Rețele trifazate monofazate

În agricultură, energia electrică este distribuită în rețele trifazate cu o tensiune de, de regulă, 10 kV cu puncte de consum al transformatorului. Acest sistem de distribuție a fost adoptat fără modificări semnificative față de practica utilității pentru furnizarea de energie electrică a orașelor mici și suburbiilor cu clădiri joase. Cu toate acestea, în condiții rurale densitatea sarcinii electrice este mult mai mică decât în ​​orașe și, prin urmare, sistemul modern de distribuție a energiei electrice duce în multe cazuri la o supracheltuire semnificativă a metalului firelor.

Dezavantajul său grav îl reprezintă rețelele grele cu o tensiune de 380 V. Datorită capacității relativ mari a posturilor de transformare (în medie 63 — 100 kVA), fiecare transformator deservește o zonă semnificativă, ceea ce necesită utilizarea de fire cu o cruce mare. -secțiune în rețelele cu tensiunea de 380 V. Ca urmare, în plus, sârma metalică se consumă de obicei în rețelele de 2-3 ori mai mult decât în ​​rețelele de 10 kV.

Consumul de fire în rețelele de joasă tensiune poate fi redus prin creșterea numărului de posturi de transformare și prin reducerea puterii medii și a razei de serviciu ale acestora. Cu toate acestea, stația de transformare trifazată este o construcție relativ scumpă, al cărei cost scade ușor odată cu scăderea puterii transformatorului instalat. Prin urmare, reducerea puterii medii a unei stații de transformare sub 40 sau 63 kVA în rețelele trifazate duce la o creștere excesivă a costului total al posturilor de transformare. Prin urmare, acest mod de reducere a consumului de fire în rețelele de joasă tensiune nu este întotdeauna economic.

Pe de altă parte, în distribuția de energie trifazată, este adesea necesară furnizarea a trei conductori de rețea de 10 kV consumatorilor mici. În acest caz, secțiunile transversale ale firelor sunt luate peste necesar, în funcție de condiții pierdere de tensiune, deoarece sunt alese drept minim admisibil din punct de vedere al rezistenței mecanice. Ca urmare, excesul de metal este consumat în rețeaua de înaltă tensiune.

Pentru a depăși neajunsurile sistemului existent de distribuție a energiei electrice, un sistem mixt de distribuție trifazat monofazat.

Esența sistemului mixt de distribuție a energiei este următoarea.

1. Se folosesc linii mixte trifazate monofazate cu o tensiune de 10 kV, unde liniile principale sunt trifazate și toți consumatorii mari, inclusiv puterea, sunt conectați la ele. Consumatorii mici, în principal iluminatul și sarcinile casnice, sunt alimentați prin linii de derivație monofazate de 10 kV.

2. Stațiile de transformare monofazate de putere redusă sunt utilizate pentru alimentarea consumatorilor monofazați.

O diagramă aproximativă a unei rețele cu posturi de transformare realizate conform unui sistem mixt trifazat monofazat este prezentată în Figura 1.

Orez. 1. Exemplu de diagramă a unei rețele mixte trifazate monofazate

După cum se poate vedea din acest grafic, utilizatorii mari cu majoritatea sarcina de putere au o sursă de alimentare trifazată, iar consumatorii mici, majoritatea clădirilor rezidențiale, sunt alimentați de stații de transformare monofazate. Transformatoare monofazate include tensiunea între faze.

Calculele comparative arată că utilizarea unui sistem mixt poate reduce consumul de metal în firele de înaltă și joasă tensiune cu 25 - 35% comparativ cu un sistem trifazat convențional. Costul inițial al rețelei la prețurile și tipurile de echipamente existente poate fi redus prin utilizarea unui sistem mixt la doar 5-10%.

Într-o rețea de înaltă tensiune realizată într-un sistem mixt, transformatoarele monofazate sunt conectate în delta pentru o tensiune de rețea de 6 sau 10 kV, așa cum se arată în Figura 1.

S-a dovedit că într-o rețea trifazată încărcată neuniform, suma pierderilor liniare de tensiune la aceste sarcini rămâne neschimbată indiferent de distribuția sarcinilor între faze, adică. dUab + dUbc + dUca = const.

În practică, există întotdeauna un număr semnificativ de sarcini monofazate conectate la rețea. Aceste sarcini pot fi distribuite astfel încât pierderile de tensiune între fază la punctele finale să fie aproximativ egale între ele: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

În acest caz, performanța unei linii încărcate neuniform este aceeași cu cea a unei linii trifazate încărcate uniform cu aceiași parametri. În toate celelalte cazuri, performanța este mai mică.

Evident, atunci când se proiectează o rețea pentru un sistem mixt, este necesar ca, prin distribuția corespunzător a sarcinilor, să se realizeze condiția de egalitate între pierderile de tensiune fază-fază. În acest caz, pierderile de tensiune într-o linie trifazată sunt determinate de formulele pentru o sarcină simetrică și au cea mai mică valoare posibilă. Calculul în acest caz este mult simplificat.

Ramificațiile monofazate dintr-o rețea de 10 kV au o lățime de bandă de 2-6 ori mai mică decât ramurile trifazate cu aceeași secțiune transversală. Cu toate acestea, cu stațiile de transformare de putere mică, foarte adesea secțiunea transversală a firelor de ramificație este determinată de minimul admisibil din motive mecanice. În acest caz, sunt monofazate, ramurile au două fire de aceeași secțiune transversală în loc de trei, iar economia firului metalic este de 33%.

O rețea de joasă tensiune monofazată conform unui sistem mixt este realizată cu trei fire cu un conductor mediu. Tensiunea dintre firele din mijloc și de la capăt este de 220 V (Fig. 2), iar între firele de la capăt este de 440 V. Firul din mijloc este împământat în același mod ca firul neutru într-un sistem de 380 V cu un neutru împământat și la acesta sunt de asemenea conectate părți metalice ale echipamentului. Iluminatul este pornit între firele din mijloc și cele exterioare, iar puterea dintre firele exterioare. Transformatoarele mici de 2 kVA au două ieșiri de joasă tensiune - 220 sau 127 V.

Stațiile de transformare monofazate sunt implementate conform diagramei schematice prezentate în Figura 2.

Orez. 2. Schema unui post de transformare monofazat

Transformatoarele sunt suspendate pe un suport de rețea intermediar simplu de 10 kV.Acestea sunt conectate la o rețea de înaltă tensiune printr-un deconectator instalat pe un suport adiacent. Transformatoarele sunt protejate împotriva scurtcircuitelor cu siguranțe de înaltă tensiune.

Pe partea de joasă tensiune, un întrerupător și siguranțe sunt montate într-o cutie mică.

Liniile cu o tensiune de până la 1 kV cu sistem mixt se execută ca în rețelele convenționale. Dacă traseele coincid, se recomandă agățarea lor pe aceleași suporturi cu linii de înaltă tensiune.

În majoritatea cazurilor de sisteme mixte, se folosesc de obicei motoare cu inducție trifazate alimentate de la linii trifazate. Motoarele electrice monofazate de putere redusă sunt utilizate în locurile în care este disponibilă doar puterea monofazată, de exemplu, un motor de ventilator pe o vatră portabilă într-o moară de câmp, un motor de pompă pe o noditate feroviară etc. De obicei, puterea unor astfel de motoare este de 1 - 2 kW și rareori 3 - 4 kW.

Cel mai bine este să folosiți motoare electrice asincrone speciale cu condensatoare de pornire în rețelele monofazate. În lipsa motoarelor speciale, puteți utiliza motoare electrice standard trifazate cu o tensiune de 380/220 V cu dispozitive de pornire sub formă de condensatoare sau chiar rezistențe active.

Cuplul de pornire al unui motor cu o rezistență de pornire activă la o tensiune de 440 V este de aproximativ 0,4 din cuplul nominal al motorului în modul trifazat, ceea ce corespunde la 0,65-1,0 din cuplul nominal în modul monofazat.

Dacă pentru o mașină care funcționează cuplul de pornire ar trebui să fie mai mare de 0,5 Mn, este selectat un motor cu o putere mai mare sau este conectat conform unui circuit de capacitate.Când capacitatea de pornire este pornită, cuplul motorului este aproximativ egal cu cuplul nominal în modul trifazat.

Când sunt alimentate de la un transformator de 10 kVA, pot fi pornite motoare cu o putere nominală în modul trifazat de până la 4,5 kW.

Motoarele monofazate, atât de construcție specială, cât și transformate din motoare trifazate, sunt de 1,5-2 ori mai scumpe decât motoarele trifazate de aceeași putere. Cu toate acestea, creșterea costului motoarelor este nesemnificativă în comparație cu economiile care se obțin în construirea și exploatarea rețelei folosind un sistem mixt de distribuție a energiei.

Raportul dintre puterea monofazată și trifazată într-o rețea de înaltă tensiune depinde de natura sarcinii și de condițiile de amplasare a acesteia.

Pentru majoritatea zonelor rurale, liniile monofazate de înaltă tensiune cu o tensiune de 10 kV predomină în principal în două cazuri:

1) la periferia satelor mari cu o încărcătură predominantă de clădiri rezidențiale,

2) ca sucursale pentru separarea micilor aşezări unde nu se prevede dezvoltarea energiei electrice în viitorul apropiat.

Utilizarea energiei monofazate ar trebui să fie considerată fezabilă din punct de vedere economic atunci când se realizează economii semnificative de sârmă metalică fără creșterea costurilor rețelei. Această condiție, de regulă, este fezabilă în cazurile în care utilizarea unui circuit monofazat nu duce la o creștere semnificativă a lungimii rețelei de înaltă tensiune.

I. A. Budzko