Трофазне једнофазне мреже

У пољопривреди се електрична енергија дистрибуира у трофазним мрежама напона, по правилу, 10 кВ са трансформаторским потрошачким тачкама. Овај дистрибутивни систем је усвојен без значајнијих промена из комуналне праксе за снабдевање електричном енергијом малих градова и приградских насеља са ниским зградама. Међутим, у руралним условима густина електричног оптерећења је много мања него у градовима, па стога савремени систем дистрибуције електричне енергије у многим случајевима доводи до значајног прекомерног трошења метала жица.

Његов озбиљан недостатак су тешке мреже напона од 380 В. Због релативно великог капацитета трансформаторских станица (у просеку 63 — 100 кВА), сваки трансформатор опслужује значајну површину, што захтева употребу жица са великим крстом. -секција у мрежама напона 380 В. Поврх тога, метална жица се обично троши у 2 — 3 пута више него у мрежама од 10 кВ.

Потрошња жице у нисконапонским мрежама може се смањити повећањем броја трансформаторских станица и смањењем њихове просечне снаге и сервисног радијуса. Међутим, трофазна трансформаторска станица је релативно скупа конструкција, чија се цена благо смањује са смањењем снаге инсталираног трансформатора. Дакле, смањење просечне снаге трансформаторске станице испод 40 или 63 кВА у трофазним мрежама доводи до прекомерног повећања укупних трошкова трансформаторских станица. Стога, овај начин смањења потрошње жица у нисконапонским мрежама није увек економичан.

С друге стране, у трофазној дистрибуцији електричне енергије често је потребно снабдевање малих потрошача са три 10 кВ мрежна проводника. У овом случају, попречни пресеци жица се узимају изнад потребних, у зависности од услова губитак напона, пошто су изабрани као минимално дозвољени у погледу механичке чврстоће. Као резултат тога, вишак метала се троши у високонапонској мрежи.

Да би се превазишли недостаци постојећег електродистрибутивног система, мешовити трофазни једнофазни дистрибутивни систем.

Суштина мешовитог система дистрибуције електричне енергије је следећа.

1. Користе се мешовити трофазни монофазни водови напона 10 кВ, где су магистрални водови трофазни и на њих су прикључени сви велики, укључујући и енергетски, потрошачи. Мали потрошачи, углавном расвета и кућна оптерећења, напајају се једнофазним 10 кВ огранцима.

2. За напајање једнофазних потрошача користе се монофазне трансформаторске станице мале снаге.

Оквирни дијаграм мреже са трафо станицама израђеним по мешовитом трофазном једнофазном систему приказан је на слици 1.

Пиринач. 1. Пример дијаграма мешовите трофазне једнофазне мреже

Као што се може видети из овог графикона, велики корисници са углавном оптерећење снаге имају трофазно напајање, а мале потрошаче, углавном стамбене зграде, напајају монофазне трафо станице. Монофазни трансформатори укључује напон између фаза.

Упоредни прорачуни показују да употреба мешовитог система може смањити потрошњу метала у високонапонским и нисконапонским жицама за 25 - 35% у поређењу са конвенционалним трофазним системом. Почетна цена мреже по постојећим ценама и врстама опреме може се смањити коришћењем мешовитог система на само 5-10%.

У високонапонској мрежи направљеној у мешовитом систему, монофазни трансформатори се спајају у трокут за напон мреже од 6 или 10 кВ, као што је приказано на слици 1.

Доказано је да у неравномерно оптерећеној трофазној мрежи збир линеарних губитака напона код ових оптерећења остаје непромењен без обзира на расподелу оптерећења између фаза, тј. дУаб + дУбц + дУца = конст.

У пракси увек постоји значајан број једнофазних оптерећења повезаних на мрежу. Ова оптерећења се могу распоредити тако да губици напона фаза-фаза до крајњих тачака буду приближно једнаки једни другима: дУаб ≈ дУбц ≈ дУца

У овом случају, перформансе неравномерно оптерећене линије су исте као и трофазне равномерно оптерећене линије са истим параметрима. У свим осталим случајевима перформансе су ниже.

Очигледно, при пројектовању мреже за мешовити систем, потребно је, одговарајућом расподелом оптерећења, постићи услов једнакости међуфазних губитака напона. У овом случају губици напона у трофазном воду су одређени формулама за симетрично оптерећење и они имају најмању могућу вредност. Прорачун у овом случају је знатно поједностављен.

Монофазни огранци из 10 кВ мреже имају 2-6 пута мањи пропусни опсег од трофазних огранака истог попречног пресека. Међутим, код трафо станица мале снаге, врло често је попречни пресек огранака одређен минимално дозвољеним из механичких разлога. У овом случају су једнофазни, гране имају две жице истог пресека уместо три, а економичност металне жице је 33%.

Једнофазна нисконапонска мрежа према мешовитом систему се прави трожична са просечним проводником. Напон између средње и крајње жице је 220 В (слика 2), а између крајњих жица 440 В. Средња жица је уземљена на исти начин као и неутрална жица у систему од 380 В са уземљеним неутралним, а на њега су повезани и метални делови опреме . Осветљење се укључује између средње и спољашње жице, а напајање између спољних жица. Мали трансформатори од 2 кВА имају два нисконапонска излаза — 220 или 127 В.

Монофазне трансформаторске станице су реализоване према шематском дијаграму приказаном на слици 2.

Пиринач. 2. Шема једнофазне трансформаторске станице

Трансформатори су суспендовани на једноставном 10 кВ међумрежном носачу.Прикључују се на високонапонску мрежу преко растављача инсталираног на суседном носачу. Трансформатори су заштићени од кратких спојева високонапонским осигурачима.

На страни ниског напона, прекидач и осигурачи су монтирани у малој кутији.

Водови напона до 1 кВ са мешовитим системом изводе се као у конвенционалним мрежама. Ако се трасе поклапају, препоручује се да их окачите на исте носаче са високонапонским водовима.

У већини случајева мешовитих система обично се користе трофазни асинхрони мотори који се напајају из трофазних водова. Монофазни електромотори мале снаге користе се на местима где је доступна само једнофазна снага, на пример, мотор вентилатора на преносивом огњишту у пољском млину, мотор пумпе на железничком чвору итд. Типично, снага таквих мотора је 1-2 кВ, а ретко 3-4 кВ.

Најбоље је користити посебне асинхроне електромоторе са стартним кондензаторима у једнофазним мрежама. У недостатку посебних мотора, можете користити стандардне трофазне електромоторе са напоном од 380/220 В са уређајима за покретање у облику кондензатора или чак активних отпора.

Почетни момент мотора са активним стартним отпором на напону од 440 В износи око 0,4 називног момента мотора у трофазном режиму, што одговара 0,65-1,0 називног момента у монофазном режиму.

Ако за радну машину стартни момент треба да буде већи од 0,5 Мн, бира се мотор веће снаге или се прикључује према кругу капацитета.Када је стартни капацитет укључен, обртни момент мотора је приближно једнак називном обртном моменту у трофазном режиму.

Када се напајају из трансформатора од 10 кВА, могу се покренути мотори називне снаге у трофазном режиму до 4,5 кВ.

Монофазни мотори, како специјалне конструкције тако и претворени из трофазних, су 1,5-2 пута скупљи од трофазних мотора исте снаге. Међутим, повећање трошкова мотора је незнатно у поређењу са уштедама које се остварују у изградњи и раду мреже коришћењем мешовитог система дистрибуције електричне енергије.

Однос између једнофазне и трофазне снаге у високонапонској мрежи зависи од природе оптерећења и услова његовог постављања.

У већини руралних подручја преовлађују монофазни високонапонски водови напона од 10 кВ углавном у два случаја:

1) на периферији великих села са претежно оптерећеним стамбеним зградама,

2) као огранци за издвајање малих насеља у којима се у блиској будућности не предвиђа развој електроенергетике.

Коришћење једнофазне струје треба сматрати економски изводљивом када се постижу значајне уштеде у металној жици без повећања трошкова мреже. Овај услов је, по правилу, изводљив у случајевима када употреба једнофазног кола не доводи до значајног повећања дужине високонапонске мреже.

И. А. Будзко