Indikator poretka faza u trofaznoj mreži

Danas je nabavljen indikator poretka faza u trofaznoj gradskoj mreži njemačkog proizvođača AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft). Tvrtka je pod navedenim imenom osnovana još davne 1887. godine, a prvi put je promijenila naziv 1967. godine kad se spojila sa tvrtkom Telefunken (AEG –  Telefunken). Nakon toga tvrtka je prošla kroz još nekoliko prestrukturiranja i spajanja te se do danas održala na tržištu kao jedan od vodećih proizvođača širokog asortimana električne opreme, aparata i uređaja. S obzirom da se logo tvrtke vrlo malo mijenjao teško je odrediti vremenski okvir u kojem je mogao nastati ovaj naš uređaj (vjerojatno u 1960-tim godinama).

Poredak faza trofazne gradske mreže važan nam je kod spajanja trofaznih elektromotora ili generatora na istu. Kod elektromotora o poretku faza ovisi smjer njihove vrtnje, a kod generatora sinkronizacija sa mrežom koju napajaju.

Treba primijetiti da ovdje čitavo vrijeme govorimo o redoslijedu ili poretku izmjenjivanja triju faza R, S i T, a ne o identifikaciji koja je točno faza R, koja S, a koja T. Naime, ovo potonje nije ni bitno. Zašto je to tako slikovito si možemo predočiti slijedećom skicom. Znamo da su faze u trofaznoj mreži međusobno pomaknute 120°. Nacrtati ćemo krug i na svakih 120° proizvoljno staviti oznaku jedne od faza: R, S ili T. Krug se može okretati i na jednu i na drugu stranu, a na vrhu je indikacijska strelica koja bilježi redoslijed prolaska faza ispod nje. Ovime smo dovoljno dobro simulirali izmjenu faza u trofaznoj mreži u svim mogućim kombinacijama.

Uočiti ćemo da u koju god mi stranu okretali krug i kako god međusobno mijenjali početne položaje slova R, S i T na krugu, uvijek ćemo na kraju ispod strelice dobiti samo jedan od dva moguća uzorka (redosljeda). Dakle, potpuno je nebitno za električne uređaje spojene na trofaznu mrežu sa kojim slovom započinje izmjena faza, bitno je samo koji ponavljajući uzorak kasnije odgovara određenoj kombinaciji. Uočavamo da zamjena bilo koje dvije faze u krugu uvijek mijenja i uzorak s jednog na drugi, jednako kao što to mijenja i promjena smjera okretanja kruga, dakle, ove dvije promjene su povezane. Znači ako vam je trofazni elektromotor krenuo vrtjeti u pogrešnom smjeru – samo međusobno zamijenite bilo koje dvije od tri faze na priključku motora.

Neki puta su elektromotori ugrađeni u strojeve i pogrešan smjer vrtnje može oštetiti ili uništiti stroj. Zato nam služi indikator poretka faza kako bismo prije puštanja stroja u rad izvršili njegovo pravilno spajanje. Indikatori poretka faza su u načelu jednostavni instrumenti. Postoje tri osnovne vrste, odnosno principa rada ovih indikatora: rotacioni, statički i elektronički. Rotacioni indikator je zapravo mali trofazni elektromotor (tri namota vezana u zvijezdu) na čiju osovinu je pričvršćena okrugla pločica sa strelicom. Ovisno o poretku faza na ulaznim stezaljkama motor će zavrtjeti u jednu ili u drugu stranu čime dobivamo indikaciju jednog od dva moguća poretka faza. Elektronički indikatori koriste logičke sklopove i timere za određivanje poretka faza, a naš instrument spada u statički tip.

Postoje dvije vrste statičkog tipa indikatora faza gdje se jedni baziraju na induktivnom, a drugi na kapacitivnom otporu dodanom u jedan fazni krug. I kod jednih i kod drugih koristi se impedancija koju stvaraju CL elementi u izmjeničnom strujnom krugu, a kao indikacija poretka faza služi žaruljica ili tinjalica.

Naš instrument je sa kondenzatorima (kapacitetom) odnosno sa serijskim spojem otpornika i kondenzatora (RC). Kondenzator u izmjeničnom strujnom krugu unosi kapacitivni otpor i pomak faze od 90°, a serijski spoj kondenzatora i otpornika negdje u rasponu od 0-90° što ovisi o vrijednostima RC elemenata. Čisti omski otpor ne stvara pomak faze. Ako pogledamo shemu našeg instrumenta vidimo da su u pojedinim faznim granama čisti omski otpori, a u pojedinim omsko-kapacitivni otpori (impedancija). Zbog drugačijih otpora u pojedinim granama, ovisno o poretku faza, nastaju i drugačiji padovi napona na njima, što se detektira tinjalicama. Ovisno o poretku faza, u ovakvom će krugu samo jedna od tinjalica svjetliti.

Ovime smo ugrubo opisali princip rada kapacitivnog indikatora, međutim, za potpuno objašnjenje potrebno je shvatiti vektorski dijagram rotirajućeg polja trofazne struje koji su na naš primjer prikazani desno od sheme. Omski i RC otpori izračunati su tako da središnje točke K1 i K2, te K3 i K4 na koje se spajaju tinjalice padaju u središte naponskog trokuta RST. Sa RST rotirajućim poljem između točki K1 i K2 nema napona (prvi dijagram) dok je u slučaju rotirajućeg polja redosljedom TSR (drugi dijagram) na točkama K1 i K2 puni napon. Obrnuto vrijedi za točke K3 i K4.

Prema shemi vidjeli smo da je kod ovog instrumenta napravljen dvostruki indikacijski krug (ovakav indikator može se izvesti sa samo jednim kondenzatorom ili zavojnicom te dvije sijalice), a razlog tome je kako bi se omogućila indikacija nedostatka jedne faze. Kako i piše na natpisnoj pločici u slučaju prekida jedne faze zasvijetliti će obje tinjalice, naravno, ako napon između preostale dvije faze prelazi 150V. Donja granica paljenja tinjalice je 75V, no ovisno o tome koja je faza u prekidu na tinjalicama će se pojaviti puni ili pola međufaznog napona. Stoga za ovaj drugi slučaj međufazni napon mora iznostiti barem 150V kako bi paljenje tinjalice bilo moguće.

Naponska ograničenja 75 – 500V određena su naponom paljenja tinjalica (75V) i maksimalnim naponom koji izdrže ugrađeni kondenzatori (500V). S obzirom da kapacitivno-omski otpor ovisi o frekvenciji i naponu dana su i frekvencijska ograničenja za određena naponska područja u kojima proračunati otpori još ostaju u granici funkcionalnosti indikatora.

Sa parom lijepih tinjalica ovdje ćemo se oprostiti od našeg indikatora redosljeda faza. Ovakav instrument rijetko je potreban prosječnom električaru, a složiti ćete se da još manje elektroničaru, no nekom kolekcionaru vintage električnih instrumenata sigurno će dobro doći da popuni još kakav mali preostali prostor na inače redovno pretrpanim raspoloživim policama namijenjenima za ovaj lijepi i zabavni hobi 🙂