Трехфазно-однофазні мережі

У сільському господарстві електричну енергію розподіляють по трифазним мереж напругою, зазвичай, 10 кВ з трансформаторними споживчими пунктів. Ця система розподілу без особливих змін взята з комунальної практики електропостачання маленьких міст і передмість з малоповерхової забудовою. Але в сільських умовах щільність електронної навантаження істотно нижче, ніж в містечках, і тому сучасна система розподілу електроенергії веде в багатьох випадках до значних перевитрат металу проводів.

Суворим її недоліком є ​​важкі мережі напругою 380 В. Внаслідок порівняно великої потужності трансформаторних пунктів (в середньому 63 - 100 кВА) кожен трансформатор обслуговує значимий район, що вимагає застосування проводів величезних перетинів в мережах напругою 380 В. У результаті цього зазвичай витрачається металу проводів в 2 - 3 рази більше, ніж в мережах 10 кВ.

Витрата проводів в низьковольтних мережах можна зменшити, збільшивши число трансформаторних пунктів і знизивши їх середню потужність і радіус обслуговування. Але трифазний трансформаторний пункт являє собою порівняно дорогоцінний спорудження, ціна якого не досить знижується при зменшенні потужності встановленого трансформатора. Тому зменшення середньої потужності трансформаторного пункту нижче 40 або 63 кВА в трифазних мережах призводить до надмірного підвищення загальної ціни трансформаторних пунктів. Отже, такий шлях скорочення витрат проводів в мережах низької напруги не завжди економічний.

З іншого боку, при трифазному розподілі електроенергії нерідко доводиться підводити до маленьких споживачам три дроти мережі напругою 10 кВ. Перетини проводів при цьому беруть вище потрібних, виходячи з умов втрати напруги, тому що їх вибирають мало допустимими по механічної міцності. У підсумку в мережі високої напруги витрачають зайвий метал.

З метою усунення недоліків існуючої системи розподілу електроенергії була розроблена змішана трехфазно-однофазна система розподілу електроенергії.

Суть змішаної системи розподілу електроенергії полягає в наступному.

1. Використовують змішані трехфазно-однофазні смуги напругою 10 кВ, в яких головні магістралі трифазні і до них підключені всі великі, в тому числі силові, споживачі. Маленькі споживачі, спочатку освітлення і побутова навантаження, харчуються від однофазних відгалужень ліній напругою 10 кВ.

2. Для харчування однофазних споживачів вживають одне фазні трансформаторні пункти невеликої потужності.

Орієнтовна схема мережі з трансформаторними пт, виконаної за змішаною трехфазно-однофазної системі, показана на малюнку 1.

Мал. 1. Приклад схеми змішаної трехфазно-однофазної мережі

Як видно з цієї схеми, великі споживачі з більшою мірою силовим навантаженням мають трифазного живлення, а маленькі споживачі, спочатку житлові будинки, харчуються від однофазних трансформаторних пунктів. Однофазовий трансформатори включають на міжфазова напруга.

Як демонструють порівняльні розрахунки, застосування змішаної системи дозволяє зменшити витрату металу в проводах високої і низької напруги на 25 - 35% в порівнянні зі звичайною трифазною системою. Початкова ціна мережі при наявних цінах і типах обладнання може бути знижена шляхом застосування змішаної системи тільки в межах до 5 - 10%.

У мережі високої напруги, виконаної за змішаною системою, однофазовий трансформатори включають в трикутник на лінійну напругу 6 або 10 кВ, як це показано на малюнку 1.

Було підтверджено, що в нерівномірно навантаженої трифазної мережі сума лінійних втрат напруги при даних навантаженнях залишається постійною незалежно від розподілу навантажень між фазами, іншими словами dUab + dUbc + dUca = const.

У практиці завжди є значна кількість приєднаних до магістралі однофазних навантажень. Ці навантаження можна розподілити так, щоб міжфазні втрати напруги до кінцевих точок були приблизно рівні між собою: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

В даному випадку пропускна здатність нерівномірно навантаженої смуги така ж, як і трифазної помірно навантаженої смуги з тими ж параметрами. У всіх інших випадках пропускна здатність нижче.

Зрозуміло, що при проектуванні мережі за змішаною системою необхідно, розподіляючи відповідним чином навантаження, домагатися виконання умови рівності міжфазних втрат напруги. При цьому втрати напруги в трифазній магістралі визначають за формулами для симетричного навантаження, і вони мають меншу можливе значення. Розрахунок в даному випадку істотно спрощується.

Однофазовий відгалуження від мережі напругою 10 кВ володіють в 2 - 6 разів меншою пропускною спроможністю, ніж трифазні такого ж перетину. Але при малій потужності трансформаторних пунктів дуже нерідко перетин проводів відгалужень визначають мінімумом, допустимим з механічних суджень. В даному випадку однофазних, відгалуження мають замість 3-х два дроти такого ж перетину і економія металу проводів становить 33%.

Однофазовий мережу низької напруги за змішаною системою роблять трехпроводной із середнім проводом. Напруга між середнім і останніми проводами 220 В (рис. 2), а між крайніми проводами 440 В. Середній провід заземлюють так само, як нульовий провід в системі 380 В з заземленою нейтраллю, і так же з`єднують з ним залізні частини обладнання. Освітлювальну навантаження включають між середнім і останніми проводами, а силову - між останніми проводами. Малі трансформатори потужністю 2 кВА мають два висновки низької напруги - 220 або 127 В.

Однофазовий трансформаторні пункти роблять по принципової схемою, зображеної на малюнку 2.

Мал. 2. Схема однофазового трансформаторного пункту

Трансформатори підвішують на звичайну проміжну опору мережі напругою 10 кВ. Приєднують їх до мережі високої напруги через роз`єднувач, що встановлюється на примикає опорі. Від коротких замикань трансформатори захищають запобіжниками високої напруги.

На стороні низької напруги встановлюють рубильник і плавкі запобіжники, що поміщаються в маленькому ящику.

Смуги напругою до 1 кВ при змішаній системі роблять, як у звичайних мережах. При збігу трас доцільно підвішувати їх на одних опорах з лініями високої напруги.

У переважній більшості випадків при змішаній системі вживають зазвичай трифазні асинхронні двигуни, що живляться від трифазних ліній. Однофазовий електронні движки невеликої потужності використовують в місцях, де є тільки однофазовий харчування, наприклад движок вентилятора переносного горна на польовому стані, движок насоса на жд роз`їзді і т. П. Зазвичай потужність таких двигунів становить 1 - 2 кВт і зрідка 3 - 4 кВт .

Найкраще використовувати в однофазних мережах особливі асинхронні електродвигуни з пусковими конденсаторами. При відсутності особливих движків можна застосувати стандартні трифазні електродвигуни напругою 380/220 В з пусковими пристроями у вигляді конденсаторів або навіть активних опорів.

Пусковий момент мотора з активним пусковим опором при напрузі 440 В становить близько 0,4 номінального моменту двигуна в трифазному режимі, що відповідає 0,65 - 1,0 номінального моменту в однофазних режимі.

Якщо для робочої машини пусковий момент повинен бути більше 0,5Мн, вибирають движок більшої потужності або ж включають його за схемою з ємністю. При включенні пусковий ємності момент мотора приблизно дорівнює номінальному моменту в трифазному режимі.

При харчуванні від трансформатора потужністю 10 кВА можна запускати двигуни з номінальною потужністю в трифазному режимі до 4,5 кВт.

Однофазовий движки як спеціального виконання, так і переобладнані з трифазних в 1,5 - 2 рази дорожче трифазних тієї ж потужності. Але подорожчання движків незначно в порівнянні з економією, яку отримують при будівництві та експлуатації мережі, застосовуючи змішану систему розподілу електроенергії.

Співвідношення між однофазовий і трифазної потужностями в високовольтної мережі знаходиться в залежності від характеру навантаження і критерій її розміщення.

Для більшості сільських районів однофазовий високовольтні лінії напругою 10 кВ набувають поширення в більшій мірі в 2-ух випадках:

1) на околицях великих селищ з переважаючою навантаженням житлових будинків,

2) в якості відгалужень до окремих маленьким населеним пунктом, де не передбачається останнім часом розвиток силового електроспоживання.

Застосування однофазового харчування слід вважати економічно доцільним, коли досягається значна економія металу проводів без зростання ціни мережі. Ця умова, як правило, здійснимо в тих випадках, коли застосування однофазних схеми не тягне за собою значного збільшення протяжності високовольтної мережі.

Будзко І. А.

Школа для електрика