Üç fazlı tek fazlı ağlar

Tarımda, elektrik enerjisi, trafo tüketici noktaları ile kural olarak 10 kV'luk bir voltajla üç fazlı şebekelerde dağıtılır. Bu dağıtım sistemi, küçük kasabalara ve alçak binalara sahip banliyölere elektrik sağlamaya yönelik kamu hizmeti uygulamasında önemli değişiklikler olmaksızın benimsenmiştir. Bununla birlikte, kırsal koşullarda elektrik yükünün yoğunluğu şehirlerdekinden çok daha düşüktür ve bu nedenle modern elektrik dağıtım sistemi birçok durumda tellerin metalinin önemli ölçüde aşırı tüketilmesine yol açar.

Ciddi dezavantajı, 380 V gerilime sahip ağır ağlardır. Trafo istasyonlarının nispeten büyük kapasitesi (ortalama 63 - 100 kVA) nedeniyle, her trafo, büyük çaprazlı tellerin kullanılmasını gerektiren önemli bir alana hizmet eder. 380 V gerilimli şebekelerde -kesit. Sonuç olarak, tel metal genellikle 10 kV şebekelere göre 2 - 3 kat daha fazla tüketilir.

Alçak gerilim şebekelerinde kablo tüketimi, trafo istasyonlarının sayısı artırılarak ve ortalama güç ve servis yarıçapı azaltılarak azaltılabilir. Bununla birlikte, üç fazlı trafo istasyonu nispeten pahalı bir yapıdır ve kurulu trafo gücünün azalmasıyla maliyeti biraz düşer. Bu nedenle, üç fazlı şebekelerde bir trafo merkezinin ortalama gücünün 40 veya 63 kVA'nın altına düşürülmesi, trafo merkezlerinin toplam maliyetinde aşırı bir artışa yol açmaktadır. Bu nedenle, düşük voltajlı şebekelerde kablo tüketimini bu şekilde azaltmak her zaman ekonomik değildir.

Öte yandan, üç fazlı güç dağıtımında, genellikle küçük tüketicilere üç adet 10 kV ağ iletkeni sağlamak gerekir. Bu durumda tellerin kesitleri şartlara göre gereğinin üzerinde alınır. gerilim kaybı, mekanik dayanım açısından izin verilen minimum olarak seçildiklerinden. Sonuç olarak, yüksek gerilim şebekesinde fazla metal tüketilir.

Mevcut güç dağıtım sisteminin eksikliklerinin üstesinden gelmek için, karışık bir üç fazlı tek fazlı dağıtım sistemi.

Karma güç dağıtım sisteminin özü aşağıdaki gibidir.

1. Ana hatların üç fazlı olduğu ve güç dahil tüm büyük tüketicilerin bağlı olduğu 10 kV gerilimli karışık üç fazlı tek fazlı hatlar kullanılır. Başta aydınlatma ve evsel yükler olmak üzere küçük tüketiciler, tek fazlı 10 kV şube hatları ile beslenir.

2. Düşük güçlü tek fazlı trafo istasyonları, tek fazlı tüketicileri beslemek için kullanılır.

Karışık üç fazlı tek fazlı sisteme göre yapılan trafo istasyonlarına sahip bir ağın yaklaşık bir diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Pirinç. 1. Karışık üç fazlı tek fazlı bir ağın diyagramı örneği

Bu tablodan da görülebileceği gibi, çoğunlukla büyük kullanıcılar Güç yüklemesi üç fazlı bir güç kaynağına sahiptir ve çoğunlukla konut binaları olan küçük tüketicilere tek fazlı trafo istasyonları tarafından güç sağlanır. Tek fazlı transformatörler fazlar arasındaki voltajı içerir.

Karşılaştırmalı hesaplamalar, karışık bir sistemin kullanılmasının, geleneksel üç fazlı bir sisteme kıyasla yüksek ve alçak gerilim kablolarındaki metal tüketimini %25 - 35 oranında azaltabileceğini göstermektedir. Şebekenin mevcut fiyatlara ve ekipman türlerine göre ilk maliyeti, karma bir sistem kullanılarak yalnızca %5-10'a düşürülebilir.

Karışık bir sistemde yapılan bir yüksek gerilim şebekesinde, tek fazlı transformatörler, Şekil 1'de gösterildiği gibi, 6 veya 10 kV'luk bir şebeke gerilimi için delta bağlantılıdır.

Eşit olmayan şekilde yüklenmiş üç fazlı bir ağda, bu yüklerdeki doğrusal gerilim kayıplarının toplamının, yüklerin fazlar arasındaki dağılımına bakılmaksızın değişmeden kaldığı kanıtlanmıştır, yani. duab + dUbc + dUca = sabit.

Uygulamada, her zaman şebekeye bağlı önemli sayıda tek fazlı yük vardır. Bu yükler, uç noktalardaki fazdan faza gerilim kayıpları yaklaşık olarak birbirine eşit olacak şekilde dağıtılabilir: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Bu durumda, düzensiz yüklü bir hattın performansı, aynı parametrelere sahip üç fazlı düzgün yüklü bir hattın performansı ile aynıdır. Diğer tüm durumlarda, performans daha düşüktür.

Açıkçası, karma bir sistem için bir ağ tasarlarken, faz-faz gerilim kayıpları arasında eşitlik koşulunu elde etmek için yükleri buna göre dağıtmak gerekir. Bu durumda üç fazlı bir hattaki gerilim kayıpları simetrik bir yük için formüllerle belirlenir ve mümkün olan en düşük değere sahiptir. Bu durumda hesaplama büyük ölçüde basitleştirilmiştir.

10 kV ağdan tek fazlı dallar, aynı kesite sahip üç fazlı dallardan 2-6 kat daha az bant genişliğine sahiptir. Bununla birlikte, düşük güçlü trafo istasyonlarında, çoğu zaman branşman tellerinin kesiti, mekanik nedenlerle izin verilen minimum değere göre belirlenir. Bu durumda tek fazlıdırlar, kollarda üç yerine aynı kesitte iki tel bulunur ve metal telin ekonomisi %33'tür.

Karışık bir sisteme göre tek fazlı alçak gerilim şebekesi, orta iletkenli üç telli yapılır. Orta ve uç kablolar arasındaki voltaj 220 V'tur (Şekil 2) ve uç kablolar arasındaki voltaj 440 V'tur. Ortadaki kablo, nötrü topraklanmış 380 V'luk bir sistemdeki nötr kabloyla aynı şekilde topraklanır ve ekipmanın metal parçaları da ona bağlanır. Aydınlatma orta ve dış teller arasında ve güç dış teller arasında açılır. Küçük 2 kVA transformatörlerin iki düşük voltaj çıkışı vardır — 220 veya 127 V.

Tek fazlı trafo merkezleri, Şekil 2'de gösterilen şematik diyagrama göre uygulanmaktadır.

Pirinç. 2. Tek fazlı bir trafo istasyonunun şeması

Transformatörler, basit bir 10 kV ara ağ desteği üzerinde askıya alınır.Bitişik bir desteğe monte edilmiş bir ayırıcı aracılığıyla yüksek voltajlı bir ağa bağlanırlar. Transformatörler kısa devrelere karşı yüksek gerilim sigortaları ile korunmaktadır.

Alçak gerilim tarafında, bir devre kesici ve sigortalar küçük bir kutuya monte edilmiştir.

Karma sistem ile 1 kV'a kadar gerilime sahip hatlar, konvansiyonel şebekelerde olduğu gibi gerçekleştirilir. Rotalar çakışırsa, yüksek gerilim hatlarıyla aynı desteklere asılması önerilir.

Karışık sistem durumlarının çoğunda, genellikle üç fazlı hatlardan beslenen üç fazlı asenkron motorlar kullanılır. Düşük güçlü tek fazlı elektrik motorları, yalnızca tek fazlı gücün mevcut olduğu yerlerde kullanılır, örneğin, bir tarla değirmenindeki portatif ocaktaki fan motoru, demiryolu kavşağında bir pompa motoru vb. Tipik olarak, bu tür motorların gücü 1 - 2 kW ve nadiren 3 - 4 kW'dır.

Tek fazlı şebekelerde başlatma kondansatörlü özel asenkron elektrik motorları kullanmak en iyisidir. Özel motorların yokluğunda, kapasitörler veya hatta aktif dirençler şeklinde başlatma cihazlarıyla 380/220 V gerilime sahip standart üç fazlı elektrik motorlarını kullanabilirsiniz.

440 V'luk bir voltajda aktif yol verme direncine sahip bir motorun yol alma torku, üç fazlı modda motorun anma torkunun yaklaşık 0,4'üdür, bu da tek fazlı modda 0,65-1,0'a karşılık gelir.

Çalışan bir makine için başlangıç ​​torkunun 0,5 Mn'den fazla olması gerekiyorsa, daha büyük güce sahip bir motor seçilir veya bir kapasite devresine göre bağlanır.Başlatma kapasitesi açıldığında, motor torku yaklaşık olarak üç fazlı modda nominal torka eşittir.

10 kVA'lık bir trafodan beslendiğinde, anma gücü üç fazlı modda 4,5 kW'a kadar olan motorlar çalıştırılabilir.

Hem özel yapım hem de üç fazlı motorlardan dönüştürülen tek fazlı motorlar, aynı güçteki üç fazlı motorlardan 1,5-2 kat daha pahalıdır. Bununla birlikte, karma güç dağıtım sistemi kullanılarak şebekenin kurulması ve işletilmesinde elde edilen tasarrufla karşılaştırıldığında, motorların maliyetindeki artış önemsizdir.

Bir yüksek voltaj şebekesindeki tek fazlı ve üç fazlı güç arasındaki oran, yükün doğasına ve yerleştirme koşullarına bağlıdır.

Çoğu kırsal alan için, 10 kV gerilime sahip tek fazlı yüksek gerilim hatları esas olarak iki durumda geçerlidir:

1) ağırlıklı olarak konut binalarının bulunduğu büyük köylerin eteklerinde,

2) yakın gelecekte elektriğin gelişmesinin öngörülmediği küçük yerleşim yerlerinin ayrılması için şubeler olarak.

Şebeke maliyetlerini artırmadan metal telde önemli tasarruflar elde edildiğinde, tek fazlı güç kullanımının ekonomik olarak mümkün olduğu düşünülmelidir. Bu koşul, kural olarak, tek fazlı bir devrenin kullanılmasının yüksek voltaj şebekesinin uzunluğunda önemli bir artışa yol açmadığı durumlarda mümkündür.

I. A. Budzko