8.9 : توزيع الطاقة في دوائر ثلاثية الطور وأحادية الطور

يعد توزيع الطاقة داخل الدوائر الكهربائية جانبًا أساسيًا لأنظمة الطاقة السكنية والصناعية. في حين أن الطاقة أحادية الطور شائعة في البيئات السكنية، فإن الطاقة ثلاثية الطور هي المعيار للبيئات الصناعية ذات الآلات الثقيلة. يختلف كل نظام عن الآخر وله مزايا، ومن الضروري فهم المبادئ الأساسية لتوزيع الطاقة وكفاءة المواد.

توزيع الطاقة على مرحلة واحدة:

تعتبر الدوائر أحادية الطور نموذجية في البيئات المنزلية؛ يتم استخدام نظام من سلكين. يتم تحديد التيار في هذا النظام من خلال الطاقة التي يمتصها الحمل والجهد الخطي:

يتناسب فقدان الطاقة في الأسلاك بسبب المقاومة مع مربع التيار:

حيث R هي مقاومة الأسلاك.

توزيع الطاقة على ثلاث مراحل:

نظام متوازن ثلاثي المراحل، يستخدم على نطاق واسع في البيئة الصناعية. في هذا النظام يتم تقسيم التيار بين الأسلاك الثلاثة، مما يقلل التيار في كل سلك مقارنة بالنظام أحادي الطور بنفس مستوى الطاقة. بافتراض وجود نفس التيار والمقاومة في كل مرحلة، فإن إجمالي فقدان الطاقة هو مجموع الخسائر في كل مرحلة.

حجم السلك واستهلاك المواد:

عند مقارنة أحجام الأسلاك لفقد الطاقة المتساوي في كلا النظامين، يجب أن تكون مساحة المقطع العرضي للأسلاك في نظام أحادي الطور أكبر من تلك الموجودة في نظام ثلاثي الطور لتحمل التيار المتزايد دون زيادة فقدان الطاقة. على وجه التحديد، يتطلب النظام أحادي الطور أسلاكًا ذات مساحة مقطعية ضعف مساحة كل سلك طور في النظام ثلاثي الطور. وهذا يعني أن النظام أحادي الطور سيتطلب أسلاكًا ذات مساحة مقطع عرضي أكبر للتعامل مع نفس حمل الطاقة مثل النظام ثلاثي الطور، وهو ما يترجم إلى زيادة بنسبة 33٪ تقريبًا في المواد الموصلة.