Kolmivaihevirta

Sähkötekniikka

Alahaarat

Elektroniikka
Mittaustekniikka
Sähkövoimatekniikka
Säätötekniikka

Peruskäsitteitä

Kolmivaihevirta
Tasavirta
Vaihtovirta
Virtapiiri
Pätöteho
Näennäisteho
Loisteho

Fysikaalisia käsitteitä

Jännite
Resistanssi
Sähkövirta

Kolmivaihevirta (kolmivaihejärjestelmä) on yksi vaihtovirran muoto. Kolmessa vierekkäisessä johtimessa on sinimuotoinen, samantaajuinen ja yhtä suuri jännite. Jännitteiden välillä on 1⁄3 jakson (120°) vaihe-ero, jolloin vaiheista yhteensä käytettävissä oleva teho on koko ajan yhtä suuri. Vaihejohtimien lisäksi käytössä on usein nollajohdin. Kolmivaihevirtaa käytetään yleisesti, erityisesti voimansiirrossa, sillä vakiotehon käytöstä on joitakin käytännön etuja.

Yleistä

Kolmivaihevirran kaavio.
L1 = Musta
L2 = Punainen
L3 = Sininen

Kolmea vaihetta merkitään nykyään sähköjärjestelmässä tunnuksilla L1, L2 ja L3. Aikaisemmat^milloin? merkinnät vaiheille olivat R, S ja T. Vaihejohtimien värikoodi on yleensä ruskea, musta ja harmaa. Sähköjärjestelmän nollaa merkitään N:llä (tunnusväri sininen, vanhoissa asennuksissa harmaa, valkoinen tai vaaleansininen) ja suojamaata PE:llä (tunnusväri kelta-vihreä, vanhoissa asennuksissa punainen).

Vaiheen ja nollan välistä jännitettä kutsutaan vaihejännitteeksi U_P, joka Suomen pienjänniteverkossa on 230 V ($400V/{\sqrt {3}}$). Vaiheiden välistä jännitettä kutsutaan pääjännitteeksi. Verkon pääjännite on ${\sqrt {3}}\cdot U_{P}$, Suomen pienjänniteverkossa 400 V.

Puhekielessä kolmivaihevirtaa kutsutaan myös nimellä "voimavirta". Vastaavasti yksivaiheista virtaa kutsutaan "valovirraksi" tai "seinävirraksi". Kaikki nämä käsitteet viittaavat ensi sijassa tyypilliseen käyttötarkoitukseen, eivätkä niinkään sähkön "voimallisuuteen". Voimavirran kohdalla viitataan historiallisesti siihen, että kolmivaihevirralla on helpompi pyörittää mekaanista voimaa tuottavia moottoreita. Se on usein "voimallisempaa" kuin valovirta, kun sen tyypillinen käyttötarkoitus niin vaatii, mutta esimerkiksi laajat valaistusverkostot usein myös toimivat suuremmilla tehoilla valovirrasta kuin yksittäinen ns. voimavirtamoottori. Siksi nykykäytännössä on toivottavaa puhua nimenomaan kolmivaihevirrasta, ja tarpeen vaatiessa täsmentää erikseen jännite sekä virransietokyky, lopullisen tehon määreinä.

Kolmivaihesähkö muissa maissa

Keski-Euroopassa, erityisesti ranskankielisessä Belgiassa, sekä Norjassa on edelleen käytössä kolmivaihejärjestelmiä, jossa 230 V saadaan kahden vaihejohtimen väliltä. Tällöin kumpikaan johdin ei ole nollajohdin ja mm. pistorasioiden molemmissa koskettimissa on hengenvaarallinen (noin 133 V) jännite maahan verrattuna. Tämän vuoksi tällaisessa järjestelmässä olevissa nykyaikaisissa asennuksissa kaikki johdonsuojakytkimet katkaisevat molemmat johtimet (ranskaksi disjoncteur bipolaire). Lisäksi vikavirtasuojakytkin (ranskaksi dispositif différentiel à courant résiduel) kytkee sähköt pois, mikäli kyseisten kahden vaiheen välillä on virtaero. Tyypillisesti suoja laukeaa 30 milliampeerin erosta. Virtaero merkitsee sitä, että järjestelmässä on jossain vaiheen ja maan välinen virtapiiri, eli ongelmatilanne.

Pohjois-Amerikassa yksityisasuntoihin ei tule kolmivaihevirtaa, vaan aina nolla ja kaksi vaihetta, joiden vaihe-ero on 180° ja niiden välistä saa siten 240 V. Yleensä yksityisasunnon kuorma on pääkytkimellä (katkaisijalla) rajattu 200 ampeeriin. 120 V vaihejännitteen mukainen 208 V kolmivaihejärjestelmä on kuitenkin käytössä. Esimerkiksi kaupallisissa kiinteistöissä pistokejännite (120V nollajohtimen ja vaiheen välillä) saadaan aikaan kolmivaiheisilla 120/208V, kolmio-tähti tai yksivaiheisilla 120/240V kuivamuuntajilla. Jäähdytys ja muu LVI-kuorma yleensä kytketään kaupallisissa ja teollisissa kiinteistöissä 277/480V kolmivaihejärjestelmiin, joita syötetään tähtijärjestelmän kolmen vaiheen ja nollajohtimen kautta jakelumuuntajilta.

Kolmivaiheteho resistiivisellä kuormalla

Kolmivaihekytkennässä vaihejännitteellä U_P ja verkon vaiheen virralla I_P saatava teho on 3·U_P·I_P. Esim. 3x16 A 3-vaihesulakkeiden maksimikuormitus on 3·230 V·16 A ≈ 11 kW.

Kolmivaiheverkon tähtikytkennässä vaihejännitteellä U_P ja kuorman virralla I_L (=verkon vaihevirta) saatava teho on $P=3\cdot U_{P}\cdot I_{L}$.

Kolmivaiheverkon kolmiokytkennässä vaihejännitteellä U_P (=verkon pääjännite) ja kuorman virralla I_L saatava teho on $P=3\cdot U_{P}\cdot I_{L}$. Tällöin verkon vaihevirta I_P on ${\sqrt {3}}\cdot I_{L}$.

Katso myös

• Tähti-kolmiomuunnos
• Kaksivaihevirta

Kirjallisuutta

• Voipio, Erkki: Virtapiirit ja verkot. Helsinki: Otatieto, 2001 (1976). ISBN 951-672-082-X