Трифазни еднофазни мрежи

В селското стопанство електрическата енергия се разпределя в трифазни мрежи с напрежение, като правило, 10 kV с потребителски точки на трансформатора. Тази система за разпределение е възприета без съществени промени от комуналната практика за доставка на електроенергия на малки градове и предградия с нискоетажни сгради. Въпреки това, в селските условия плътността на електрическото натоварване е много по -ниска, отколкото в градовете и затова съвременната система за разпределение на електроенергията води до много случаи до значително преразход на метала на проводниците.

Неговият сериозен недостатък са тежките мрежи с напрежение 380 V. Поради относително големия капацитет на трансформаторните станции (средно 63 — 100 kVA), всеки трансформатор обслужва значителна площ, което изисква използването на проводници с голямо напречно сечение в мрежи с напрежение 380 V. В резултат на това металът от проводници обикновено се консумира в 2 — 3 пъти повече, отколкото в 10 kV мрежи.

Консумацията на проводници в мрежи с ниско напрежение може да бъде намалена чрез увеличаване на броя на трансформаторните станции и намаляване на тяхната средна мощност и радиус на обслужване. Трифазната трансформаторна станция обаче е сравнително скъпа конструкция, чиято цена намалява малко с намаляване на мощността на инсталирания трансформатор. Следователно, намаляването на средната мощност на трансформаторна станция под 40 или 63 kVA в трифазни мрежи води до прекомерно увеличаване на общата цена на трансформаторните станции. Следователно този начин за намаляване на консумацията на проводници в мрежи с ниско напрежение не винаги е икономичен.

От друга страна, при трифазно разпределение на мощността често е необходимо да се доставят три 10 kV мрежови проводника на малки потребители. В този случай напречните сечения на проводниците се вземат над необходимите, в зависимост от условията загуба на напрежение, тъй като те са избрани като минимално допустими по отношение на механичната якост. В резултат на това в мрежата за високо напрежение се изразходва излишък от метал.

За да се отстранят недостатъците на съществуващата електроразпределителна система, а смесена трифазна еднофазна разпределителна система.

Същността на смесената система за разпределение на електроенергията е следната.

1. Използват се смесени трифазни еднофазни линии с напрежение 10 kV, при които основните линии са трифазни и към тях са свързани всички големи, включително захранващи, консуматори. Малките потребители, предимно осветление и домакински товари, се захранват от еднофазни 10 kV разклонителни линии.

2. За захранване на еднофазни консуматори се използват еднофазни трансформаторни станции с ниска мощност.

Приблизителна диаграма на мрежа с трансформаторни станции, направена по смесена трифазна еднофазна система, е показана на фигура 1.

Ориз. 1. Пример за диаграма на смесена трифазна еднофазна мрежа

Както се вижда от тази диаграма, големите потребители с предимно мощност натоварване имат трифазно захранване, а малките потребители, предимно жилищни сгради, се захранват от еднофазни трансформаторни станции. Еднофазни трансформатори включва напрежение между фази.

Сравнителните изчисления показват, че използването на смесена система може да намали разхода на метал в проводници с високо и ниско напрежение с 25 — 35% в сравнение с конвенционалната трифазна система. Първоначалните разходи за мрежата при съществуващи цени и видове оборудване могат да бъдат намалени чрез използване на смесена система само до 5-10%.

В мрежа с високо напрежение, направена в смесена система, еднофазните трансформатори са свързани с делта за мрежово напрежение 6 или 10 kV, както е показано на фигура 1.

Доказано е, че в неравномерно натоварена трифазна мрежа сумата от линейните загуби на напрежение при тези натоварвания остава непроменена независимо от разпределението на натоварванията между фазите, т.е. dUab + dUbc + dUca = const.

На практика винаги има значителен брой еднофазни натоварвания, свързани към мрежата. Тези товари могат да бъдат разпределени така, че фазовите фазови загуби на напрежение до крайните точки да са приблизително равни една на друга: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

В този случай производителността на неравномерно натоварена линия е същата като тази на трифазно равномерно натоварена линия със същите параметри. Във всички останали случаи производителността е по -ниска.

Очевидно при проектирането на мрежа за смесена система е необходимо, като се разпределят съответно натоварванията, да се постигне условието за равенство между фазовите фазови загуби на напрежение. В този случай загубите на напрежение в трифазна линия се определят от формулите за симетрично натоварване и те имат най-ниската възможна стойност. Изчислението в този случай е значително опростено.

Еднофазните разклонения от 10 kV мрежа имат 2-6 пъти по-малка честотна лента от трифазните разклонения със същото напречно сечение. Въпреки това, с ниска мощност на трансформаторни станции, много често напречното сечение на разклонителните проводници се определя от минимално допустимото от механични съображения. В този случай те са еднофазни, клоните имат два проводника с едно и също напречно сечение вместо три, а икономията на метален тел е 33%.

Еднофазна мрежа с ниско напрежение според смесена система е направена трипроводна със среден проводник. Напрежението между средния и крайния проводник е 220 V (фиг. 2), а между крайните проводници е 440 V. Средният проводник е заземен по същия начин като неутралния проводник в 380 V система със заземена неутрала и метални части на оборудването също са свързани към него. Осветлението се включва между средния и външния проводник, а захранващият — между външните проводници. Малките трансформатори с мощност 2 kVA имат два изхода за ниско напрежение — 220 или 127 V.

Еднофазни трансформаторни станции се изпълняват съгласно схематичната схема, показана на фигура 2.

Ориз. 2. Схема на еднофазна трансформаторна станция

Трансформаторите са окачени на обикновена междинна мрежова опора 10 kV. Те са свързани към мрежа с високо напрежение чрез разединител, инсталиран на съседна опора. Трансформаторите са защитени срещу късо съединение с предпазители за високо напрежение.

От страната на ниското напрежение в малка кутия са монтирани прекъсвач и предпазители.

Линии с напрежение до 1 kV със смесена система се изпълняват както в конвенционалните мрежи. Ако маршрутите съвпадат, препоръчително е да ги окачите на същите опори с линии за високо напрежение.

В по-голямата част от случаите със смесена система обикновено се използват трифазни асинхронни двигатели, захранвани от трифазни линии. Еднофазни електродвигатели с ниска мощност се използват на места, където има само еднофазно захранване, например вентилаторен двигател на преносимо огнище в полева мелница, двигател на помпа на железопътен възел и др. Обикновено мощността на такива двигатели е 1 — 2 kW и рядко 3 — 4 kW.

Най-добре е да се използват специални асинхронни електродвигатели със стартиращи кондензатори в еднофазни мрежи. При липса на специални двигатели можете да използвате стандартни трифазни електродвигатели с напрежение 380/220 V със стартови устройства под формата на кондензатори или дори активни съпротивления.

Пусковият момент на двигател с активно пусково съпротивление при напрежение 440 V е около 0,4 от номиналния въртящ момент на двигателя в трифазен режим, което съответства на 0,65-1,0 от номиналния въртящ момент в еднофазен режим.

Ако за работеща машина началният въртящ момент трябва да бъде повече от 0,5 Mn, се избира двигател с по -голяма мощност или той се включва според верига с капацитет. Когато капацитетът за стартиране е включен, въртящият момент на двигателя е приблизително равен на номиналния въртящ момент в трифазен режим.

Когато се захранват от трансформатор 10 kVA, могат да се стартират двигатели с номинална мощност в трифазен режим до 4,5 kW.

Еднофазните двигатели, както със специална конструкция, така и преобразувани от трифазни двигатели са 1,5-2 пъти по-скъпи от трифазните двигатели със същата мощност. Увеличението на цената на двигателите обаче е незначително в сравнение със спестяванията, които се получават при изграждането и експлоатацията на мрежата, използвайки смесена система за разпределение на мощността.

Съотношението между еднофазна и трифазна мощност в мрежа с високо напрежение зависи от естеството на товара и условията на неговото поставяне.

За повечето селски райони еднофазните високоволтови линии с напрежение 10 kV преобладават главно в два случая:

1) в покрайнините на големи села с преобладаващ товар от жилищни сгради,

2) като клонове за отделяне на малки населени места, където развитието на електроенергия не се предвижда в близко бъдеще.

Използването на еднофазно захранване трябва да се счита за икономически осъществимо, когато се постигнат значителни икономии на метален проводник, без да се увеличават разходите за мрежата. Това условие, като правило, е осъществимо в случаите, когато използването на еднофазна верига не води до значително увеличаване на дължината на мрежата с високо напрежение.

I. A. Budzko