راهنمای انتخاب ATS تک فاز در مقابل سه فاز: چه زمانی باید 2P، 3P یا 4P را انتخاب کرد؟

Understanding Single-Phase vs. Three-Phase Power Systems

سیستم‌های تک‌فاز (1P+N): کاربردهای 220-240 ولت

سیستم‌های قدرت تک‌فاز در ولتاژ 220-240 ولت کار می‌کنند و از یک هادی فاز (L1) و یک هادی نول (N) تشکیل شده‌اند. این سیستم‌ها معمولاً به یک کلید انتقال اتوماتیک 2 پل (2P) نیاز دارند که هم هادی فاز و هم نول را به طور همزمان سوئیچ کند.

کاربردهای اولیه:

• ساختمان‌های مسکونی و آپارتمان‌ها
• دفاتر تجاری کوچک (سرویس زیر 100 آمپر)
• وسایل نقلیه تفریحی (RVs) و خانه‌های متحرک
• تجهیزات و لوازم سبک
• برق پشتیبان برای بارهای ضروری خانه

سیستم‌های تک‌فاز در ظرفیت تحویل توان خود محدود هستند و معمولاً حداکثر تا سرویس 100 آمپر (24 کیلووات در 240 ولت) می‌رسند. برای کاربردهای برق پشتیبان مسکونی، یک ATS 2P هنگام سوئیچ بین منابع برق شهری و ژنراتور، حفاظت کافی را فراهم می‌کند.

سیستم‌های سه‌فاز (3P+N): توان صنعتی 380-415 ولت

سیستم‌های قدرت سه‌فاز، ولتاژ 380-415 ولت را از طریق سه هادی فاز (L1، L2، L3) به همراه یک هادی نول (N) تحویل می‌دهند. این سیستم‌ها به یک کلید انتقال اتوماتیک 3 پل (3P) یا 4 پل (4P), نیاز دارند، بسته به اینکه آیا نیاز به سوئیچ نول است یا خیر—تصمیمی حیاتی که بر ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می‌گذارد.

کاربردهای اولیه:

• کارخانه‌های تولیدی و کارخانه‌های صنعتی
• ساختمان‌های تجاری با سیستم‌های HVAC
• مراکز داده و تاسیسات مخابراتی
• تاسیساتی که موتورهای سه‌فاز را به کار می‌گیرند (پمپ‌ها، کمپرسورها، چیلرها)
• تاسیسات فتوولتائیک خورشیدی در مقیاس بزرگ با سیستم‌های اینورتر هیبریدی

نوع سیستم	ولتاژ	هادی ها	ATS معمولی	حداکثر ظرفیت بار	کاربردهای رایج
تک فاز	۲۲۰-۲۴۰ ولت	L1 + N	2P	تا 24 کیلووات	مسکونی، تجاری کوچک
سه-فاز	380-415 ولت	L1 + L2 + L3 + N	3P یا 4P	تا 400 کیلووات+	صنعتی، تجاری بزرگ
دوفاز	120/240 ولت	L1 + L2 + N	3P (ویژه)	تا 48 کیلووات	مسکونی آمریکای شمالی

معضل “پل چهارم”: انتخاب ATS 3P در مقابل 4P

اینجاست که بیشتر خطاهای مشخصات رخ می‌دهد. تصمیم بین یک ATS 3 پل و 4 پل اساساً نحوه مدیریت سیستم شما از اتصال به زمین نول و حفاظت از خطا را تغییر می‌دهد.

ATS 3 پل: فازهای سوئیچ‌شده، نول جامد

یک ATS 3P فقط سه هادی فاز (L1، L2، L3) را سوئیچ می‌کند در حالی که هادی نول را به عنوان یک اتصال عبور مستقیم بین هر دو منبع تغذیه باقی می‌گذارد.

پیکربندی:

• سوئیچ‌ها: L1، L2، L3
• عبور مستقیم: نول (N)
• اتصال به زمین: نقطه اتصال تکی در ورودی سرویس
• ژنراتور: نول به زمین متصل نیست (نول شناور)

محدودیت اساسی:
هنگام استفاده از یک ATS 3P، نول ژنراتور نباید به زمین متصل شود در ژنراتور. تمام اتصال نول به زمین فقط در ورودی سرویس برق شهری رخ می‌دهد. این یک سیستم غیر مشتق شده جداگانه ایجاد می‌کند که در آن ژنراتور مرجع اتصال به زمین برق شهری را به اشتراک می‌گذارد.

خطرات ATS 3P با نول جامد:

1. تشکیل حلقه زمین: هنگامی که نول‌های برق شهری و ژنراتور از طریق باس نول جامد متصل می‌شوند، هرگونه اختلاف پتانسیل ولتاژ بین دو سیستم اتصال به زمین، جریان‌های چرخشی ایجاد می‌کند. این امر به ویژه در سیستم‌های خورشیدی-باتری هیبریدی که در آن اینورتر ممکن است جریان‌های آفست DC را وارد کند، مشکل‌ساز است.
2. عدم سازگاری RCD/GFCI: قطع کننده‌های مدار جریان باقیمانده (RCCB) عدم تعادل جریان بین هادی‌های فاز و نول را اندازه‌گیری می‌کنند. با یک نول جامد، جریان‌های خطا می‌توانند از طریق مسیرهای جایگزین برگردند و باعث قطع ناخواسته یا—بدتر—عدم قطع در هنگام خطاهای زمین واقعی شوند.
3. اختلافات پتانسیل نول: اگر ژنراتور و برق شهری دارای امپدانس‌های اتصال به زمین متفاوتی باشند (که در ژنراتورهای سیار یا تاسیسات موقت رایج است)، نول می‌تواند به ولتاژهای خطرناکی شناور شود، زمانی که منبع بدون برق هنوز از طریق باس نول متصل است.
4. تداخل رله خطای زمین: سیستم‌هایی با حفاظت از خطای زمین در هر دو منبع، جریان‌های خطای زمین کاذب را می‌بینند که از طریق مسیر نول منبع بدون برق جریان می‌یابند و به طور بالقوه دستگاه‌های حفاظتی را به طور غیرضروری قطع می‌کنند.

ATS 4 پل: جداسازی کامل منبع

یک ATS 4P هر چهار هادی را سوئیچ می‌کند: L1، L2، L3 و نول. این امر سیستم‌های مشتق‌شده جداگانه و ایزوله الکتریکی ایجاد می‌کند.

پیکربندی:

• سوییچ‌ها: L1، L2، L3، N
• عبور مستقیم: هیچ (ایزولاسیون کامل)
• ارتینگ: اتصال جداگانه در هر منبع
• ژنراتور: نول به زمین در ژنراتور متصل شده است

مزایای پیکربندی 4 پل:

1. انطباق با سیستم مشتق‌شده جداگانه: هر منبع تغذیه (برق شهری، ژنراتور، اینورتر خورشیدی) به یک سیستم مشتق‌شده جداگانه مستقل با اتصال نول به زمین خود تبدیل می‌شود. این امر الزامات ماده 250.30 NEC را برآورده می‌کند و مسیرهای موازی زمین را حذف می‌کند.
2. جلوگیری از حلقه زمین: با قطع کامل منبع غیرفعال، هیچ جریان چرخشی نمی‌تواند بین سیستم‌های ارتینگ مختلف جریان یابد. این امر در سیستم‌های هیبریدی خورشیدی که در آن منابع مبتنی بر اینورتر ممکن است هارمونیک یا اجزای DC را وارد کنند، بسیار مهم است.
3. سازگاری حفاظت RCD: دستگاه‌های حفاظت از خطای زمین به درستی کار می‌کنند زیرا حفاظت هر منبع فقط جریان‌های خطای خود را می‌بیند، بدون هیچ گونه تداخلی از مسیر زمین منبع جایگزین.
4. پایداری مرجع ولتاژ: هر منبع مرجع نول پایدار خود را ایجاد می‌کند و نوسانات ولتاژ ناشی از اختلاف پتانسیل نول بین منابع را از بین می‌برد.

توصیه مهندسی VIOX

برای سیستم‌های هیبریدی خورشیدی-باتری، تاسیسات پشتیبان ژنراتور و هر برنامه‌ای که از چندین منبع تغذیه استفاده می‌کند، VIOX اکیداً سوئیچ‌های انتقال اتوماتیک 4 پل را توصیه می‌کند.

افزایش هزینه جزئی (معمولاً 15-25٪ بیشتر از واحدهای 3P) در مقایسه با حذف مشکلات حلقه زمین، قطع ناخواسته RCD و آسیب احتمالی تجهیزات ناشی از عدم تعادل ولتاژ نول ناچیز است. در آزمایشات میدانی ما با بیش از 2000 جعبه جمع‌کننده خورشیدی نصب، سیستم‌های با پیکربندی ATS 4P، 92٪ تماس‌های خدماتی کمتری مربوط به ارتینگ در مقایسه با پیکربندی‌های 3P نشان دادند.

ویژگی	ATS 3 پل	ATS 4 پل
فازهای سوئیچ شده	L1، L2، L3	L1، L2، L3، N
مدیریت خنثی	عبور مستقیم جامد	سوئیچ شده (ایزوله)
اتصال N-G ژنراتور	باید حذف شود	در ژنراتور مورد نیاز است
نوع سیستم	مشتق‌شده غیر جداگانه	مشتق‌شده جداگانه
حلقه‌های زمین	خطر بالا	حذف شده
سازگاری RCD	محدود	سازگاری کامل
خورشیدی هیبریدی	توصیه نمی‌شود	توصیه شده
حق بیمه هزینه	قیمت پایه	+15-25%
انطباق با NEC	نیاز به طراحی دقیق دارد	انطباق خودکار

سیستم‌های اسپلیت فاز: تله انتخاب آمریکای شمالی

توان اسپلیت فاز، که در ایالات متحده، فیلیپین و تایوان رایج است، یک چالش منحصر به فرد را ارائه می‌دهد که بسیاری از مهندسان را در تعیین مشخصات سوئیچ‌های انتقال دچار مشکل می‌کند.

توان اسپلیت فاز چیست؟

اسپلیت فاز ارائه می‌دهد ۱۲۰ ولت/۲۴۰ ولت از طریق سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور با سر وسط:

• L1 به نول: 120 ولت
• L2 به نول: 120 ولت
• L1 به L2: 240 ولت

با وجود اینکه “تک فاز” نامیده می‌شود، سیستم‌های اسپلیت فاز دارای دو هادی برقدار (L1، L2) که 180 درجه خارج از فاز هستند، به علاوه یک هادی نول.

تله انتخاب ATS

خطای رایج: تعیین یک ATS 2 پل استاندارد برای سیستم‌های اسپلیت فاز.

مشکل: یک ATS 2P استاندارد که برای سیستم‌های تک فاز واقعی (یک برقدار + نول) طراحی شده است، نمی‌تواند به درستی سیستم‌های اسپلیت فاز با دو برقدار را مدیریت کند. شما باید هر دو L1 و L2, را سوئیچ کنید، نه فقط یکی.

راه حل‌های صحیح:

1. پیکربندی ATS سه پل: از یک ATS 3P برای سوئیچ کردن L1، L2 و نول استفاده کنید. این کار سیستم اسپلیت فاز را مانند یک سیستم سه فاز با تنها دو فاز استفاده شده در نظر می‌گیرد.
2. ATS دو پل اسپلیت-فاز ویژه: برخی از تولیدکنندگان سوئیچ‌های 2 پل ویژه‌ای را ارائه می‌دهند که L1 و L2 را به طور همزمان سوئیچ می‌کنند در حالی که نول را به صورت عبوری (pass-through) باقی می‌گذارند. با این حال، این سوئیچ‌ها همچنان از مشکلات حلقه زمین که در بالا بحث شد، رنج می‌برند.

الزامات کاربرد اسپلیت-فاز

برای سیستم‌های برق پشتیبان مسکونی آمریکای شمالی (سرویس معمول 200 آمپر):

توصیه شده: ATS سه پل با سوئیچینگ نول یا ATS چهار پل (اگر به عنوان L1+L2+N+یدکی در نظر گرفته شود)

این پیکربندی:

• هر دو فاز گرم (L1، L2) را به طور مستقل سوئیچ می‌کند
• می‌تواند به صورت اختیاری نول را سوئیچ کند (توصیه شده برای سیستم‌های ژنراتور)
• امکان عملکرد صحیح بارهای 120 ولت (L1 یا L2 به N) و 240 ولت (L1 به L2) را فراهم می‌کند
• از برگشت جریان بین نول‌های برق شهری و ژنراتور جلوگیری می‌کند

نکته مهم سیم‌کشی: هنگام اتصال اسپلیت-فاز به یک ATS 3 پل یا 4 پل:

• L1 → ترمینال 1 ATS
• L2 → ترمینال 2 ATS
• ترمینال 3 → خالی بگذارید یا برای سوئیچینگ نول استفاده کنید
• N → ترمینال نول اختصاصی (اگر 4 پل باشد) یا باس جامد (اگر 3 پل باشد)

این امر به ویژه برای موارد زیر مهم است نصب شارژرهای EV که اغلب به توان اسپلیت-فاز 240 ولت برای شارژ سطح 2 نیاز دارند.

تعادل بار و پایداری ولتاژ فاز

عدم تعادل بار در سیستم‌های سه فاز مشکلاتی عملیاتی ایجاد می‌کند که به طور مستقیم بر عملکرد و قابلیت اطمینان ATS تأثیر می‌گذارد.

فیزیک عدم تعادل سه فاز

در یک سیستم سه فاز کاملاً متعادل، هر فاز جریان مساوی (±10%) را حمل می‌کند و نول جریان حداقلی (عمدتاً هارمونیک‌ها) را حمل می‌کند. با این حال، نصب‌های دنیای واقعی به ندرت به این تعادل دست می‌یابند به دلیل:

1. توزیع بار تک فاز: بیشتر بارهای تجاری و مسکونی تک فاز هستند (روشنایی, ، تجهیزات اداری، کامپیوترها). هنگامی که این بارها روی یک یا دو فاز متمرکز می‌شوند، عدم تعادل قابل توجهی رخ می‌دهد.
2. جریان هجومی موتور: سه فاز موتورها و کنتاکتورها در هنگام راه‌اندازی جریان هجومی بالایی می‌کشند. اگر سیستم از قبل نامتعادل باشد، این رویداد گذرا می‌تواند باعث از دست دادن فاز یا حفاظت از عدم تعادل ولتاژ ATS شود.
3. خروجی اینورتر خورشیدی: اینورترهای هیبریدی در سیستم‌های سه فاز ممکن است خروجی کمی نامتعادل تولید کنند، به ویژه هنگامی که شارژ باتری و اینورتر به طور همزمان رخ می‌دهند.

چگونه عدم تعادل بر عملکرد ATS تأثیر می‌گذارد

سوئیچ‌های انتقال اتوماتیک مدرن نظارت می‌کنند مقدار ولتاژ و زاویه فاز روی همه هادی‌ها. تنظیمات معمول تریپ عدم تعادل ولتاژ ATS:

• عدم تعادل ولتاژ فاز به فاز: ±10% از میانگین
• تشخیص از دست دادن فاز: هر فاز زیر 85% مقدار اسمی افت کند
• تشخیص جابجایی نول: ولتاژ نول از 10% ولتاژ فاز فراتر رود

سناریوی خرابی در دنیای واقعی:

یک سیستم سه فاز 415 ولت با تعادل بار ضعیف:

• L1: 95 آمپر (نزدیک به ظرفیت)
• L2: 45 آمپر (بار سبک)
• L3: 60 آمپر (بار متوسط)

هنگامی که تاسیسات یک موتور سه فاز بزرگ (به عنوان مثال، کمپرسور HVAC) راه‌اندازی می‌کند، ولتاژ L1 به 380 ولت کاهش می‌یابد در حالی که L2 و L3 در 410 ولت باقی می‌مانند. کنترلر ATS این عدم تعادل 7.3% را به عنوان یک از دست دادن فاز بالقوه تفسیر می‌کند و ممکن است به طور غیرضروری به ژنراتور منتقل شود و عملیات را مختل کند.

جلوگیری از تریپ‌های ATS مربوط به عدم تعادل

راه حل‌های مهندسی:

1. تجزیه و تحلیل توزیع بار: در طول نصب اولیه، جریان را روی هر فاز در طول اوج عملیات اندازه‌گیری کنید. بارهای تک فاز را مجدداً توزیع کنید تا به تعادل ±15% در سراسر L1، L2، L3 دست یابید.
2. استارترهای نرم موتور: نصب کنید کنترلرهای استارت نرم روی موتورهای سه فاز بزرگ برای کاهش جریان هجومی و افت ولتاژ در هنگام راه اندازی.
3. افزایش تحمل عدم تعادل ولتاژ: اگر ATS شما اجازه تنظیم میدانی تنظیمات تریپ را می دهد، تحمل عدم تعادل ولتاژ را از 10% به 15% افزایش دهید (فقط در صورتی که کیفیت منبع تغذیه اجازه دهد). قبل از تغییر تنظیمات کارخانه با پشتیبانی فنی VIOX مشورت کنید.
4. پنل های متعادل کننده فاز: برای تاسیساتی که عمدتاً بارهای تک فاز دارند، پنل های توزیع متعادل کننده فاز اتوماتیک را نصب کنید که بارها را به صورت پویا در بین فازها می چرخاند.
5. سایزینگ ژنراتور: اطمینان حاصل کنید که ظرفیت ژنراتور پشتیبان حداقل 25% از کل بار بیشتر باشد تا پایداری ولتاژ در هنگام بارگذاری نامتعادل حفظ شود. یک ژنراتور با اندازه نامناسب مشکلات عدم تعادل ولتاژ را تشدید می کند.

اگر ATS شما به دلیل عدم تعادل ولتاژ، انتقال های مزاحم مکرر را تجربه می کند، به جامع ما مراجعه کنید راهنمای عیب یابی ATS که شامل نظارت بر ولتاژ، تنظیمات رله و رویه های تأیید نسبت CT است.

ملاحظات اضافی طراحی سیستم

هنگام ادغام یک ATS در یک سیستم توزیع برق جدید یا موجود، این اجزای مرتبط را در نظر بگیرید:

• هماهنگی بریکر مدار: اطمینان حاصل کنید که دستگاه های حفاظتی بالادست و پایین دست در طول عملیات انتقال ATS به درستی هماهنگ می شوند
• محافظت در برابر نوسانات برق: SPD های نوع 2 را در هر دو طرف برق شهر و ژنراتور ATS نصب کنید تا از ترانزینت های سوئیچینگ محافظت شود
• اتصال زمین مناسب: تأیید کنید که سیستم های الکترود زمین مطابق با الزامات کد برای سیستم های مشتق شده جداگانه هستند
• انتخاب پنل توزیع: مشخصات پنل را با رتبه بندی خروجی ATS و پیکربندی قطب مطابقت دهید

مرجع سریع: ماتریس انتخاب ATS

کاربرد	سیستم ولتاژ	نوع بار	ATS پیشنهادی	ملاحظات مهم
پشتیبان مسکونی	تک فاز 240 ولت	خانگی مختلط	2P (100-200A)	2 پل استاندارد کافی است
سیستم های RV/Mobile	فاز شکسته 120/240 ولت	120V+240V مختلط	3P یا 4P (30-50A)	باید هر دو پایه برق دار را سوئیچ کند
تجاری کوچک	تک فاز 240 ولت	دفتر + HVAC	2P (200-400A)	سایز برای جریان هجومی
صنعتی سبک	سه فاز 415 ولت	بیشتر موتورها	3P (100-400A)	محل اتصال نول را بررسی کنید
خورشیدی هیبریدی	سه فاز 415 ولت	اینورتر + شبکه	4P (63-250A)	از حلقه های زمین جلوگیری می کند
پشتیبان ژنراتور	سه فاز 400 ولت	بارهای حیاتی	4P (100-630A)	مورد نیاز برای مشتق شده جداگانه
مرکز داده	سه فاز 400 ولت	سیستم های UPS	4P (400-1000A)	انتقال سریع، قابلیت بای پس
تولید	سه فاز 415 ولت	Heavy machinery	4P (250-800A)	تعادل بار حیاتی است

سوالات متداول: سوالات متداول پیکربندی قطب ATS

س: آیا می توانم از یک ATS 3 پل با یک سیستم سه فاز 4 سیمه استفاده کنم؟

بله، اما فقط در صورتی که یک اتصال نول محکم را حفظ کنید و اطمینان حاصل کنید که نول ژنراتور به زمین متصل نیست. ژنراتور باید به عنوان یک سیستم غیر مشتق شده جداگانه عمل کند. با این حال، برای سیستم های خورشیدی هیبریدی و تاسیسات با حفاظت RCD، VIOX پیکربندی های 4 پل را برای جلوگیری از حلقه های زمین و تریپ مزاحم توصیه می کند.

س: چرا سیستم فاز شکسته من به یک سوئیچ انتقال 3 پل نیاز دارد؟

Split-phase 120/240V systems have two hot conductors (L1, L2) that must both be switched to properly serve 240V loads and maintain balanced 120V circuits. A standard 2-pole switch only switches one hot leg, leaving half your 120V circuits and all 240V loads unpowered during transfer. Use a 3P ATS configured for split-phase, or preferably a 4P ATS with neutral switching.

س: اگر نول ژنراتور را در یک سیستم ATS 3 پل متصل کنم چه اتفاقی می افتد؟

You create a dangerous parallel ground path. When both utility and generator neutrals are bonded to ground and connected through the solid neutral bus, ground fault currents can return through either path. This violates NEC 250.20 requirements, causes ground fault protective devices to malfunction, and creates circulating currents between different grounding electrodes. Always remove generator neutral-ground bonds when using a 3P ATS.

س: چگونه می توانم تعیین کنم که آیا سیستم من به اندازه کافی نامتعادل است که باعث ایجاد مشکلات ATS شود؟

جریان های فاز را در طول عملکرد عادی با یک آمپرمتر چنگکی اندازه گیری کنید. Calculate the imbalance using this formula:

Imbalance % = (Max Deviation from Average / Average Current) × 100

If imbalance exceeds 20%, redistribute single-phase loads across phases or adjust ATS voltage imbalance trip settings (if allowed). Refer to our راهنمای عیب یابی ATS for detailed measurement procedures.

Q: Can I retrofit a 3-pole ATS to 4-pole configuration?

No. The mechanical construction and contact arrangement are fundamentally different. A 3-pole ATS has three switching contacts plus a solid neutral bus bar. A 4-pole ATS has four independent switching contacts. Upgrading requires complete ATS replacement. VIOX offers retrofit services with minimal downtime for critical applications—contact technical support for site assessment.

Q: Do I need different circuit breakers for 3P vs. 4P ATS systems?

Upstream and downstream قطع کننده مدار should match the ATS pole configuration. For 3P ATS systems, use 3-pole کلیدهای مینیاتوری (MCCB) یا بریکرها (به طور معمول "بریکرهای هوایی" یا. For 4P ATS systems, use 4-pole breakers to maintain complete source isolation. This is especially critical in solar installations where DC and AC systems must remain isolated.

---

ویوکس الکتریک has supplied over 15,000 automatic transfer switches to industrial and commercial customers worldwide since 2008. Our engineering team provides complimentary system design reviews for projects requiring specialized ATS configurations. Contact our technical support at [email protected] or visit our complete ATS product line for specifications and drawings.