الطاقة الكهربائية أحادية الطور

الطاقة الكهربائية أحادية الطور (يُرمز لها بـ 1φ ) هي أبسط أشكال التيار المتردد المستخدم لتزويد الكهرباء. في نظام أحادي الطور، تتغير جميع الفولتيات معًا في وقت واحد، مما يُنتج موجة مترددة واحدة. يُستخدم هذا النوع من الطاقة على نطاق واسع في المنازل والشركات الصغيرة وغيرها من التطبيقات التي تتطلب الإضاءة والتدفئة والأجهزة المنزلية الصغيرة.

على عكس أنظمة التيار ثلاثي الأطوار ، لا يُنتج التيار أحادي الطور مجالًا مغناطيسيًا دوارًا بشكل طبيعي، لذا تتطلب المحركات المصممة له مكونات إضافية لبدء التشغيل، وعادةً ما تكون قدرتها أقل (نادرًا ما تتجاوز 10  كيلوواط). ولأن الجهد يصل إلى ذروته مرتين خلال كل دورة، فإن القدرة اللحظية المُوَصَّلة ليست ثابتة، مما قد يقلل من كفاءته في تشغيل الآلات الكبيرة.

تعمل معظم أنظمة التيار أحادي الطور في العالم بتردد قياسي يبلغ إما 50 أو 60 هرتز . وقد تستخدم بعض الأنظمة المتخصصة، مثل شبكات الطاقة المستخدمة في جر السكك الحديدية الكهربائية، ترددات أخرى مثل 16.67 هرتز. ^{[ 1 ]}  

استغرق تطوير نقل الطاقة أحادي الطور سنوات عديدة. استندت التطورات الأولى إلى اختراعات المولدات الكهربائية المبكرة للعالم الباريسي هيبوليت بيكسي في القرن التاسع عشر ، والتي توسع فيها لاحقًا اللورد كلفن وآخرون في ثمانينيات القرن التاسع عشر. أنشأ ويليام ستانلي أول نظام طاقة تيار متردد كامل، قائم على تيار متردد أحادي الطور، بدعم مالي من شركة وستنجهاوس عام 1886. وفي عام 1897، بدأت التجارب على نقل الطاقة أحادي الطور. ^{[ 2 ]}

في أمريكا الشمالية، عادةً ما تستخدم المنازل الفردية والمباني التجارية الصغيرة التي تصل خدماتها إلى حوالي 100 كيلو فولت أمبير (417 أمبير عند 240 فولت) نظام توزيع أحادي الطور بثلاثة أسلاك ، خاصةً في المناطق الريفية حيث تكون أحمال المحركات صغيرة وغير شائعة. في المناطق الريفية التي لا يتوفر فيها نظام ثلاثي الأطوار، يمكن للمزارعين أو الأسر الراغبة في استخدام محركات ثلاثية الأطوار تركيب محول طور . أما المستهلكون الأكبر حجمًا، مثل المباني الكبيرة ومراكز التسوق والمصانع ومجمعات المكاتب والمباني السكنية متعددة الوحدات، فيستخدمون نظام ثلاثي الأطوار. في المناطق المكتظة بالسكان في المدن، يُستخدم نظام توزيع الطاقة الشبكي، حيث يتم توصيل العديد من العملاء والعديد من محولات التغذية لتوفير مئات أو آلاف الكيلوفولت أمبير ، وهو حمل مُركّز على مساحة بضع مئات من الأمتار المربعة.

تكون أنظمة الطاقة العالية، التي تصل قدرتها إلى مئات الكيلوفولت أمبير أو أكثر ، ثلاثية الطور في أغلب الأحيان . أما أكبر سعة متاحة عادةً كتيار أحادي الطور فتختلف باختلاف معايير شركة الكهرباء. ففي المملكة المتحدة، قد تصل سعة التيار المنزلي أحادي الطور إلى 100 أمبير أو حتى 125 أمبير، مما يعني قلة الحاجة إلى التيار ثلاثي الطور في المنازل أو المنشآت التجارية الصغيرة. أما في معظم أنحاء أوروبا، فقد كانت القيود المفروضة على سعة التيار أحادي الطور أقل بكثير، مما أدى إلى تزويد بعض المنازل بالتيار ثلاثي الطور (في المناطق الحضرية التي تتوفر فيها شبكات التيار ثلاثي الطور).

إذا تم توصيل جهاز تسخين مصمم لنظام 240 فولت بطورين من مصدر طاقة 208 فولت، فإنه سينتج 75% فقط من قدرته الحرارية المقدرة. قد تحتوي المحركات أحادية الطور على منافذ تسمح باستخدامها على مصدر طاقة 208 فولت أو 240 فولت.

يمكن تغذية حمل أحادي الطور مباشرةً من محول توزيع ثلاثي الأطوار بطريقتين: إما بتوصيل طور واحد بالخط المحايد ، أو بتوصيل طورين. تُنتج هاتان الطريقتان جهدين مختلفين من مصدر تغذية واحد. على سبيل المثال، في نظام ثلاثي الأطوار 120/208، الشائع في أمريكا الشمالية، يكون جهد الطور إلى الخط المحايد 120 فولت، وجهد الطور إلى الطور 208 فولت. يسمح هذا بتوصيل مصابيح الإضاءة أحادية الطور مباشرةً بالخط المحايد.

يمكن استخدام الطاقة أحادية الطور للسكك الحديدية الكهربائية ؛ أكبر مولد أحادي الطور في العالم، في محطة نيكارويستهايم للطاقة النووية ، قام بتزويد نظام السكك الحديدية على شبكة طاقة جر مخصصة .

يُستخدم عادةً موصل ثالث، يُسمى التأريض (أو "تأريض الأمان") (في الولايات المتحدة) أو التأريض الوقائي (في المملكة المتحدة وأوروبا والاتحاد الدولي للكهرباء)، للحماية من الصدمات الكهربائية ، ولا يحمل تيارًا كبيرًا إلا في حالة حدوث عطل في الدائرة الكهربائية. ^{[ 1 ]} وتُستخدم عدة أنظمة تأريض مختلفة. في بعض المناطق الريفية النائية، يُستخدم نظام توزيع التأريض أحادي السلك .

يتم أحيانًا تقسيم التيار أحادي الطور إلى نصفين عند محول التوزيع على الملف الثانوي لإنشاء طاقة كهربائية ثنائية الطور للأجهزة المنزلية والإضاءة. ^{[ 1 ]}

• عودة أرضية بسلك واحد
• الطاقة الكهربائية ثنائية الطور
• الطاقة الكهربائية ثلاثية الأطوار