Trifaziai vienfaziai tinklai
Žemės ūkyje elektros energija paskirstoma trifaziuose tinkluose, kurių įtampa paprastai yra 10 kV su transformatoriniais vartotojų taškais. Ši paskirstymo sistema buvo priimta be didelių pakeitimų, palyginti su komunalinių paslaugų praktika, tiekiant elektrą mažiems miesteliams ir priemiesčiams, kuriuose yra mažaaukščių namų. Tačiau kaimo sąlygomis elektros apkrovos tankis yra daug mažesnis nei miestuose, todėl šiuolaikinė elektros paskirstymo sistema daugeliu atvejų lemia didelį laidų metalo perviršį.
Rimtas jo trūkumas – sunkūs 380 V įtampos tinklai. Dėl gana didelės transformatorių stočių galios (vidutiniškai 63 — 100 kVA) kiekvienas transformatorius aptarnauja nemažą plotą, todėl reikia naudoti laidus su dideliu skersiniu. -atkarpa tinkluose, kurių įtampa 380 V. Dėl to metalo vielos paprastai suvartojama 2–3 kartus daugiau nei 10 kV tinkluose.
Laidų sąnaudas žemos įtampos tinkluose galima sumažinti padidinus transformatorių stočių skaičių ir mažinant jų vidutinę galią bei aptarnavimo spindulį. Tačiau trifazė transformatorinė yra gana brangi konstrukcija, kurios savikaina šiek tiek sumažėja sumažėjus sumontuoto transformatoriaus galiai. Todėl trifaziuose tinkluose sumažinus vidutinę transformatorinės galią žemiau 40 ar 63 kVA, per daug išauga bendra transformatorių stočių savikaina. Todėl toks laidų suvartojimo mažinimo būdas žemos įtampos tinkluose ne visada yra ekonomiškas.
Kita vertus, skirstant trifazį elektros energiją, dažnai smulkiesiems vartotojams reikia tiekti tris 10 kV tinklo laidininkus. Šiuo atveju, atsižvelgiant į sąlygas, laidų skerspjūviai paimami virš būtino įtampos praradimas, nes jie pasirenkami kaip minimalūs leistini pagal mechaninį stiprumą. Dėl to aukštos įtampos tinkle sunaudojamas metalo perteklius.
Esamos elektros paskirstymo sistemos trūkumams pašalinti įvedama mišri trifazė vienfazė skirstymo sistema.
Mišrios elektros paskirstymo sistemos esmė yra tokia.
1. Naudojamos mišrios trifazės 10 kV įtampos vienfazės linijos, kur pagrindinės linijos yra trifazės ir prie jų prijungiami visi didieji, įskaitant galios, vartotojai. Smulkieji vartotojai, daugiausia apšvietimo ir buitinės apkrovos, tiekiami vienfazėmis 10 kV šakomis.
2. Vienfaziams vartotojams maitinti naudojamos mažos galios vienfazės transformatorinės.
Apytikslė tinklo su transformatorių stotimis schema, pagaminta pagal mišrią trifazę vienfazę sistemą, parodyta 1 paveiksle.
Ryžiai. 1. Mišraus trifazio vienfazio tinklo schemos pavyzdys
Kaip matyti iš šios diagramos, dideli vartotojai daugiausia galios apkrova turi trifazį maitinimo šaltinį, o smulkieji vartotojai, dažniausiai gyvenamieji pastatai, maitinami vienfazėmis transformatorinėmis. Vienfaziai transformatoriai apima įtampą tarp fazių.
Lyginamieji skaičiavimai rodo, kad naudojant mišrią sistemą galima sumažinti metalo sąnaudas aukštos ir žemos įtampos laiduose 25 - 35%, lyginant su įprasta trifaze sistema. Pradinė tinklo kaina esamomis kainomis ir įrangos tipais gali būti sumažinta naudojant mišrią sistemą tik iki 5-10%.
Aukštos įtampos tinkle, pagamintame mišrioje sistemoje, vienfaziai transformatoriai jungiami trikampiu 6 arba 10 kV tinklo įtampai, kaip parodyta 1 paveiksle.
Įrodyta, kad netolygiai apkrautame trifaziame tinkle tiesinių įtampos nuostolių suma esant šioms apkrovoms išlieka nepakitusi nepriklausomai nuo apkrovų pasiskirstymo tarp fazių, t.y. dUab + dUbc + dUca = konst.
Praktiškai prie tinklo visada yra prijungta nemažai vienfazių apkrovų. Šios apkrovos gali būti paskirstytos taip, kad tarpfazių įtampos nuostoliai iki galinių taškų būtų maždaug lygūs vienas kitam: dUab ≈ dUbc ≈ dUca
Šiuo atveju netolygiai apkrautos linijos našumas yra toks pat kaip ir trifazės vienodai apkrautos linijos su tais pačiais parametrais. Visais kitais atvejais našumas yra mažesnis.
Akivaizdu, kad projektuojant tinklą mišriai sistemai, atitinkamai paskirstant apkrovas, būtina pasiekti fazių įtampos nuostolių lygybės sąlygą. Šiuo atveju įtampos nuostoliai trifazėje linijoje nustatomi pagal simetriškos apkrovos formules ir turi mažiausią įmanomą reikšmę. Skaičiavimas šiuo atveju yra labai supaprastintas.
Vienfazės atšakos iš 10 kV tinklo turi 2-6 kartus mažesnį pralaidumą nei trifazės atšakos, kurių skerspjūvis yra toks pat. Tačiau esant mažos galios transformatorinėms labai dažnai atšakų laidų skerspjūvis dėl mechaninių priežasčių nustatomas pagal minimalų leistiną. Šiuo atveju jie yra vienfaziai, šakose vietoj trijų yra du vienodo skerspjūvio laidai, o metalinės vielos ekonomiškumas siekia 33%.
Vienfazis žemos įtampos tinklas pagal mišrią sistemą pagamintas trijų laidų su vidutiniu laidininku. Įtampa tarp vidurinio ir galinio laido yra 220 V (2 pav.), o tarp galinių laidų – 440 V. Vidurinis laidas įžeminamas taip pat, kaip ir nulinis laidas 380 V sistemoje su įžeminta neutrale, o. Prie jo taip pat prijungtos metalinės įrangos dalys . Apšvietimas įjungiamas tarp vidurinio ir išorinio laidų, o maitinimas tarp išorinių laidų. Maži 2 kVA transformatoriai turi du žemos įtampos išėjimus – 220 arba 127 V.
Vienfazės transformatorių stotys įgyvendinamos pagal scheminę schemą, parodytą 2 paveiksle.
Ryžiai. 2. Vienfazės transformatorių stoties schema
Transformatoriai pakabinami ant paprasto 10 kV tarpinio tinklo atramos.Jie prijungiami prie aukštos įtampos tinklo per atjungiklį, sumontuotą ant gretimos atramos. Nuo trumpojo jungimo transformatoriai apsaugoti aukštos įtampos saugikliais.
Žemos įtampos pusėje mažoje dėžutėje sumontuotas grandinės pertraukiklis ir saugikliai.
Iki 1 kV įtampos linijos su mišria sistema atliekamos kaip ir įprastuose tinkluose. Jei maršrutai sutampa, juos rekomenduojama kabinti ant tų pačių atramų su aukštos įtampos linijomis.
Daugumoje mišrių sistemų atvejų dažniausiai naudojami trifaziai indukciniai varikliai, maitinami iš trifazių linijų. Mažos galios vienfaziai elektros varikliai naudojami ten, kur yra tik vienfazė galia, pavyzdžiui, ventiliatoriaus variklis ant nešiojamo židinio lauko malūne, siurblio variklis geležinkelio sankryžoje ir kt. Paprastai tokių variklių galia yra 1–2 kW ir retai 3–4 kW.
Vienfaziuose tinkluose geriausia naudoti specialius asinchroninius elektros variklius su paleidimo kondensatoriais. Jei nėra specialių variklių, galite naudoti standartinius trifazius elektros variklius, kurių įtampa yra 380/220 V, su paleidimo įtaisais kondensatorių ar net aktyvių varžų pavidalu.
Variklio, kurio aktyvioji paleidimo varža, esant 440 V įtampai, paleidimo momentas yra apie 0,4 vardinio variklio sukimo momento trifaziu režimu, o tai atitinka 0,65-1,0 vardinio sukimo momento vienfaziu režimu.
Jei darbinei mašinai paleidimo momentas turėtų būti didesnis nei 0,5 Mn, pasirenkamas didesnės galios variklis arba jis jungiamas pagal talpos grandinę.Kai įjungta paleidimo galia, variklio sukimo momentas yra maždaug lygus vardiniam sukimo momentui trifaziu režimu.
Maitinant iš 10 kVA transformatoriaus, galima paleisti variklius, kurių vardinė galia trifaziu režimu iki 4,5 kW.
Vienfaziai varikliai, tiek specialios konstrukcijos, tiek paversti iš trifazių variklių, yra 1,5-2 kartus brangesni nei tokios pat galios trifaziai varikliai. Tačiau variklių pabrangimas yra nežymus, palyginti su sutaupymais kuriant ir eksploatuojant tinklą naudojant mišrią elektros paskirstymo sistemą.
Vienfazės ir trifazės galios santykis aukštos įtampos tinkle priklauso nuo apkrovos pobūdžio ir jos išdėstymo sąlygų.
Daugumoje kaimo vietovių vienfazės aukštos įtampos linijos, kurių įtampa yra 10 kV, vyrauja daugiausia dviem atvejais:
1) didelių kaimų, kuriuose vyrauja gyvenamųjų pastatų apkrova, pakraščiuose,
2) kaip atšakos mažoms gyvenvietėms, kuriose elektros plėtra artimiausiu metu nenumatyta, atskirti.
Vienfazės energijos naudojimas turėtų būti laikomas ekonomiškai pagrįstu, kai žymiai sutaupoma metalinės vielos nedidinant tinklo sąnaudų. Ši sąlyga, kaip taisyklė, yra įmanoma tais atvejais, kai naudojant vienfazę grandinę, aukštos įtampos tinklo ilgis žymiai nepadidėja.
I. A. Budzko