Kolmefaasiline süsteem

Kolmefaasiline süsteem on mitmefaasiliste elektriahelate süsteemi erijuhtum, milles on kolm võrdse sagedusega, üksteise suhtes kindla nurga võrra ajas nihutatud siinuselist (ühe allikaga loodud) elektromotoorjõudu. Need elektromotoorjõud (nagu ka vastavad elektrivoolud) on üksteise suhtes nihutatud 1⁄3 perioodi ehk 120° võrra. Kolmefaasilise süsteemi ajalugu on seotud mitmete isikutega. Itaallane Galileo Ferraris uuris aastal 1885 mitmefaasilisi vahelduvvoolusid. Nikola Tesla oli seotud mitmefaasiliste süsteemide uurimisega alates aastast 1882 ja konstrueeris 1887 kahefaasilise vahelduvvoolumootori, mida oli kavas kasutada Ameerika vahelduvvooluvõrgus. Charles Schenk Bradley tegi aastatel 1887 ja 1888 ettepaneku mitmefaasiliste süsteemide kasutuselevõtuks. Esimese kolmefaasilise generaatori ehitas saksa leiutaja Friedrich August Haselwander aastal 1887. Kolmefaasilise süsteemi võttis kasutusele Saksamaa firma AEG peakonstruktor Mihhail Ossipovitš Dolivo-Dobrovolski. Ta demonstreeris kolmefaasilise süsteemi eeliseid võrreldes teiste süsteemidega, tehes esitlusi asünkroonmootoriga. 20. sajandi alguse eestikeelses tehnikakirjanduses oli saksa keele eeskujul mitmefaasilise voolu kohta kasutusel sõna "keerdvool" (Drehstrom), kuna sellega kaasneb pöörlev magnetväli. Pöörleva pingesüsteemiga kaasnev magnetväli oli väga oluline tööstuses, eriti elektrimootorite käimapanekul. Seetõttu on tavakeeles kolmefaasilist toitesüsteemi nimetatud ka "tööstusvooluks" (промышленный ток). Väiksem juhtmematerjali kulu. Võimalus tekitada pöörlevat magnetvälja, mis on vajalik elektrimootori ning paljude teiste elektriseadmete tööks. Kolmefaasilised elektrimootorid (asünkroonmootorid ja sünkroonmootorid) on ehituselt lihtsamad ja seega odavamad kui alalisvoolumootorid, ühe- või kahefaasilised elektrimootorid. Võimalus saada kaks erinevat tööpinget ühes seadmes – faasipinge ja faasidevaheline pinge, ning kaks erinevat võimsustaset tähtühenduse või kolmenurkühenduse valikuga. Tähtühendus on ühendus, kus elektrigeneraatori kõigi kolme mähiste ühed otsad on kokku ühendatud. Seda ühenduspunkti nimetatakse neutraalpunktiks (varem nullpunktiks). Samamoodi on ühendatud elektritarviti faaside otsad. Juhet, mis ühendab kahte neutraalpunkti omavahel nimetatakse neutraaljuhtmeks (neutraaljuhiks). Kui elektritarviti näivtakistused Za, Zb ja Zc on omavahel võrdsed, siis sellist koormust saab nimetada sümmeetriliseks. Liinijuhtme ja neutraaljuhtme vahelist pinget nimetatakse faasipingeks. Kahe liinijuhtme vahelist pinget nimetatakse faasidevaheliseks pingeks ehk liinipingeks. Liinipinge ja faasipinge vaheline seos tähtühenduse korral: U L = 3 × U F . {\displaystyle \qquad U_{L}={\sqrt {3}}\times {U_{F}}.} Liini- ja faasivoolud on tähtühenduse korral võrdsed: I L = I F . {\displaystyle I_{L}=I_{F}.} Kolmefaasilises süsteemides on sümmeetrilise koormuse erijuhul elektritarvititel ühesuurused faasipinged, isegi kui neutraaljuhe puudub. Kui tegemist on mittesümmeetrilise koormusega, siis neutraali katkemisel võib elektritarviti sattuda faasipingest kõrgema alla. See on sageli elektriseadmete riknemise põhjuseks. Ohu vähendamiseks ehitatakse tarbija lähedale (liitumispunkti juurde) kordusmaandus. Kolmnurkühendus on ühendus, kus ühefaasilised vooluahelad on ühendatud kolmnurka: esimese ühefaasilise ahela lõpp on ühendatud teise algusega, teise ühefaasilise ahela lõpp kolmanda alusega, ning kolmanda ühefaasilise ahela lõpp on ühendatud esimese algusega. Maast isoleeritud kolmnurkühenduses juhistiku eeliseks on asjaolu, et isolatsioonirike ei põhjusta elektri väljalülitumist. Ühtlasi on see ka maast isoleeritud kolmnurkühenduse puuduseks hoone elektripaigaldistes, kus puuduvad sellele erisüsteemile sobilikud isolatsioonikontrolliseadised. Tavalised rikkevoolukaitselülitid ei pruugi rikke korral rakenduda. Mähiste kolmnurkühenduse korral on liini- ja faasipinged võrdsed: U L = U F . {\displaystyle \qquad U_{L}=U_{F}.} Liini- ja faasivoolude vahel kehtib sümmeetrilise koormuse korral seos: I L = 3 × I F . {\displaystyle I_{L}={\sqrt {3}}\times {I_{F}}.} Selleks et juhtmeid saaks paigaldamise, hoolduse ja remondi korral hõlpsalt üksteisest eristada, kasutatakse eri maades mitmesuguses värvikombinatsioonis isolatsiooniga juhtmeid.