Xarxes trifàsiques monofàsiques

En l'agricultura, l'energia elèctrica es distribueix en xarxes trifàsiques amb una tensió de, per regla general, 10 kV amb punts de consum del transformador. Aquest sistema de distribució es va adoptar sense canvis significatius respecte a la pràctica dels serveis públics per subministrar electricitat a les petites ciutats i suburbis amb edificis de poca alçada. No obstant això, en condicions rurals la densitat de la càrrega elèctrica és molt menor que a les ciutats i, per tant, el modern sistema de distribució d'electricitat condueix en molts casos a una despesa important del metall dels cables.

El seu greu desavantatge són les xarxes pesades amb una tensió de 380 V. A causa de la capacitat relativament gran de les estacions de transformació (de mitjana de 63 a 100 kVA), cada transformador dóna servei a una àrea significativa, que requereix l'ús de cables amb una gran creu. -secció en xarxes amb una tensió de 380 V. Com a resultat, a més, el metall de filferro es consumeix normalment en 2 - 3 vegades més que en xarxes de 10 kV.

El consum de cables a les xarxes de baixa tensió es pot reduir augmentant el nombre d'estacions transformadores i reduint-ne la potència mitjana i el radi de servei. Tanmateix, l'estació de transformació trifàsica és una construcció relativament cara, el cost de la qual disminueix lleugerament amb una disminució de la potència del transformador instal·lat. Per tant, reduir la potència mitjana d'una estació transformadora per sota de 40 o 63 kVA en xarxes trifàsiques comporta un augment excessiu del cost total de les estacions de transformació. Per tant, aquesta manera de reduir el consum de cables a les xarxes de baixa tensió no sempre és econòmica.

D'altra banda, en la distribució d'energia trifàsica, sovint és necessari subministrar tres conductors de xarxa de 10 kV a petits consumidors. En aquest cas, les seccions transversals dels cables es prenen per sobre del necessari, depenent de les condicions pèrdua de tensió, ja que es trien com a mínim admissible pel que fa a la resistència mecànica. Com a resultat, l'excés de metall es consumeix a la xarxa d'alta tensió.

Per superar les deficiències del sistema de distribució d'energia existent, un sistema de distribució monofàsic trifàsic mixt.

L'essència del sistema de distribució d'energia mixta és la següent.

1. S'utilitzen línies trifàsiques mixtes monofàsiques amb una tensió de 10 kV, on les línies principals són trifàsiques i s'hi connecten tots els consumidors grans, inclosa la potència. Els petits consumidors, principalment enllumenat i càrregues domèstiques, s'abasteixen mitjançant derivacions monofàsiques de 10 kV.

2. Les estacions transformadores monofàsiques de baixa potència s'utilitzen per subministrar consumidors monofàsics.

A la figura 1 es mostra un esquema aproximat d'una xarxa amb estacions transformadores fetes segons un sistema mixt trifàsic monofàsic.

Arròs. 1. Exemple d'esquema d'una xarxa mixta trifàsica monofàsica

Com es pot veure en aquest gràfic, els grans usuaris amb la majoria càrrega de potència tenen una font d'alimentació trifàsica, i els petits consumidors, majoritàriament edificis residencials, són alimentats per estacions transformadores monofàsiques. Transformadors monofàsics inclou la tensió entre fases.

Els càlculs comparatius mostren que l'ús d'un sistema mixt pot reduir el consum de metall en cables d'alta i baixa tensió en un 25-35% en comparació amb un sistema trifàsic convencional. El cost inicial de la xarxa als preus i tipus d'equips existents es pot reduir utilitzant un sistema mixt només a un 5-10%.

En una xarxa d'alta tensió feta en un sistema mixt, els transformadors monofàsics estan connectats en triangle per a una tensió de xarxa de 6 o 10 kV, tal com es mostra a la figura 1.

S'ha comprovat que en una xarxa trifàsica amb càrrega desigual, la suma de les pèrdues de tensió lineal en aquestes càrregues roman inalterada independentment de la distribució de les càrregues entre les fases, és a dir. dUab + dUbc + dUca = const.

A la pràctica, sempre hi ha un nombre important de càrregues monofàsiques connectades a la xarxa. Aquestes càrregues es poden distribuir de manera que les pèrdues de tensió fase a fase als extrems siguin aproximadament iguals entre si: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

En aquest cas, el rendiment d'una línia de càrrega no uniforme és el mateix que el d'una línia de càrrega uniforme trifàsica amb els mateixos paràmetres. En tots els altres casos, el rendiment és inferior.

Òbviament, quan es dissenya una xarxa per a un sistema mixt, cal, distribuint les càrregues en conseqüència, aconseguir la condició d'igualtat entre les pèrdues de tensió fase a fase. En aquest cas, les pèrdues de tensió en una línia trifàsica estan determinades per les fórmules per a una càrrega simètrica i tenen el valor més baix possible. El càlcul en aquest cas és molt simplificat.

Les branques monofàsiques d'una xarxa de 10 kV tenen 2-6 vegades menys ample de banda que les branques trifàsiques amb la mateixa secció transversal. Tanmateix, amb les estacions de transformació de baixa potència, molt sovint la secció transversal dels cables de branca està determinada pel mínim permès per raons mecàniques. En aquest cas, són monofàsiques, les branques tenen dos cables de la mateixa secció en comptes de tres, i l'economia del cable metàl·lic és del 33%.

Una xarxa monofàsica de baixa tensió segons un sistema mixt es fa de tres fils amb un conductor mitjà. La tensió entre els cables central i final és de 220 V (Fig. 2), i entre els cables extrems és de 440 V. El cable central està connectat a terra de la mateixa manera que el cable neutre en un sistema de 380 V amb un neutre posat a terra i Les peces metàl·liques de l'equip també s'hi connecten. La il·luminació s'encén entre els cables central i exterior, i la potència entre els cables exteriors. Els transformadors petits de 2 kVA tenen dues sortides de baixa tensió: 220 o 127 V.

Les estacions de transformació monofàsiques s'implementen segons el diagrama esquemàtic que es mostra a la figura 2.

Arròs. 2. Esquema d'una estació transformadora monofàsica

Els transformadors estan suspesos sobre un suport senzill de xarxa intermèdia de 10 kV.Es connecten a una xarxa d'alta tensió mitjançant un seccionador instal·lat en un suport adjacent. Els transformadors estan protegits contra curtcircuits amb fusibles d'alta tensió.

Al costat de baixa tensió, un interruptor i fusibles estan muntats en una caixa petita.

Les línies amb una tensió de fins a 1 kV amb sistema mixt es realitzen com a les xarxes convencionals. Si els recorreguts coincideixen, es recomana penjar-los en els mateixos suports amb línies d'alta tensió.

En la majoria dels casos de sistemes mixts, normalment s'utilitzen motors d'inducció trifàsics alimentats per línies trifàsiques. Els motors elèctrics monofàsics de baixa potència s'utilitzen en llocs on només hi ha energia monofàsica, per exemple, un motor de ventilador en una llar portàtil en un molí de camp, un motor de bomba en un nus ferroviari, etc. Normalment, la potència d'aquests motors és d'1 a 2 kW i rarament de 3 a 4 kW.

El millor és utilitzar motors elèctrics asíncrons especials amb condensadors d'arrencada en xarxes monofàsiques. En absència de motors especials, podeu utilitzar motors elèctrics trifàsics estàndard amb una tensió de 380/220 V amb dispositius d'arrencada en forma de condensadors o fins i tot resistències actives.

El parell d'arrencada d'un motor amb una resistència d'arrencada activa a una tensió de 440 V és d'aproximadament 0,4 del parell nominal del motor en mode trifàsic, que correspon a 0,65-1,0 del parell nominal en mode monofàsic.

Si per a una màquina de treball el parell d'arrencada ha de ser superior a 0,5 Mn, es selecciona un motor amb una potència més gran o es connecta segons un circuit de capacitat.Quan s'activa la capacitat d'arrencada, el parell motor és aproximadament igual al parell nominal en mode trifàsic.

Quan s'alimenta des d'un transformador de 10 kVA, es poden engegar motors amb una potència nominal en mode trifàsic de fins a 4,5 kW.

Els motors monofàsics, tant de construcció especial com convertits a partir de motors trifàsics, són 1,5-2 vegades més cars que els motors trifàsics de la mateixa potència. No obstant això, l'augment del cost dels motors és insignificant en comparació amb els estalvis que s'obtenen en la construcció i explotació de la xarxa mitjançant un sistema de distribució d'energia mixta.

La relació entre potència monofàsica i trifàsica en una xarxa d'alta tensió depèn de la naturalesa de la càrrega i de les condicions de la seva col·locació.

Per a la majoria de zones rurals, les línies monofàsiques d'alta tensió amb una tensió de 10 kV predominen principalment en dos casos:

1) als afores de grans pobles amb una càrrega predominant d'edificis residencials,

2) com a sucursals per a la separació de petits assentaments on no es preveu el desenvolupament de l'electricitat en un futur proper.

L'ús d'energia monofàsica s'ha de considerar econòmicament factible quan s'aconsegueix un estalvi important en filferro metàl·lic sense augmentar els costos de la xarxa. Aquesta condició, per regla general, és factible en els casos en què l'ús d'un circuit monofàsic no comporta un augment significatiu de la longitud de la xarxa d'alta tensió.

I. A. Budzko