Trefasiga enfasnät
Inom jordbruket distribueras elektrisk energi i trefasnät med en spänning på som regel 10 kV med transformatorförbrukarpunkter. Detta distributionssystem antogs utan betydande förändringar från allmännyttiga praxis för att leverera el till små städer och förorter med låga byggnader. Men på landsbygden är densiteten hos den elektriska belastningen mycket lägre än i städer, och därför leder det moderna systemet för eldistribution i många fall till en betydande överutgift av metallen i trådarna.
Dess allvarliga nackdel är de tunga nätverken med en spänning på 380 V. På grund av transformatorstationernas relativt stora kapacitet (i genomsnitt 63 — 100 kVA) betjänar varje transformator ett betydande område, vilket kräver användning av ledningar med ett stort kors -sektion i nät med en spänning på 380 V. Som ett resultat av detta förbrukas vanligen trådmetall i 2 — 3 gånger mer än i 10 kV-nät.
Trådförbrukningen i lågspänningsnät kan minskas genom att öka antalet transformatorstationer och minska deras genomsnittliga effekt och serviceradie. Trefastransformatorstationen är dock en relativt dyr konstruktion, vars kostnad minskar något med en minskning av kraften hos den installerade transformatorn. Därför leder en minskning av den genomsnittliga effekten för en transformatorstation under 40 eller 63 kVA i trefasnät till en överdriven ökning av den totala kostnaden för transformatorstationer. Därför är detta sätt att minska förbrukningen av ledningar i lågspänningsnät inte alltid ekonomiskt.
Å andra sidan, vid trefaskraftsdistribution är det ofta nödvändigt att förse små förbrukare med tre 10 kV-nätledare. I detta fall tas trådarnas tvärsnitt över det nödvändiga, beroende på förhållandena spänningsförlust, eftersom de är valda som minsta tillåtna vad gäller mekanisk hållfasthet. Som ett resultat förbrukas överskottsmetall i högspänningsnätet.
För att övervinna bristerna i det befintliga kraftdistributionssystemet, ett blandat trefas enfas distributionssystem.
Kärnan i det blandade kraftdistributionssystemet är som följer.
1. Blandade trefasiga enfasledningar med en spänning på 10 kV används, där huvudledningarna är trefasiga och alla stora, inklusive effekt, förbrukare är anslutna till dem. Små förbrukare, främst belysning och hushållslaster, försörjs av enfas 10 kV grenledningar.
2. Enfastransformatorstationer med låg effekt används för att försörja enfasförbrukare.
Ett ungefärligt diagram över ett nätverk med transformatorstationer gjorda enligt ett blandat trefas enfassystem visas i figur 1.
Ris. 1. Exempel på ett diagram över ett blandat trefas enfasnät
Som framgår av detta diagram, stora användare med det mesta kraftbelastning har en trefas strömförsörjning, och små förbrukare, mestadels bostadshus, drivs av enfas transformatorstationer. Enfas transformatorer inkluderar spänning mellan faserna.
Jämförande beräkningar visar att användningen av ett blandat system kan minska förbrukningen av metall i hög- och lågspänningsledningar med 25 - 35 % jämfört med ett konventionellt trefassystem. Den initiala kostnaden för nätverket till befintliga priser och typer av utrustning kan reduceras genom att använda ett blandat system till endast 5-10%.
I ett högspänningsnät tillverkat i ett blandat system är enfastransformatorer deltakopplade för en nätspänning på 6 eller 10 kV, som visas i figur 1.
Det har bevisats att i ett ojämnt belastat trefasnät förblir summan av de linjära spänningsförlusterna vid dessa laster oförändrad oavsett fördelningen av lasterna mellan faserna, d.v.s. dUab + dUbc + dUca = konst.
I praktiken finns det alltid ett betydande antal enfasbelastningar kopplade till nätet. Dessa laster kan fördelas så att fas-till-fas spänningsförlusterna till ändpunkterna är ungefär lika med varandra: dUab ≈ dUbc ≈ dUca
I detta fall är prestandan för en ojämnt belastad ledning densamma som för en trefas likformigt belastad ledning med samma parametrar. I alla andra fall är prestandan lägre.
Uppenbarligen, när man designar ett nätverk för ett blandat system, är det nödvändigt, genom att fördela lasterna i enlighet därmed, att uppnå villkoret för jämlikhet mellan fas-till-fas spänningsförluster. I detta fall bestäms spänningsförlusterna i en trefasledning av formlerna för en symmetrisk belastning och de har lägsta möjliga värde. Beräkningen i detta fall är mycket förenklad.
Enfasgrenar från ett 10 kV-nät har 2-6 gånger mindre bandbredd än trefasgrenar med samma tvärsnitt. Med transformatorstationer med låg effekt bestäms dock tvärsnittet av grenledningar av det minsta tillåtna av mekaniska skäl. I det här fallet är de enfasiga, grenarna har två ledningar med samma tvärsnitt istället för tre, och ekonomin för metalltråd är 33%.
Ett enfas lågspänningsnätverk enligt ett blandat system är gjort tretrådigt med en genomsnittlig ledare. Spänningen mellan mitt- och ändtrådarna är 220 V (Fig. 2), och mellan ändtrådarna är 440 V. Mitttråden är jordad på samma sätt som den neutrala ledningen i ett 380 V-system med jordad noll, och metalldelar av utrustningen är också anslutna till den. Belysningen tänds mellan mitt- och ytterledningarna och strömmen mellan ytterledningarna. Små 2 kVA transformatorer har två lågspänningsutgångar — 220 eller 127 V.
Enfas transformatorstationer implementeras enligt det schematiska diagrammet som visas i figur 2.
Ris. 2. Schema för en enfas transformatorstation
Transformatorerna är upphängda på ett enkelt 10 kV mellannätsstöd.De är anslutna till ett högspänningsnät genom en frånskiljare installerad på ett intilliggande stöd. Transformatorer skyddas mot kortslutning med högspänningssäkringar.
På lågspänningssidan sitter en strömbrytare och säkringar monterade i en liten låda.
Linjer med en spänning på upp till 1 kV med ett blandat system utförs som i konventionella nätverk. Om vägarna sammanfaller rekommenderas det att hänga dem på samma stöd med högspänningsledningar.
I de flesta fall med blandade system används vanligtvis trefasa induktionsmotorer som matas från trefasledningar. Lågeffekt enfas elektriska motorer används på platser där endast enfas effekt finns tillgänglig, till exempel en fläktmotor på en bärbar härd i en fältkvarn, en pumpmotor på en järnvägsknut, etc. Typiskt är effekten hos sådana motorer 1 - 2 kW och sällan 3 - 4 kW.
Det är bäst att använda speciella asynkrona elmotorer med startkondensatorer i enfasnätverk. I avsaknad av speciella motorer kan du använda vanliga trefasiga elmotorer med en spänning på 380/220 V med startanordningar i form av kondensatorer eller till och med aktiva motstånd.
Startmomentet för en motor med ett aktivt startmotstånd vid en spänning på 440 V är cirka 0,4 av motorns nominella vridmoment i trefasläge, vilket motsvarar 0,65-1,0 av det nominella vridmomentet i enfasläge.
Om startmomentet för en fungerande maskin ska vara mer än 0,5 Mn, väljs en motor med större effekt eller så är den ansluten enligt en kapacitetskrets.När startkapaciteten är påslagen är motorns vridmoment ungefär lika med det nominella vridmomentet i trefasläge.
När de matas från en 10 kVA transformator kan motorer med en märkeffekt i trefasläge upp till 4,5 kW startas.
Enfasmotorer, både av specialkonstruktion och ombyggda från trefasmotorer, är 1,5-2 gånger dyrare än trefasmotorer med samma effekt. Ökningen av kostnaden för motorer är dock obetydlig jämfört med de besparingar som erhålls vid att bygga och driva nätet med hjälp av ett blandat kraftdistributionssystem.
Förhållandet mellan enfas och trefaseffekt i ett högspänningsnät beror på belastningens natur och villkoren för dess placering.
För de flesta landsbygdsområden råder enfasiga högspänningsledningar med en spänning på 10 kV huvudsakligen i två fall:
1) i utkanten av stora byar med en övervägande belastning av bostadshus,
2) som grenar för separering av små bosättningar där elutvecklingen inte förutses inom en snar framtid.
Användningen av enfaskraft bör anses ekonomiskt genomförbar när betydande besparingar i metalltråd uppnås utan att öka nätverkskostnaderna. Detta villkor är som regel genomförbart i fall där användningen av en enfaskrets inte leder till en betydande ökning av högspänningsnätets längd.
I. A. Budzko