موازنة بين مصادر الطاقة أحادية الطور وثلاثية الطور

موازنة بين مصادر الطاقة أحادية الطور وثلاثية الطور

سنتعلم في هذا المقال أوجهَ الاختلاف بين مصادر التيار المتناوب ثلاثيِّ الطور وأحادي الطور؛ فنرى الفروقَ الرئيسة بينهما، وأساسيات أنظمة كلّ من المصدرين.

مقدمة:

حوالي 90 % من الطاقة الكهربائية التي نستخدمها في حياتنا اليوميّة من مصدر متناوب، سواءٌ أكانت أجهزتنا المنزلية أم معداتنا المكتبية أم الآلات الصناعية، لأننا نستخدم مصدرَ التيار المتناوب لتشغيل هذه الأجهزة.

في حال كنت مبتدئًا، فالتيارُ المتناوب أو ما نرمز له ببساطة بالرمز AC هو نوعٌ من الطاقة الكهربائية، يتغير فيه التيارُ الكهربائيّ تغيرًا دوريًّا، من حيث المطال والاتجاه. كذلك الأمرُ  في توصيل طاقة التيار المتناوب بحَسَب الاستخدام المراد، إمّا في نظام أحادي الطور وإمَّا في ثلاثي الطور.

يتكون نظام الطاقة المتناوبُ أحاديُّ الطور من سلكين؛ يعرف الأوَّلُ بالطور (أو أحيانًا نسمّيه خطًّا (line) أو الحي أو الحامي) والسلك الحيادي.  أمّا في حالة النظام ثلاثي الطور؛ فَلَكَ  استخدامُ ثلاثة أسلاك أو أربعة لنقل الطاقة (لا حياديّ في حالة ثلاثة أسلاك ثلاثية الطور. وجميع الأسلاك الثلاثة أطوارٌ).

لندخلِ الآن في تفاصيل الأنظمة أحادية الطور وثلاثية الطور؛ فنرَ أيضًا الفرق بين مصادر كلٍّ منهما.

ما المقصودُ بمصدر الطاقة أحاديّ الطور؟

توَّزَع الطاقة الكهربائية  -كما أسلفنا- في المصدر أحاديّ الطور من سلكين فقط يُسمَّيان الطورَ والحياديّ أو (النتر).تأخذ طاقة التيار المتناوب شكل موجة جيبية؛ فيبلغ الجهدُ في المصدر أحاديّ الطور ذروتَه عند °90 خلال الدورة الموجبة، ويبلغها مرة ثانية عند °270 خلال الدورة السالبة.

 

منحنى بياني لموجة جهد المَنبع أحاديّ الطور.
منحنى بياني لموجة جهد المَنبع أحاديّ الطور. مصدر الصورة: Electronics Hub

 

ينقل سلكُ الطور التيارَ إلى الحمل ويؤمن السلك الحيادي مسارَ عودة التيار.

عادةً ما يكون الجهد أحاديُّ الطور 230 فلتًا والتردد 50 هرتزًا (يعتمد هذا على المكان الذي تعيش فيه).

لا يمكن توصيل تغذية مستمرة إلى الحمل؛ لأنَّ قيمةَ الجهد في المصدر أحاديّ الطور ترتفع وتنخفض -(تبلغ الذروة والقاع)-.

 

المحاسن:

  • إن هذا المصدر هو شكل شائع من مصادر الطاقة لمعظم احتياجات الطاقة الصغيرة؛ فتقريباً كل الاحتياجات السكنية تُؤمّن من مصدر أحادي الطور؛ إذ تحتاجُ الأجهزة المنزلية إلى قدر صغير من الطاقة لتشغيل الأضواء والمراوح والمبردات والسّخانات ومكيفات الهواء الصغيرة، وما إلى ذلك.
  • غالباً ما يكون تصميمُ نظام إمداد الطاقة وتشغيلها أحاديَّ الطور بسيطاً.
  • يكون المصدر أحادي الطور كافياً للأحمال حتى 2500 واط، وذلك حَسَبَ المنطقة..

 

المساوئ:

  • لا يتأتى تشغيلُ المحركات الصغيرة أحادية الطور (ذات استطاعة أقل من ١ كيلو واط) بتغذية من مصدر أحادي الطور لعدم وجود عزمٍ ابتدائيّ كافٍ للمحرك. لذلك، نحن بحاجة إلى دارات إضافية كمقلعات المحرك Motor Starters (مثلَ: مكثف التشغيل في المراوح والمضخات)، وذلك للتّشغيل السليم.
  • لا تُشغّل الأحمالُ الثقيلة، مثلَ: المحركات الصناعية وغيرها من المعدات على مصدر أحادي الطور.

 

ما المقصود بمصدر الطاقة ثلاثي الطور؟

يتكون مصدر الطاقة ثلاثي الطور من ثلاثة أسلاكِ طاقةٍ (أو ثلاثة أطوار). ويعتمد وجود سلك الحيادي على نوع الدارة (التي يوجد منها نوعان؛ نجميٌّ Star ومثلثيٌّ Delta)، كذلك تكون كل إشارة للتيار المتناوب مزاحةً بالطور بمقدار °120 عن الأخرى في نظام التغذية ثلاثي الطور.

منحنى بيانيّ يوضِّح الأطوار الثلاثة وانزياح موجات الجهد والتيار في المنبع ثلاثي الطور. مصدر الصورة: Electronics Hub
منحنى بيانيّ يوضِّح الأطوار الثلاثة وانزياح موجات الجهد والتيار في المنبع ثلاثي الطور. مصدر الصورة: Electronics Hub

    في المصدر ثلاثي الطور في دورة واحدة °360؛ يصل كل طور إلى ذروة الجهد مرتين، ولا تنخفض القدرة إلى الصفر أبداً. ويجعل هذا التدفق المستمر للطاقة -والقدرة على التعامل مع الأحمال العالية، من المصدر ثلاثي الطور- مناسبًا للعمليات الصناعية والتِّجارية.وكما أسلفنا، ثمَّ نوعان من توصيلات الدارة في مصدر الطاقة ثلاثي الطور هما؛ مثلثيّ (دلتا) ونجميّ (Y).

ليس في توصيل دلتا سلكٌ محايد. وتستخدِم جميعُ أنظمة الجهد العالي هذا التكوينَ.

التوصيل النجمي للدارة في حالة المصدر ثلاثي الطور.
التوصيل النجمي للدارة في حالة المصدر ثلاثي الطور. مصدر الصورة: Electronics Hub

 

وصولاً إلى التوصيل النَّجمي أوY نجد في هذا التوصيل خطَّ الحيادي (الطرف المشترك أو النقطة المشتركة للدارة النجمية)، كذلك نجد في بعض الأحيان الخطَّ الأرضي.

 

التوصيل المثلثي للدارة في حالة المصدر ثلاثي الطور.
التوصيل المثلثي للدارة في حالة المصدر ثلاثي الطور. مصدر الصورة: Electronics Hub

 

تكون قيمة الجهد بين طورين في المصدر ثلاثي الطور 415 V، في حين تبلغ قيمته 240 V بين الطور وخطّ الحيادي.

بناءً على ذلك، يمكنك التزود بثلاثة مصادر طاقة أحاديةِ الطور من مصدر ثلاثي الطور (هذه هي الطريقة التي تُجرى عادة للأحمال السكنية والشركات الصغيرة).

ملاحظة:

ثمة فرقٌ بين مصدرٍ ثلاثيِّ الطور مباشرٍ ومصدرٍ ثلاثيِّ الطور منقسمٍ إلى ثلاثة مصادر أحادية الطور.

المحاسن:

  • لنفس الكَمية من الطاقة، يستهلك مصدر الطاقة ثلاثي الطور كَمية أقلّ من الأسلاك موازنةً بالمصدر أحادي الطور.
  • يُفضل في العادة استخدامُ شبكة تغذية ثلاثية الطور ؛ للأحمال التِّجارية والصناعية مع أنه في بعض البلدان (مثلَ معظم البلدان الأوروبية)، حتى تغذية المناطق السكنية تكون من مصدر ثلاثي الطور.
  • يحقّ لك تشغيلُ أحمال أكبر بسهولة بالغة.
  • لا تطلب المحركاتُ ثلاثية الطور الكبيرة (المستخدمة عادة في الصناعات) مقلعًا؛ لأن فرق الطور في مصدر الطاقة ثلاثي الطور سيكون كافياً لتوفير عزم دوران أوليٍّ كافٍ لتشغيل المحرك.
  • كل الطاقة الكهربائية المنتجة تقريباً هي طاقةٌ من مصدر ثلاثي الطور. وعلى الرغم من فكرة الطاقة متعددة الأطوار، فقد وجدت الدراسات أن مصدر الطاقة ثلاثي الطور أكثر توفيراً وأسهل إنتاجاً.
  • تكون الكفاية الإجمالية لمصدر الطاقة ثلاثي الطور أعلى عندَ موازنتها بمصدر طاقة أحاديِّ الطور لنفس الحمل.

 

الفرق بين مصادر الطاقة أحادية الطور وثلاثية الأطوار:

الآن، لننظر إلى الفرق بين مصادر الطاقة أحادية الطور وثلاثية الطور حيث إنَّ:

  • في مصدر الطاقة أحادي الطور، يتأتى التزودُ بالطاقة من سلكين يُسميان بـالطور والحيادي. أمَّا في مصدر الطاقة ثلاثيِّ الطور، فيكون التزوّد بالطاقة من ثلاثة أسلاك (وقد يكون من أربعةِ أسلاكٍ في حال تضمين سلك الحيادي).
  • قيمةَ الجهد في المصدر أحاديِّ الطور هي 230 V (فولتًا) على حين تبلغ -في المصدر ثلاثي الطور- قيمةُ الجهد 415 V.
  • يطلب المصدر أحاديُّ الطور أسلاكًا أكثرَ من المصدر ثلاثيِّ الطور لكَميّة الطاقة ذاتها.
  • تعد كفاية مصدر الطاقة ثلاثي الطور أكثر علوًا من مصدر الطاقة أحادي الطور وكذلك قدرتُه على نقل الطاقة هي أكبر أيضاً.
  • لأن مصدر الطاقة أحادي الطور يستخدم سلكين فقط، فالتعقيد الكليّ للشبكة يكون أقلَّ عند موازنته بمصدر ثلاثيِّ الطور مؤلفٍ من أربعة أسلاك (متضمنٍ الخطَّ الحيادي).

موازنة بين مصدر الطاقة ثلاثيِّ الطور وأحاديِّ الطور:

ولنرَ الآن مقارنة بين نظام منبع الطاقة أحادي وثلاثي الطور في الجدول التالي.

 

مصدر طاقة ثلاثي الطور مصدر طاقة أحادي الطور
يطلب مصدر الطاقة ثلاثي الطور ثلاثةَ موصلات. يطلب مصدرُ الطاقة أحاديُّ الطور موصلين.
تُسمى جميعُ الأسلاك (الموصلات) في النظام ثلاثي الطور بالأطوار. يُسمى السلكان (الموصلان) في نظام الطور الواحد بالطور والحيادي.
تحمل الأسلاك الثلاثة في المصدر الثلاثي الطور إشارةَ التيار المتناوب المختصّة بها، والإشارات الثلاثة منزاحة بعضُها عن بعضٍ بمقدار °120. نظراً لوجود سلك واحد فحسْب، هناك إشارة واحدة فقط للتيار المتردد (عادة ما تكون مَوجة جَيبية).
نظراً لوجود ثلاثة موصلات بفارق طور °120 يكون توصيل الطاقة في المصدر ثلاثي الطور دائماً ثابتاً ومتسقاً ( تعوِّض القممُ والانخفاضات في إشارة التيار المتناوب بعضها عن بعض). إيصال الطاقة في المصدر أحادي الطور ليس ثابتاً؛ لوجودِ القمم والانخفاضات في الجهد.
جهد المصدر في نظام الطاقة ثلاثي الطور هو 415 فولتًا. جهد المصدر في نظام الطاقة أحادي الطور هو 230 فولتًا.
يعدُّ مصدر الطاقة ثلاثي الطور أكثر كفاية إذ يمكنه توفير ثلاثة أضعاف كَمية الطاقة المقدمة من مصدر الطاقة أحادي الطور وذلك بسلك إضافيّ واحد فقط. يعدُّ المصدر أحاديُّ الطور أقلَّ كفايةً نسبيّاً من المصدر ثلاثي الطور؛ لنفس كَمية الطاقة.
عادة ما تُغذّى المراكز التّجارية والصناعات الكبيرة من مصدر ثلاثي الأطوار. يُقدَّم عادة مصدرُ الطاقة أحادي الطور للاحتياجات السكنية والمنزلية (يكون غالباً طورًا منفصلًا عن مصدرٍ ثلاثي الطور).
يتأتى للمصدر ثلاثي الطور التعاملُ مع المحركات الصناعية الكبيرة. مثالي للأحمال الصغيرة، مثلَ: الإضاءة والتدفئة.
السلكُ الحيادي في مصادر الطاقة ثلاثية الطور اختياريٌّ ( أيْ: لا يحتوي التكوين المثلثي على سلك حيادي؛ في حين قد يحتوي التكوين النجمي على واحد ). يحتوي مصدر الطاقة أحادي الطور دائماً على سلك حيادي (يعمل مسارَ عودةٍ من الحمل).
في حال حدوث مشكلة في طور أو طورين؛ ستستمر الأطوار أو الطور المتبقى في إيصال الطاقة في مصدر الطاقة ثلاثي الطور؛ لذا تَندرُ  -قليلًا- فرصة حدوث الخطأ. فرصة حدوث مشكلة في مصدر الطاقة أحادي الطور أعلى بسبب وجود طور واحد فقط (إذا تعطل؛ فلا توجد طاقة).

 

هل تحتاج إلى مصدر طاقةٍ ثلاثيِّ الطور؟

تقترح شركةُ توزيع الطاقة الكهربائية في منطقتك مصدرَ طاقة إمّا أحادي الطور وإمّا ثلاثي الطور وذلك وَفقاً لاحتياجاتك. فمن أجل المنازل والمتاجر الصغيرة؛ يكون مصدر الطاقة أحاديُّ الطور كافياً. ولكن إذا كنت تملك منزلاً كبيراً يحوي ثلاث وَحدات تكييف أو أربعًا- تعمل جميعُها في الوقت نفسِه، بالإضافة إلى سخانات مياه، ومضخة غاطسة كبيرة، وغسالة، وثلاجة ببابين، وما إلى ذلك- فربما تحتاج  إلى مصدرِ طاقةٍ ثلاثيِ الطور، موزعٍ الحملَ على الأطوار الثلاثة توزيعًا صحيحًا ومتوازنًا.

تزودك شركة توزيع الكهرباء بمصدر الطاقة ثلاثي الطور على شكل ثلاثة مصادر أحادية الطور منفصلة، في حال  عدم وجود أجهزة كهربائية تعمل على مصدر الطاقة ثلاثي الطور.

فمثلًا: إذا كان لديك ثلاثُ غرف نوم بها ثلاثة مكيفات؛ فستزوّد كلُّ غرفة منها بطور مختلف.

من الشائع أن يكون للشقق السكنية والتجمعات محولات مُختصّة تخفض قيمة الجهد من 11 kv (كيلو فولت) الذي يأتي من المحطة مباشرة إلى 240 v دون الاعتماد على محولة الشارع.


المصدر:هنا

ترجمة:يمام وردة، مراجعة:رُلا دنوره، تدقيق لغوي:محمد بابكر، تصميم: علي العلي، تحرير:نور شريفه.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.