاز دارند. به همین دلیل هر کدام از این فازها را با یک حرف میشناسیم مانند R,S,T)) ویا (L1,L2,L3) به این فرآیند توالی فاز می‌گویند و این توالی باید برای بهره‌برداری از برق سه‌فاز رعایت شود، چون رعایت نکردن این توالی می‌تواند خسارات غیرقابل جبرانی به مصرف‌کنندۀ سه‌فاز بزند. فرض کنید که یک موتور سه‌فاز دارد و با سرعت 2500 دور در دقیقه و بصورت راست‌گرد میچرخد و به طور ناگهانی جای دوتا از فازها با هم عوض می‌شود، حداقل اتفاقی که برای موتور می‌افتد ضربه‌ی شدید به تجهیزات مکانیکیش هست که این ضربه می‌تواند عمر موتور را به شدت کاهش داده و یا حتی باعث سوختن آن شود.

10- عدم تقارن فازها

منظور از تقارن در شبکۀ برق سه‌فاز وجود دامنۀ یکسان برای هر سه‌فاز و داشتن اختلاف زاویۀ 120 درجه و یا صفر است که به عبارتی سه گروه متقارن به صورت مثبت، منفی و صفر وجود دارند. حال اگر به هر دلیلی این دامنه کم یا زیاد و یا جابه‌جا شود، باعث ایجاد عدم تقارن فازها میشود که می‌تواند به مصرف‌کنندۀ سه‌فاز آسیب بزند.

11- انواع تابلو برق سه‌فاز :

تابلوهای برق مجموعه‌ای از تجهیزات سوئیچینگ (قطع و وصل)،تجهیزات حفاظت مداری، تجهیزات اندازه‌گیری، تجهیزات کنترلی و تجهیزات تنظیم‌کنندگی هستن و در هر کجا که از انرژی برق برای مصرف بهره‌برداری می‌شود حتما باید از یک تابلو برق استفاده کنیم. تابلو برق‌ها بطور معمول از لحاظ سطح ولتاژ تقسیم‌بندی می‌شوند. تابلو برق‌هایی که ولتاژ کاری تجهیزاتشان حداکثر تا 1000 ولت هست به عنوان تابلو برق‌های فشار ضعیف و تابلوهایی که ولتاژ کاریشان بالاتر از 1000 ولت هست را به عنوان تابلو برق‌های فشار متوسط میشناسیم. تابلو برق‌های سه‌فاز میتوانند دارای تجهیزاتی باشند، مانند کنتاکتور که برای قطع و وصل مدار فرمان یک سیستم به کار گرفته میشود ،تجهیزات حفاظتی مانند بی‌متال‌ها که برای جلوگیری از عبور بیش از حد جریان هستند، انواع کلیدها برای قطع و وصل کردن مدار که هرکدام دارای انواع مختلفی هستند. در تابلو برق‌های سه فاز از انواع رله‌ها نیز استفاده می‌کنیم که این رله‌ها می‌توانند برای قطع و وصل کردن مدار در اثر به وجود اومدن خطاها باشند مانند کنترل بارها،کنترل فازها و یا حتی رله‌هایی برای مشخص کردن یک تایم مشخص برای روشن ماندن یک المان مانند یک موتور که به تایمرها و رله‌های زمانی معروف هستند. همچنین از تجهیزات اندازه‌گیری مثل ولت‌مترها، آمپرمترها، کسینوس فی مترها، فرکانس‌مترها و وات‌مترها استفاده‌های زیادی می‌شود تا بتونیم همه‌ی این مولفه‌ها را در مدار مدیریت کنیم. در برخی موارد از ترانس جریان و ولتاژ که به CT ها و PT ها معروف هستند به منظور افزایش و یا کاهش جریان و ولتاژ استفاده می شود. همه‌ی این ادوات و تجهیزات در یک محفظۀ معمولا̋ فلزی و یا پلاستیکی جا داده می‌شوند که به این محفظه، بدنۀ تابلو می‌گویند. تابلو برق‎‌ها می‌توانند در انواع ایستاده و یا دیواری ساخته و مونتاژ شوند. هر تابلو برق باید دارای یک نقشه باشه که هر اپراتور یا تعمیرکاری مداربندی و سیم‌بندی‌ آن را متوجه شود تا بتواند مسیر ها را تشخیص داده و در صورت نیاز آن‌ها را پیدا و تعمیر کند.