8.9 : חלוקת חשמל במעגלים תלת-פאזיים וחד-פאזיים

חלוקת חשמל בתוך מעגלים חשמליים היא חלק בסיסי ממערכות האנרגיה הביתיות והתעשייתיות. בעוד שחשמל חד-פאזי נפוץ בהתקנות ביתיות, חשמל תלת-פאזי הוא הסטנדרט עבור סביבות תעשייתיות עם מכונות כבדות. כל מערכת היא שונה עם יתרונות משלה, וחשוב להבין את העקרונות הבסיסיים של חלוקת חשמל ויעילות החומרים.

חלוקת חשמל חד-פאזי:

מעגלים חד-פאזיים נפוצים בסביבות ביתיות, ומערכת זו משתמשת בשני חוטים. הזרם במערכת זו נקבע על פי ההספק הנספג על ידי העומס ומתח הקו:

אובדן ההספק בחוטים בשל התנגדות הוא פרופורציונלי לריבוע הזרם:

כאשר R הוא ההתנגדות של החוטים.

חלוקת חשמל תלת-פאזי:

מערכת תלת-פאזית מאוזנת, הנפוצה ביותר בסביבות תעשייתיות. במערכת זו, הזרם מתחלק בין שלושת החוטים, מה שמפחית את הזרם בכל חוט בהשוואה למערכת חד-פאזית עם אותה רמת הספק. בהנחה של אותו זרם והתנגדות בכל פאזה, אובדן ההספק הכולל הוא סכום האובדנים בכל פאזה.

גודל חוטים וצריכת חומר:

כאשר משווים גדלי חוטים לאובדן הספק שווה בשתי המערכות, שטח החתך של החוטים במערכת חד-פאזית חייב להיות גדול יותר מאשר במערכת תלת-פאזית כדי לשאת את הזרם המוגבר ללא הגדלת אובדן ההספק. באופן ספציפי, מערכת חד-פאזית דורשת חוטים בעלי שטח חתך כפול מזה של כל חוט פאזי במערכת תלת-פאזית. המשמעות היא שהמערכת החד-פאזית תדרוש חוטים בעלי שטח חתך גדול יותר כדי להתמודד עם עומס חשמל זהה למערכת התלת-פאזית, מה שמוביל לעלייה של כ-33% בחומר המוליך.