شبكات أحادية الطور ثلاثية الطور

في الزراعة ، يتم توزيع الطاقة الكهربائية في شبكات ثلاثية الطور بجهد 10 كيلو فولت مع نقاط استهلاك المحولات. تم اعتماد نظام التوزيع هذا دون تغييرات كبيرة من ممارسات المرافق لتزويد الكهرباء إلى البلدات والضواحي الصغيرة ذات المباني المنخفضة الارتفاع. ومع ذلك ، في الظروف الريفية ، تكون كثافة الحمل الكهربائي أقل بكثير مما هي عليه في المدن ، وبالتالي فإن النظام الحديث لتوزيع الكهرباء يؤدي في كثير من الحالات إلى إنفاق مفرط كبير في معدن الأسلاك.

عيبه الخطير هو الشبكات الثقيلة بجهد 380 فولت بسبب السعة الكبيرة نسبيًا لمحطات المحولات (في المتوسط ​​63-100 كيلو فولت أمبير) ، يخدم كل محول مساحة كبيرة ، الأمر الذي يتطلب استخدام أسلاك ذات صليب كبير. - قسم في الشبكات بجهد 380 فولت. ونتيجة لذلك ، يتم استهلاك الأسلاك المعدنية عادة في 2-3 مرات أكثر من شبكات 10 كيلوفولت.

يمكن تقليل استهلاك الأسلاك في شبكات الجهد المنخفض عن طريق زيادة عدد محطات المحولات وتقليل متوسط ​​قوتها ونصف قطر الخدمة. ومع ذلك ، فإن محطة المحولات ثلاثية الطور هي بناء مكلف نسبيًا ، حيث تنخفض تكلفتها قليلاً مع انخفاض في قوة المحول المركب. لذلك ، يؤدي تقليل متوسط ​​طاقة محطة المحولات إلى أقل من 40 أو 63 كيلو فولت أمبير في شبكات ثلاثية الطور إلى زيادة مفرطة في التكلفة الإجمالية لمحطات المحولات. لذلك ، فإن طريقة تقليل استهلاك الأسلاك في شبكات الجهد المنخفض هذه ليست اقتصادية دائمًا.

من ناحية أخرى ، في توزيع الطاقة على ثلاث مراحل ، غالبًا ما يكون من الضروري توفير ثلاثة موصلات شبكة 10 كيلو فولت إلى صغار المستهلكين. في هذه الحالة ، يتم أخذ المقاطع العرضية للأسلاك فوق ما هو ضروري ، اعتمادًا على الظروف فقدان الجهد، حيث يتم اختيارها على أنها الحد الأدنى المسموح به من حيث القوة الميكانيكية. نتيجة لذلك ، يتم استهلاك المعدن الزائد في شبكة الجهد العالي.

للتغلب على أوجه القصور في نظام توزيع الطاقة الحالي ، نظام توزيع أحادي الطور مختلط ثلاثي الطور.

جوهر نظام توزيع الطاقة المختلط هو كما يلي.

1. يتم استخدام خطوط مختلطة أحادية الطور ثلاثية الطور بجهد 10 كيلو فولت ، حيث تكون الخطوط الرئيسية ثلاثية الطور وجميعها كبيرة ، بما في ذلك الطاقة ، ويتم توصيل المستهلكين بها. يتم تزويد المستهلكين الصغار ، وخاصة الإضاءة والأحمال المنزلية ، من خلال خطوط فرعية أحادية الطور 10 كيلوفولت.

2. تستخدم محطات المحولات أحادية الطور منخفضة الطاقة لتزويد المستهلكين بمرحلة واحدة.

يوضح الشكل 1 مخططًا تقريبيًا لشبكة بها محطات محولات مصنوعة وفقًا لنظام أحادي الطور مختلط ثلاثي الطور.

أرز. 1. مثال على رسم تخطيطي لشبكة أحادية الطور مختلطة ثلاثية الطور

كما يتضح من هذا الرسم البياني ، يستخدم كبار المستخدمين في الغالب تحميل السلطة لديها مصدر طاقة ثلاثي الطور ، ويتم تشغيل صغار المستهلكين ، ومعظمهم من المباني السكنية ، بواسطة محطات محولات أحادية الطور. محولات أحادية الطور يشمل الجهد بين المراحل.

تظهر الحسابات المقارنة أن استخدام نظام مختلط يمكن أن يقلل من استهلاك المعدن في أسلاك الجهد العالي والمنخفض بنسبة 25 - 35٪ مقارنة بالنظام التقليدي ثلاثي الطور. يمكن تخفيض التكلفة الأولية للشبكة بالأسعار الحالية وأنواع المعدات باستخدام نظام مختلط إلى 5-10٪ فقط.

في شبكة عالية الجهد مصنوعة في نظام مختلط ، يتم توصيل المحولات أحادية الطور بدلتا بجهد شبكة يبلغ 6 أو 10 كيلو فولت ، كما هو موضح في الشكل 1.

لقد ثبت أنه في شبكة ثلاثية الطور محملة بشكل غير متساوٍ ، يظل مجموع خسائر الجهد الخطي عند هذه الأحمال دون تغيير بغض النظر عن توزيع الأحمال بين المراحل ، أي dUab + dUbc + dUca = const.

من الناحية العملية ، هناك دائمًا عدد كبير من الأحمال أحادية الطور المتصلة بالشبكة. يمكن توزيع هذه الأحمال بحيث تكون خسائر الجهد من الطور إلى الطور إلى نقاط النهاية مساوية تقريبًا لبعضها البعض: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

في هذه الحالة ، يكون أداء الخط غير المحمل بشكل موحد هو نفسه أداء الخط ثلاثي الأطوار المحمل بشكل موحد بنفس المعلمات. في جميع الحالات الأخرى ، يكون الأداء أقل.

من الواضح ، عند تصميم شبكة لنظام مختلط ، من الضروري ، من خلال توزيع الأحمال وفقًا لذلك ، لتحقيق حالة المساواة بين خسائر الجهد من الطور إلى الطور. في هذه الحالة ، يتم تحديد خسائر الجهد في خط ثلاثي الطور بواسطة الصيغ الخاصة بالحمل المتماثل ولها أقل قيمة ممكنة. الحساب في هذه الحالة مبسط إلى حد كبير.

الفروع أحادية الطور من شبكة 10 كيلوفولت لها عرض نطاق أقل بمقدار 2-6 مرات من الفروع ثلاثية الطور مع نفس المقطع العرضي. ومع ذلك ، مع محطات المحولات منخفضة الطاقة ، في كثير من الأحيان يتم تحديد المقطع العرضي للأسلاك الفرعية بالحد الأدنى المسموح به لأسباب ميكانيكية. في هذه الحالة ، تكون أحادية الطور ، والفروع لها سلكان من نفس المقطع العرضي بدلاً من ثلاثة ، واقتصاد السلك المعدني هو 33٪.

تتكون شبكة الجهد المنخفض أحادية الطور وفقًا لنظام مختلط من ثلاثة أسلاك بموصل متوسط. الجهد بين الأسلاك الوسطى والنهائية هو 220 فولت (الشكل 2) ، وبين الأسلاك الطرفية هو 440 فولت. السلك الأوسط مؤرض بنفس طريقة السلك المحايد في نظام 380 فولت مع محايد مؤرض ، و كما يتم توصيل الأجزاء المعدنية من الجهاز به. يتم تشغيل الإضاءة بين الأسلاك الوسطى والخارجية ، والطاقة بين الأسلاك الخارجية. تحتوي المحولات الصغيرة 2 كيلو فولت أمبير على مخرجات جهد منخفض - 220 أو 127 فولت.

يتم تنفيذ محطات المحولات أحادية الطور وفقًا للرسم التخطيطي الموضح في الشكل 2.

أرز. 2. مخطط محطة محولات أحادية الطور

يتم تعليق المحولات على دعم شبكة وسيطة بسيطة بقدرة 10 كيلو فولت.وهي متصلة بشبكة عالية الجهد من خلال فاصل مثبت على دعامة مجاورة. المحولات محمية ضد الدوائر القصيرة مع الصمامات ذات الجهد العالي.

على جانب الجهد المنخفض ، يتم تثبيت قاطع الدائرة الكهربائية والصمامات في صندوق صغير.

يتم تنفيذ خطوط بجهد يصل إلى 1 كيلو فولت مع نظام مختلط كما هو الحال في الشبكات التقليدية. إذا تزامنت المسارات ، يوصى بتعليقها على نفس الدعامات بخطوط الجهد العالي.

في معظم حالات النظام المختلط ، عادةً ما يتم استخدام المحركات الحثية ثلاثية الطور التي يتم تغذيتها من خطوط ثلاثية الطور. تُستخدم المحركات الكهربائية أحادية الطور منخفضة الطاقة في الأماكن التي تتوفر فيها طاقة أحادية الطور فقط ، على سبيل المثال ، محرك مروحة على موقد محمول في مطحنة ميدانية ، محرك مضخة على تقاطع سكة ​​حديد ، إلخ. عادةً ما تكون قوة هذه المحركات 1-2 كيلو واط ونادرًا 3-4 كيلو واط.

من الأفضل استخدام محركات كهربائية خاصة غير متزامنة مع مكثفات بدء في شبكات أحادية الطور. في حالة عدم وجود محركات خاصة ، يمكنك استخدام محركات كهربائية قياسية ثلاثية الطور بجهد 380/220 فولت مع أجهزة بدء على شكل مكثفات أو حتى مقاومات نشطة.

يبلغ عزم بدء التشغيل لمحرك ذي مقاومة بدء نشطة بجهد 440 فولت حوالي 0.4 من عزم الدوران المقدر للمحرك في وضع ثلاثي الطور ، والذي يتوافق مع 0.65-1.0 من عزم الدوران المقدر في وضع أحادي الطور.

إذا كان عزم بدء التشغيل لآلة العمل يجب أن يكون أكثر من 0.5 Mn ، يتم اختيار محرك بقوة أكبر أو يتم توصيله وفقًا لدائرة السعة.عند تشغيل قدرة البدء ، يكون عزم دوران المحرك مساويًا تقريبًا لعزم الدوران المقدر في الوضع ثلاثي الأطوار.

عند التغذية من محول 10 كيلو فولت أمبير ، يمكن بدء تشغيل المحركات ذات القدرة المقدرة في الوضع ثلاثي الأطوار حتى 4.5 كيلو واط.

تعد المحركات أحادية الطور ، سواء ذات البناء الخاص أو المحولة من محركات ثلاثية الطور ، أغلى بمقدار 1.5 إلى 2 مرة من المحركات ثلاثية الطور من نفس الطاقة. ومع ذلك ، فإن الزيادة في تكلفة المحركات ضئيلة مقارنة بالمدخرات التي تم الحصول عليها في بناء وتشغيل الشبكة باستخدام نظام توزيع الطاقة المختلط.

تعتمد النسبة بين الطاقة أحادية الطور وثلاثية الطور في شبكة الجهد العالي على طبيعة الحمل وظروف وضعه.

بالنسبة لمعظم المناطق الريفية ، تسود خطوط الجهد العالي أحادية الطور بجهد 10 كيلو فولت بشكل رئيسي في حالتين:

1) على مشارف القرى الكبيرة ذات الحمولة السائدة من المباني السكنية ،

2) كفروع لفصل المستوطنات الصغيرة حيث لا يتوقع تطوير الكهرباء في المستقبل القريب.

يجب اعتبار استخدام الطاقة أحادية الطور مجديًا اقتصاديًا عندما يتم تحقيق وفورات كبيرة في الأسلاك المعدنية دون زيادة تكاليف الشبكة. هذا الشرط ، كقاعدة عامة ، ممكن في الحالات التي لا يؤدي فيها استخدام دائرة أحادية الطور إلى زيادة كبيرة في طول شبكة الجهد العالي.

I. A. Budzko