רשתות תלת פאזיות חד פאזיות

בחקלאות, אנרגיה חשמלית מופצת ברשתות תלת פאזיות עם מתח של, ככלל, 10 קילו וולט עם נקודות צרכן שנאי. מערכת חלוקה זו אומצה ללא שינויים משמעותיים מהנהלת השירות לאספקת חשמל לעיירות קטנות ולפרברים עם בניינים נמוכים. עם זאת, בתנאים כפריים צפיפות העומס החשמלי נמוכה בהרבה מאשר בערים, ולכן המערכת המודרנית של חלוקת החשמל מובילה במקרים רבים להוצאת יתר משמעותית של מתכת החוטים.

החיסרון החמור שלו הוא הרשתות הכבדות במתח של 380 וולט. בשל הקיבולת הגדולה יחסית של תחנות השנאים (בממוצע 63 — 100 kVA), כל שנאי משרת שטח משמעותי, המצריך שימוש בחוטים בעלי צלב גדול -מקטע ברשתות עם מתח של 380 V. כתוצאה מכך נוסף על כך, מתכת תיל נצרך בדרך כלל פי 2 - 3 יותר מאשר ברשתות 10 קילו וולט.

ניתן להפחית את צריכת החוטים ברשתות מתח נמוך על ידי הגדלת מספר תחנות השנאים והפחתת ההספק הממוצע ורדיוס השירות שלהן. עם זאת, תחנת השנאים התלת פאזית היא קונסטרוקציה יקרה יחסית, שעלותה יורדת מעט עם ירידה בהספק השנאי המותקן. לכן, הפחתת ההספק הממוצע של תחנת שנאים מתחת ל-40 או 63 kVA ברשתות תלת פאזיות מובילה לעלייה מופרזת בעלות הכוללת של תחנות שנאים. לכן, דרך זו להפחית את צריכת החוטים ברשתות מתח נמוך אינה תמיד חסכונית.

מצד שני, בהפצת חשמל תלת-פאזי, לעתים קרובות יש צורך לספק שלושה מוליכים ברשת 10 קילוואט לצרכנים קטנים. במקרה זה, החתכים של החוטים נלקחים מעל הדרוש, בהתאם לתנאים אובדן מתח, שכן הם נבחרים כמינימום המותר מבחינת חוזק מכני. כתוצאה מכך, מתכת עודפת נצרך ברשת המתח הגבוה.

כדי להתגבר על החסרונות של מערכת חלוקת החשמל הקיימת, מערכת חלוקה תלת פאזית מעורבת חד פאזית.

המהות של מערכת חלוקת החשמל המעורבת היא כדלקמן.

1. משתמשים בקווים מעורבים תלת פאזיים חד פאזיים במתח של 10 קילו וולט, כאשר הקווים הראשיים הם תלת פאזיים וכולם גדולים, כולל חשמל, מחוברים אליהם צרכנים. צרכנים קטנים, בעיקר תאורה ועומסי בית, מסופקים בקווי סניף חד פאזיים של 10 קילוואט.

2. תחנות שנאים חד פאזיים בהספק נמוך משמשות לאספקת צרכנים חד פאזיים.

תרשים משוער של רשת עם תחנות שנאים שנעשו על פי מערכת מעורבת תלת פאזית חד פאזית מוצג באיור 1.

אורז. 1. דוגמה לתרשים של רשת תלת פאזית מעורבת חד פאזית

כפי שניתן לראות מתרשים זה, משתמשים גדולים עם בעיקר עומס כוח יש ספק כוח תלת פאזי, וצרכנים קטנים, בעיקר בנייני מגורים, מופעלים על ידי תחנות שנאים חד פאזיים. שנאים חד פאזיים כולל מתח בין שלבים.

חישובים השוואתיים מראים ששימוש במערכת מעורבת יכול להפחית את צריכת המתכת בחוטי מתח גבוה ונמוך ב-25 - 35% בהשוואה למערכת תלת פאזית קונבנציונלית. ניתן להוזיל את העלות הראשונית של הרשת במחירים וסוגי ציוד קיימים באמצעות מערכת מעורבת ל-5-10% בלבד.

ברשת מתח גבוה העשויה במערכת מעורבת, שנאים חד פאזיים מחוברים בדלתא למתח רשת של 6 או 10 קילוואט, כפי שמוצג באיור 1.

הוכח כי ברשת תלת פאזית עמוסה לא אחידה, סכום הפסדי המתח הליניארי בעומסים אלו נשאר ללא שינוי ללא קשר לחלוקת העומסים בין השלבים, כלומר. dUab + dUbc + dUca = const.

בפועל, תמיד יש מספר לא מבוטל של עומסים חד פאזיים המחוברים לרשת. ניתן לחלק עומסים אלו כך שהפסדי המתח משלב לשלב לנקודות הקצה יהיו שווים זה לזה בערך: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

במקרה זה, הביצועים של קו טעון לא אחיד זהים לאלו של קו טעון אחיד תלת פאזי עם אותם פרמטרים. בכל שאר המקרים, הביצועים נמוכים יותר.

ברור שכאשר מתכננים רשת למערכת מעורבת, יש צורך, על ידי חלוקת העומסים בהתאם, להשיג את מצב השוויון בין הפסדי המתח הפאזה לפאזה. במקרה זה, הפסדי המתח בקו תלת פאזי נקבעים על ידי הנוסחאות לעומס סימטרי ויש להם את הערך הנמוך ביותר האפשרי. החישוב במקרה זה מפושט מאוד.

לענפים חד פאזיים מרשת 10 קילוואט יש רוחב פס פחות פי 2-6 מאשר לענפים תלת פאזיים עם אותו חתך רוחב. עם זאת, עם תחנות שנאים בעלות הספק נמוך, לעתים קרובות מאוד חתך חוטי הסניף נקבע על ידי המינימום המותר מסיבות מכניות. במקרה זה, הם חד פאזיים, לענפים יש שני חוטים באותו חתך במקום שלושה, והכלכלה של חוטי מתכת היא 33%.

רשת מתח נמוך חד פאזית על פי מערכת מעורבת עשויה תלת חוטית עם מוליך ממוצע. המתח בין חוטי האמצע והקצה הוא 220 וולט (איור 2), ובין חוטי הקצה הוא 440 וולט. החוט האמצעי מוארק באותו אופן כמו החוט הנייטרלי במערכת 380 וולט עם נייטרלי מוארק, ו גם חלקי מתכת של הציוד מחוברים אליו. התאורה מופעלת בין החוטים האמצעיים והחיצוניים, והכוח בין החוטים החיצוניים. לשנאים קטנים של 2 kVA יש שתי יציאות מתח נמוך - 220 או 127 וולט.

תחנות שנאים חד פאזיים מיושמות על פי התרשים הסכמטי המוצג באיור 2.

אורז. 2. תכנית של תחנת שנאים חד פאזי

השנאים תלויים על תמיכת רשת ביניים פשוטה של ​​10 קילו וולט.הם מחוברים לרשת מתח גבוה באמצעות מנתק המותקן על תמיכה סמוכה. רובוטריקים מוגנים מפני קצרים באמצעות נתיכים במתח גבוה.

בצד המתח הנמוך, מפסק ונתיכים מותקנים בקופסה קטנה.

קווים עם מתח של עד 1 קילו וולט עם מערכת מעורבת מבוצעים כמו ברשתות קונבנציונליות. אם המסלולים עולים בקנה אחד, מומלץ לתלות אותם על אותם תומכים עם קווי מתח גבוה.

ברוב המקרים של מערכת מעורבת, בדרך כלל נעשה שימוש במנועי אינדוקציה תלת פאזיים המוזנים מקווים תלת פאזיים. מנועים חשמליים חד פאזיים בהספק נמוך משמשים במקומות שבהם זמין רק כוח חד פאזי, למשל, מנוע מאוורר על מוקד נייד בטחנת שדה, מנוע משאבה בצומת רכבת וכו'. בדרך כלל, ההספק של מנועים כאלה הוא 1 - 2 קילוואט ולעתים רחוקות 3 - 4 קילוואט.

עדיף להשתמש במנועים חשמליים אסינכרוניים מיוחדים עם קבלים מתחילים ברשתות חד פאזיות. בהיעדר מנועים מיוחדים, אתה יכול להשתמש במנועים חשמליים תלת פאזיים סטנדרטיים במתח של 380/220 V עם התקני התחלה בצורת קבלים או אפילו התנגדויות אקטיביות.

מומנט ההתנעה של מנוע עם התנגדות התנעה אקטיבית במתח של 440 וולט הוא כ-0.4 מהמומנט הנקוב של המנוע במצב תלת פאזי, המתאים ל-0.65-1.0 מהמומנט הנקוב במצב חד פאזי.

אם עבור מכונה עובדת מומנט ההתחלה צריך להיות יותר מ-0.5 Mn, נבחר מנוע עם הספק גדול יותר או שהוא מחובר לפי מעגל קיבולת.כאשר קיבולת ההתנעה מופעלת, מומנט המנוע שווה בערך למומנט הנקוב במצב תלת פאזי.

כאשר מוזנים משנאי 10 קילוואט, ניתן להפעיל מנועים עם הספק נקוב במצב תלת פאזי של עד 4.5 קילוואט.

מנועים חד פאזיים, שניהם במבנה מיוחד וגם שהומרו ממנועים תלת פאזיים, יקרים פי 1.5-2 מאשר מנועים תלת פאזיים באותו הספק. עם זאת, העלייה בעלות המנועים אינה משמעותית בהשוואה לחיסכון המתקבל בבניית ותפעול הרשת באמצעות מערכת חלוקת חשמל מעורבת.

היחס בין הספק חד פאזי לתלת פאזי ברשת מתח גבוה תלוי באופי העומס ובתנאי הצבתו.

ברוב האזורים הכפריים, קווי מתח גבוה חד פאזיים במתח של 10 קילו וולט שוררים בעיקר בשני מקרים:

1) בפאתי כפרים גדולים עם עומס דומיננטי של בנייני מגורים,

2) כסניפים להפרדת ישובים קטנים שבהם לא צפוי פיתוח חשמל בעתיד הקרוב.

השימוש בכוח חד פאזי צריך להיחשב כדאי מבחינה כלכלית כאשר מושגים חיסכון משמעותי בחוטי מתכת מבלי להגדיל את עלויות הרשת. תנאי זה, ככלל, אפשרי במקרים בהם השימוש במעגל חד פאזי אינו מוביל לעלייה משמעותית באורך רשת המתח הגבוה.

I. A. Budzko