Rangkaian fasa tunggal tiga fasa

Dalam bidang pertanian, tenaga elektrik diagihkan dalam rangkaian tiga fasa dengan voltan, sebagai peraturan, 10 kV dengan mata pengguna pengubah. Sistem pengagihan ini diterima pakai tanpa perubahan ketara daripada amalan utiliti untuk membekalkan elektrik ke bandar-bandar kecil dan pinggir bandar dengan bangunan bertingkat rendah. Walau bagaimanapun, dalam keadaan luar bandar ketumpatan beban elektrik jauh lebih rendah daripada di bandar, dan oleh itu sistem pengedaran elektrik moden membawa dalam banyak kes kepada perbelanjaan berlebihan logam wayar yang ketara.

Kelemahan seriusnya ialah rangkaian berat dengan voltan 380 V. Oleh kerana kapasiti stesen pengubah yang agak besar (secara purata 63 — 100 kVA), setiap pengubah berfungsi di kawasan yang ketara, yang memerlukan penggunaan wayar dengan salib yang besar. -bahagian dalam rangkaian dengan voltan 380 V. Akibatnya, logam wayar biasanya digunakan dalam 2 — 3 kali lebih banyak daripada dalam rangkaian 10 kV.

Penggunaan wayar dalam rangkaian voltan rendah boleh dikurangkan dengan menambah bilangan stesen pengubah dan mengurangkan purata kuasa dan radius perkhidmatannya. Walau bagaimanapun, stesen pengubah tiga fasa adalah pembinaan yang agak mahal, kosnya berkurangan sedikit dengan penurunan kuasa pengubah yang dipasang. Oleh itu, mengurangkan kuasa purata stesen pengubah di bawah 40 atau 63 kVA dalam rangkaian tiga fasa membawa kepada peningkatan yang berlebihan dalam jumlah kos stesen pengubah. Oleh itu, cara mengurangkan penggunaan wayar dalam rangkaian voltan rendah ini tidak selalu menjimatkan.

Sebaliknya, dalam pengagihan kuasa tiga fasa, selalunya perlu membekalkan tiga konduktor rangkaian 10 kV kepada pengguna kecil. Dalam kes ini, keratan rentas wayar diambil melebihi keperluan, bergantung pada keadaan kehilangan voltan, kerana ia dipilih sebagai minimum yang dibenarkan dari segi kekuatan mekanikal. Akibatnya, lebihan logam digunakan dalam rangkaian voltan tinggi.

Untuk mengatasi kelemahan sistem pengagihan kuasa sedia ada, sistem pengagihan fasa tunggal tiga fasa bercampur.

Intipati sistem pengagihan kuasa campuran adalah seperti berikut.

1. Talian fasa tunggal tiga fasa bercampur dengan voltan 10 kV digunakan, di mana talian utama adalah tiga fasa dan semuanya besar, termasuk kuasa, pengguna disambungkan kepada mereka. Pengguna kecil, terutamanya lampu dan beban isi rumah, dibekalkan oleh talian cawangan 10 kV fasa tunggal.

2. Stesen pengubah fasa tunggal berkuasa rendah digunakan untuk membekalkan pengguna fasa tunggal.

Gambar rajah anggaran rangkaian dengan stesen pengubah yang dibuat mengikut sistem fasa tunggal tiga fasa bercampur ditunjukkan dalam Rajah 1.

nasi. 1. Contoh rajah rangkaian tiga fasa bercampur satu fasa

Seperti yang dapat dilihat daripada carta ini, pengguna besar dengan kebanyakannya beban kuasa mempunyai bekalan kuasa tiga fasa, dan pengguna kecil, kebanyakannya bangunan kediaman, dikuasakan oleh stesen pengubah satu fasa. Transformer fasa tunggal termasuk voltan antara fasa.

Pengiraan perbandingan menunjukkan bahawa penggunaan sistem bercampur dapat mengurangkan penggunaan logam dalam wayar voltan tinggi dan rendah sebanyak 25 - 35% berbanding sistem tiga fasa konvensional. Kos permulaan rangkaian pada harga sedia ada dan jenis peralatan boleh dikurangkan dengan menggunakan sistem campuran kepada 5-10% sahaja.

Dalam rangkaian voltan tinggi yang dibuat dalam sistem bercampur, transformer fasa tunggal disambungkan dengan delta untuk voltan rangkaian 6 atau 10 kV, seperti ditunjukkan dalam Rajah 1.

Telah terbukti bahawa dalam rangkaian tiga fasa yang dimuatkan tidak sekata, jumlah kerugian voltan linear pada beban ini kekal tidak berubah tanpa mengira pengagihan beban antara fasa, i.e. dUab + dUbc + dUca = const.

Dalam amalan, sentiasa terdapat sejumlah besar beban fasa tunggal yang disambungkan ke rangkaian. Beban ini boleh diagihkan supaya kehilangan voltan fasa ke fasa ke titik akhir adalah lebih kurang sama antara satu sama lain: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Dalam kes ini, prestasi garisan tidak dimuatkan secara seragam adalah sama dengan prestasi garisan muatan seragam tiga fasa dengan parameter yang sama. Dalam semua kes lain, prestasi adalah lebih rendah.

Jelas sekali, apabila mereka bentuk rangkaian untuk sistem bercampur, adalah perlu, dengan mengagihkan beban dengan sewajarnya, untuk mencapai keadaan kesamaan antara kehilangan voltan fasa ke fasa. Dalam kes ini, kehilangan voltan dalam talian tiga fasa ditentukan oleh formula untuk beban simetri dan ia mempunyai nilai terendah yang mungkin. Pengiraan dalam kes ini sangat dipermudahkan.

Cawangan fasa tunggal dari rangkaian 10 kV mempunyai lebar jalur 2-6 kali ganda daripada cawangan tiga fasa dengan keratan rentas yang sama. Walau bagaimanapun, dengan stesen pengubah kuasa rendah, selalunya keratan rentas wayar cawangan ditentukan oleh minimum yang dibenarkan atas sebab mekanikal. Dalam kes ini, ia adalah fasa tunggal, cawangan mempunyai dua wayar keratan rentas yang sama dan bukannya tiga, dan ekonomi wayar logam ialah 33%.

Rangkaian voltan rendah fasa tunggal mengikut sistem bercampur dibuat tiga wayar dengan konduktor purata. Voltan antara wayar tengah dan hujung ialah 220 V (Rajah 2), dan antara wayar hujung ialah 440 V. Wayar tengah dibumikan dengan cara yang sama seperti wayar neutral dalam sistem 380 V dengan neutral dibumikan, dan bahagian logam peralatan juga disambungkan kepadanya. Pencahayaan dihidupkan antara wayar tengah dan luar, dan kuasa antara wayar luar. Transformer 2 kVA kecil mempunyai dua output voltan rendah — 220 atau 127 V.

Stesen pengubah fasa tunggal dilaksanakan mengikut rajah skematik yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

nasi. 2. Skim stesen pengubah satu fasa

Transformer digantung pada sokongan rangkaian perantaraan sederhana 10 kV.Ia disambungkan ke rangkaian voltan tinggi melalui pemutus yang dipasang pada sokongan bersebelahan. Transformer dilindungi daripada litar pintas dengan fius voltan tinggi.

Pada bahagian voltan rendah, pemutus litar dan fius dipasang di dalam kotak kecil.

Talian dengan voltan sehingga 1 kV dengan sistem bercampur dilakukan seperti dalam rangkaian konvensional. Jika laluan bertepatan, disyorkan untuk menggantungnya pada sokongan yang sama dengan talian voltan tinggi.

Dalam kebanyakan kes sistem bercampur, motor aruhan tiga fasa yang disuap daripada talian tiga fasa biasanya digunakan. Motor elektrik fasa tunggal berkuasa rendah digunakan di tempat yang hanya tersedia kuasa fasa tunggal, contohnya, motor kipas pada perapian mudah alih di kilang lapangan, motor pam pada persimpangan kereta api, dsb. Biasanya, kuasa motor tersebut ialah 1 — 2 kW dan jarang sekali 3 — 4 kW.

Adalah lebih baik untuk menggunakan motor elektrik tak segerak khas dengan pemuat permulaan dalam rangkaian fasa tunggal. Sekiranya tiada motor khas, anda boleh menggunakan motor elektrik tiga fasa standard dengan voltan 380/220 V dengan peranti permulaan dalam bentuk kapasitor atau juga rintangan aktif.

Tork permulaan motor dengan rintangan permulaan aktif pada voltan 440 V adalah kira-kira 0.4 daripada tork undian motor dalam mod tiga fasa, yang sepadan dengan 0.65-1.0 tork undian dalam mod fasa tunggal.

Jika untuk mesin yang berfungsi, tork permulaan hendaklah lebih daripada 0.5 Mn, motor dengan kuasa yang lebih besar dipilih atau ia disambungkan mengikut litar kapasiti.Apabila kapasiti permulaan dihidupkan, tork motor adalah lebih kurang sama dengan tork terkadar dalam mod tiga fasa.

Apabila disuap daripada pengubah 10 kVA, motor dengan kuasa undian dalam mod tiga fasa sehingga 4.5 kW boleh dimulakan.

Motor fasa tunggal, kedua-duanya dibina khas dan ditukar daripada motor tiga fasa, adalah 1.5-2 kali lebih mahal daripada motor tiga fasa dengan kuasa yang sama. Bagaimanapun, kenaikan kos motor adalah tidak ketara berbanding penjimatan yang diperoleh dalam membina dan mengendalikan rangkaian menggunakan sistem pengagihan kuasa campuran.

Nisbah antara kuasa satu fasa dan tiga fasa dalam rangkaian voltan tinggi bergantung pada sifat beban dan keadaan penempatannya.

Bagi kebanyakan kawasan luar bandar, talian voltan tinggi fasa tunggal dengan voltan 10 kV digunakan terutamanya dalam dua kes:

1) di pinggir kampung besar dengan muatan utama bangunan kediaman,

2) sebagai cawangan untuk pemisahan penempatan kecil di mana pembangunan elektrik tidak diramalkan dalam masa terdekat.

Penggunaan kuasa fasa tunggal harus dipertimbangkan secara ekonomik apabila penjimatan ketara dalam wayar logam dicapai tanpa meningkatkan kos rangkaian. Keadaan ini, sebagai peraturan, boleh dilaksanakan dalam kes di mana penggunaan litar fasa tunggal tidak membawa kepada peningkatan ketara dalam panjang rangkaian voltan tinggi.

I. A. Budzko