Mạng một pha ba pha

Trong nông nghiệp, năng lượng điện được phân phối trong mạng ba pha với điện áp thường là 10 kV với các điểm tiêu thụ máy biến áp. Hệ thống phân phối này đã được áp dụng mà không có thay đổi đáng kể so với thực tiễn cung cấp điện cho các thị trấn nhỏ và vùng ngoại ô có các tòa nhà thấp tầng. Tuy nhiên, ở các vùng nông thôn, mật độ phụ tải điện thấp hơn nhiều so với ở các thành phố, và do đó, hệ thống phân phối điện hiện đại trong nhiều trường hợp dẫn đến việc sử dụng quá mức đáng kể kim loại của dây dẫn.

Nhược điểm nghiêm trọng của nó là mạng nặng với điện áp 380 V. Do công suất của các trạm biến áp tương đối lớn (trung bình 63 - 100 kVA), mỗi máy biến áp phục vụ một khu vực đáng kể, đòi hỏi phải sử dụng dây có đường kính lớn. -phần trong các mạng có điện áp 380 V. Do đó, trên hết, kim loại dây thường được tiêu thụ gấp 2 - 3 lần so với trong mạng 10 kV.

Tiêu thụ dây trong mạng điện áp thấp có thể giảm bằng cách tăng số lượng trạm biến áp và giảm công suất trung bình và bán kính dịch vụ của chúng. Tuy nhiên, trạm biến áp ba pha là một công trình xây dựng tương đối đắt tiền, chi phí sẽ giảm nhẹ khi công suất của máy biến áp được lắp đặt giảm. Vì vậy, việc giảm công suất trung bình của trạm biến áp xuống dưới 40 hoặc 63 kVA trong lưới 3 pha sẽ dẫn đến tăng quá mức tổng giá thành trạm biến áp. Do đó, cách này để giảm mức tiêu thụ dây trong mạng điện áp thấp không phải lúc nào cũng kinh tế.

Mặt khác, trong phân phối điện ba pha, thường cần cung cấp ba dây dẫn mạng 10 kV cho người tiêu dùng nhỏ. Trong trường hợp này, các mặt cắt ngang của dây được lấy trên mức cần thiết, tùy thuộc vào điều kiện mất điện áp, vì chúng được chọn là mức tối thiểu cho phép về độ bền cơ học. Kết quả là, kim loại dư thừa được tiêu thụ trong mạng điện áp cao.

Để khắc phục những thiếu sót của hệ thống phân phối điện hiện có, hệ thống phân phối một pha ba pha hỗn hợp.

Bản chất của hệ thống phân phối điện hỗn hợp như sau.

1. Đường dây một pha ba pha hỗn hợp có điện áp 10 kV được sử dụng, trong đó các đường dây chính là ba pha và tất cả các đường dây lớn, bao gồm cả nguồn điện, được kết nối với người tiêu dùng. Các hộ tiêu thụ nhỏ, chủ yếu là phụ tải chiếu sáng và hộ gia đình, được cấp điện bởi các đường dây nhánh 10 kV một pha.

2. Trạm biến áp một pha công suất thấp được sử dụng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ một pha.

Sơ đồ gần đúng của mạng với các trạm biến áp được thực hiện theo hệ thống một pha ba pha hỗn hợp được thể hiện trong Hình 1.

Cơm. 1. Ví dụ về sơ đồ mạng một pha ba pha hỗn hợp

Như có thể thấy từ biểu đồ này, người dùng lớn với hầu hết Tải điện có nguồn điện ba pha, và những người tiêu dùng nhỏ, chủ yếu là các tòa nhà dân cư, được cung cấp bởi các trạm biến áp một pha. Máy biến áp một pha bao gồm điện áp giữa các pha.

Các tính toán so sánh cho thấy việc sử dụng hệ thống hỗn hợp có thể giảm mức tiêu thụ kim loại trong dây điện cao thế và hạ thế từ 25 - 35% so với hệ thống ba pha thông thường. Chi phí ban đầu của mạng với giá và loại thiết bị hiện có có thể giảm bằng cách sử dụng hệ thống hỗn hợp xuống chỉ còn 5-10%.

Trong mạng điện áp cao được thực hiện trong một hệ thống hỗn hợp, máy biến áp một pha được kết nối tam giác cho điện áp mạng 6 hoặc 10 kV, như trong Hình 1.

Người ta đã chứng minh rằng trong mạng ba pha được tải không đều, tổng tổn thất điện áp tuyến tính ở các tải này không thay đổi bất kể sự phân bố tải giữa các pha, tức là dUab + dUbc + dUca = const.

Trong thực tế, luôn có một số lượng đáng kể tải một pha được kết nối với mạng. Các tải này có thể được phân phối sao cho tổn thất điện áp giữa các pha tới các điểm cuối xấp xỉ bằng nhau: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Trong trường hợp này, hiệu suất của đường dây tải không đều giống như hiệu suất của đường dây tải đều ba pha có cùng tham số. Trong tất cả các trường hợp khác, hiệu suất thấp hơn.

Rõ ràng, khi thiết kế mạng cho một hệ thống hỗn hợp, bằng cách phân phối tải phù hợp, cần phải đạt được điều kiện bằng nhau giữa các tổn thất điện áp pha-pha. Trong trường hợp này, tổn thất điện áp trong đường dây ba pha được xác định theo công thức cho tải đối xứng và chúng có giá trị thấp nhất có thể. Việc tính toán trong trường hợp này được đơn giản hóa rất nhiều.

Các nhánh một pha từ mạng 10 kV có băng thông nhỏ hơn 2-6 lần so với các nhánh ba pha có cùng mặt cắt. Tuy nhiên, với các trạm biến áp công suất thấp, mặt cắt ngang của dây nhánh thường được xác định ở mức tối thiểu cho phép vì lý do cơ học. Trong trường hợp này, chúng là một pha, các nhánh có hai dây có cùng tiết diện thay vì ba dây và hiệu quả kinh tế của dây kim loại là 33%.

Mạng điện áp thấp một pha theo hệ thống hỗn hợp được làm bằng ba dây với một dây dẫn trung bình. Điện áp giữa dây giữa và dây cuối là 220 V (Hình 2) và giữa các dây cuối là 440 V. Dây giữa được nối đất giống như dây trung tính trong hệ thống 380 V có dây trung tính nối đất và các bộ phận kim loại của thiết bị cũng được kết nối với nó. Ánh sáng được bật giữa dây giữa và dây ngoài, và nguồn điện giữa dây ngoài. Máy biến áp nhỏ 2 kVA có hai đầu ra điện áp thấp — 220 hoặc 127 V.

Các trạm biến áp một pha được thực hiện theo sơ đồ thể hiện trong Hình 2.

Cơm. 2. Sơ đồ trạm biến áp một pha

Các máy biến áp được treo trên giá đỡ mạng trung gian 10 kV đơn giản.Chúng được kết nối với mạng điện áp cao thông qua bộ ngắt kết nối được lắp đặt trên giá đỡ liền kề. Máy biến áp được bảo vệ chống đoản mạch bằng cầu chì điện áp cao.

Về phía điện áp thấp, một bộ ngắt mạch và cầu chì được gắn trong một hộp nhỏ.

Các đường dây có điện áp lên đến 1 kV với hệ thống hỗn hợp được thực hiện như trong các mạng thông thường. Nếu các tuyến trùng nhau, nên treo chúng trên cùng một giá đỡ với đường dây cao thế.

Trong phần lớn các trường hợp hệ thống hỗn hợp, động cơ cảm ứng ba pha được cấp nguồn từ đường dây ba pha thường được sử dụng. Động cơ điện một pha công suất thấp được sử dụng ở những nơi chỉ có nguồn điện một pha, ví dụ, động cơ quạt trên lò sưởi di động trong nhà máy dã chiến, động cơ máy bơm trên đường giao nhau, v.v. Thông thường, công suất của các động cơ như vậy là 1 - 2 kW và hiếm khi là 3 - 4 kW.

Tốt nhất là sử dụng động cơ điện không đồng bộ đặc biệt có tụ điện khởi động trong mạng một pha. Trong trường hợp không có động cơ đặc biệt, bạn có thể sử dụng động cơ điện ba pha tiêu chuẩn có điện áp 380/220 V với các thiết bị khởi động ở dạng tụ điện hoặc thậm chí là điện trở hoạt động.

Mô-men xoắn khởi động của động cơ có điện trở khởi động hoạt động ở điện áp 440 V bằng khoảng 0,4 mô-men xoắn định mức của động cơ ở chế độ ba pha, tương ứng với 0,65-1,0 mô-men xoắn định mức ở chế độ một pha.

Nếu đối với máy đang hoạt động, mô-men xoắn khởi động phải lớn hơn 0,5 Mn, động cơ có công suất lớn hơn được chọn hoặc được kết nối theo mạch công suất.Khi bật công suất khởi động, mômen của động cơ xấp xỉ bằng mômen định mức ở chế độ ba pha.

Khi được cấp nguồn từ máy biến áp 10 kVA, có thể khởi động động cơ có công suất định mức ở chế độ ba pha lên đến 4,5 kW.

Động cơ một pha, cả cấu tạo đặc biệt và được chuyển đổi từ động cơ ba pha, đắt hơn 1,5-2 lần so với động cơ ba pha có cùng công suất. Tuy nhiên, sự gia tăng chi phí của động cơ là không đáng kể so với khoản tiết kiệm thu được trong việc xây dựng và vận hành mạng lưới sử dụng hệ thống phân phối điện hỗn hợp.

Tỷ lệ giữa công suất một pha và ba pha trong mạng điện áp cao phụ thuộc vào bản chất của tải và điều kiện đặt của nó.

Đối với hầu hết các vùng nông thôn, đường dây cao áp một pha có điện áp 10 kV chiếm ưu thế chủ yếu trong hai trường hợp:

1) ở vùng ngoại ô của những ngôi làng lớn với chủ yếu là các tòa nhà dân cư,

2) như các nhánh để tách các khu định cư nhỏ, nơi không dự đoán được việc phát triển điện trong tương lai gần.

Việc sử dụng nguồn điện một pha nên được coi là khả thi về mặt kinh tế khi tiết kiệm đáng kể dây kim loại mà không làm tăng chi phí mạng. Điều kiện này, theo quy định, là khả thi trong trường hợp việc sử dụng mạch một pha không dẫn đến sự gia tăng đáng kể về chiều dài của mạng điện áp cao.

I. A. Budzko