Trofazne jednofazne mreže

U poljoprivredi se električna energija distribuira u trofaznim mrežama napona u pravilu 10 kV s transformatorskim potrošačkim mjestima. Ovaj distribucijski sustav usvojen je bez značajnih promjena u odnosu na komunalnu praksu za opskrbu električnom energijom malih mjesta i prigradskih naselja s niskom gradnjom. Međutim, u ruralnim uvjetima gustoća električnog opterećenja mnogo je niža nego u gradovima, pa stoga moderni sustav distribucije električne energije u mnogim slučajevima dovodi do značajnog pretjeranog trošenja metala žica.

Njegov ozbiljan nedostatak su teške mreže s naponom od 380 V. Zbog relativno velikog kapaciteta transformatorskih stanica (u prosjeku 63 — 100 kVA), svaki transformator opslužuje značajno područje, što zahtijeva korištenje žica s velikim križnim -dio u mrežama s naponom od 380 V. Povrh toga, metalna žica se obično troši 2 - 3 puta više nego u mrežama od 10 kV.

Potrošnja žice u niskonaponskim mrežama može se smanjiti povećanjem broja transformatorskih stanica i smanjenjem njihove prosječne snage i radijusa rada. Međutim, trofazna transformatorska stanica je relativno skupa konstrukcija, čija cijena neznatno opada sa smanjenjem snage instaliranog transformatora. Stoga smanjenje prosječne snage transformatorske stanice ispod 40 odnosno 63 kVA u trofaznim mrežama dovodi do prekomjernog povećanja ukupnih troškova transformatorskih stanica. Stoga ovaj način smanjenja potrošnje žica u niskonaponskim mrežama nije uvijek ekonomičan.

S druge strane, u trofaznoj distribuciji električne energije često je potrebno napajati tri vodiča 10 kV mreže za male potrošače. U ovom slučaju, poprečni presjeci žica uzimaju se iznad potrebnih, ovisno o uvjetima gubitak napona, jer su odabrani kao minimalno dopušteni u smislu mehaničke čvrstoće. Kao rezultat toga, višak metala se troši u visokonaponskoj mreži.

Da bi se prevladali nedostaci postojećeg sustava distribucije električne energije, mješoviti trofazni jednofazni sustav distribucije.

Suština mješovitog sustava distribucije električne energije je sljedeća.

1. Koriste se mješoviti trofazni jednofazni vodovi napona 10 kV, pri čemu su glavni vodovi trofazni i na njih su priključeni svi veliki potrošači, uključujući snagu. Mali potrošači, uglavnom rasvjeta i kućanska opterećenja, napajaju se jednofaznim odvodnim vodovima 10 kV.

2. Za napajanje jednofaznih potrošača koriste se jednofazne transformatorske stanice male snage.

Približna shema mreže s transformatorskim stanicama izvedena prema mješovitom trofaznom jednofaznom sustavu prikazana je na slici 1.

Riža. 1. Primjer dijagrama mješovite trofazne jednofazne mreže

Kao što se može vidjeti iz ovog grafikona, veliki korisnici s uglavnom opterećenje snage imaju trofazno napajanje, a mali potrošači, uglavnom stambeni objekti, napajaju se iz monofaznih trafostanica. Jednofazni transformatori uključuje napon između faza.

Usporedni izračuni pokazuju da uporaba mješovitog sustava može smanjiti potrošnju metala u žicama visokog i niskog napona za 25 - 35% u usporedbi s konvencionalnim trofaznim sustavom. Početna cijena mreže po postojećim cijenama i vrstama opreme može se smanjiti korištenjem mješovitog sustava na samo 5-10%.

U visokonaponskoj mreži izvedenoj u mješovitom sustavu jednofazni transformatori su spojeni u trokut za mrežni napon 6 ili 10 kV, kao što je prikazano na slici 1.

Dokazano je da u neravnomjerno opterećenoj trofaznoj mreži zbroj linearnih gubitaka napona kod ovih opterećenja ostaje nepromijenjen bez obzira na raspodjelu opterećenja između faza, tj. dUab + dUbc + dUca = konst.

U praksi uvijek postoji značajan broj jednofaznih trošila priključenih na mrežu. Ova se opterećenja mogu rasporediti tako da su međufazni gubici napona do krajnjih točaka međusobno približno jednaki: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

U ovom slučaju, izvedba nejednoliko opterećenog voda je ista kao kod trofaznog jednoliko opterećenog voda s istim parametrima. U svim ostalim slučajevima performanse su niže.

Očito je da je pri projektiranju mreže za mješoviti sustav potrebno, odgovarajućim rasporedom opterećenja, postići uvjet jednakosti međufaznih gubitaka napona. U ovom slučaju gubici napona u trofaznom vodu određeni su formulama za simetrično opterećenje i imaju najmanju moguću vrijednost. Izračun u ovom slučaju je znatno pojednostavljen.

Jednofazne grane iz 10 kV mreže imaju 2-6 puta manju propusnost od trofaznih grana istog presjeka. Međutim, kod transformatorskih stanica male snage vrlo često se presjek granskih žica određuje minimalno dopuštenim iz mehaničkih razloga. U ovom slučaju su jednofazni, grane imaju dvije žice istog presjeka umjesto tri, a ekonomičnost metalne žice je 33%.

Jednofazna niskonaponska mreža prema mješovitom sustavu izrađena je trožičnom s prosječnim vodičem. Napon između srednje i krajnje žice je 220 V (slika 2), a između krajnjih žica je 440 V. Srednja žica uzemljena je na isti način kao neutralna žica u sustavu od 380 V s uzemljenom neutralnom nulom, a na njega se spajaju i metalni dijelovi opreme . Rasvjeta se uključuje između srednje i vanjske žice, a struja između vanjskih žica. Mali transformatori od 2 kVA imaju dva niskonaponska izlaza - 220 ili 127 V.

Jednofazne transformatorske stanice izvode se prema načelnoj shemi prikazanoj na slici 2.

Riža. 2. Shema jednofazne transformatorske stanice

Transformatori su ovješeni na jednostavnu 10 kV međumrežnu potporu.Priključuju se na visokonaponsku mrežu preko rastavljača postavljenog na susjednom nosaču. Transformatori su zaštićeni od kratkog spoja visokonaponskim osiguračima.

Na strani niskog napona, prekidač i osigurači su montirani u maloj kutiji.

Vodovi napona do 1 kV kod mješovitog sustava izvode se kao u konvencionalnim mrežama. Ako se rute podudaraju, preporuča se objesiti ih na iste nosače s visokonaponskim vodovima.

U većini slučajeva mješovitih sustava obično se koriste trofazni indukcijski motori koji se napajaju iz trofaznih vodova. Jednofazni elektromotori male snage koriste se na mjestima gdje je dostupna samo jednofazna struja, na primjer, motor ventilatora na prijenosnom ložištu u poljskom mlinu, motor pumpe na željezničkom čvoru itd. Obično je snaga takvih motora 1-2 kW, a rijetko 3-4 kW.

Najbolje je koristiti posebne asinkrone elektromotore s početnim kondenzatorima u jednofaznim mrežama. U nedostatku posebnih motora, možete koristiti standardne trofazne elektromotore s naponom od 380/220 V s uređajima za pokretanje u obliku kondenzatora ili čak aktivnih otpora.

Početni moment motora s aktivnim startnim otporom pri naponu od 440 V iznosi oko 0,4 nazivnog momenta motora u trofaznom načinu rada, što odgovara 0,65-1,0 nazivnog momenta u jednofaznom načinu rada.

Ako za radni stroj početni moment treba biti veći od 0,5 Mn, odabire se motor veće snage ili se spaja prema krugu kapaciteta.Kada je startni kapacitet uključen, moment motora približno je jednak nazivnom momentu u trofaznom načinu rada.

Kada se napaja iz transformatora od 10 kVA, mogu se pokrenuti motori nazivne snage u trofaznom načinu rada do 4,5 kW.

Monofazni motori, kako posebne konstrukcije tako i prerađeni iz trofaznih motora, skuplji su 1,5-2 puta od trofaznih motora iste snage. Međutim, povećanje cijene motora je beznačajno u usporedbi s uštedama koje se ostvaruju izgradnjom i radom mreže korištenjem mješovitog sustava distribucije električne energije.

Omjer između jednofazne i trofazne snage u visokonaponskoj mreži ovisi o prirodi opterećenja i uvjetima njegovog postavljanja.

Za većinu ruralnih područja prevladavaju jednofazni visokonaponski vodovi s naponom od 10 kV uglavnom u dva slučaja:

1) na periferiji velikih naselja s pretežnim opterećenjem stambenih zgrada,

2) kao odvojci za odvajanje manjih naselja u kojima se u bliskoj budućnosti ne predviđa razvoj elektroprivrede.

Korištenje jednofazne struje trebalo bi se smatrati ekonomski izvedivim kada se postižu značajne uštede u metalnoj žici bez povećanja mrežnih troškova. Ovaj uvjet je u pravilu izvediv u slučajevima kada uporaba jednofaznog kruga ne dovodi do značajnog povećanja duljine visokonaponske mreže.

I. A. Budzko