เครือข่ายเฟสเดียวสามเฟส

ในการเกษตรพลังงานไฟฟ้าถูกแจกจ่ายในเครือข่ายสามเฟสโดยมีแรงดันไฟฟ้าตามกฎ 10 kV พร้อมจุดจ่ายของหม้อแปลงไฟฟ้า ระบบจำหน่ายนี้ถูกนำมาใช้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจากการปฏิบัติด้านสาธารณูปโภคสำหรับการจ่ายไฟฟ้าให้กับเมืองเล็ก ๆ และชานเมืองที่มีอาคารเตี้ย อย่างไรก็ตามในสภาพชนบทความหนาแน่นของโหลดไฟฟ้าต่ำกว่าในเมืองมากดังนั้นระบบการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ทันสมัยจึงนำไปสู่ค่าใช้จ่ายที่มากเกินไปของโลหะของสายไฟในหลายกรณี

ข้อเสียที่ร้ายแรงของมันคือเครือข่ายขนาดใหญ่ที่มีแรงดันไฟฟ้า 380 V เนื่องจากความจุของสถานีหม้อแปลงค่อนข้างใหญ่ (โดยเฉลี่ย 63 — 100 kVA) หม้อแปลงแต่ละตัวให้บริการพื้นที่สำคัญซึ่งต้องใช้สายไฟที่มีกากบาทขนาดใหญ่ - ส่วนในเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้า 380 V ด้วยเหตุนี้ ลวดโลหะจึงมักถูกใช้ในเครือข่าย 10 kV 2-3 เท่า

การใช้สายไฟในเครือข่ายแรงดันต่ำสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มจำนวนสถานีหม้อแปลงและลดพลังงานเฉลี่ยและรัศมีการให้บริการ อย่างไรก็ตามสถานีหม้อแปลงสามเฟสเป็นการก่อสร้างที่ค่อนข้างแพงซึ่งค่าใช้จ่ายจะลดลงเล็กน้อยเมื่อกำลังของหม้อแปลงที่ติดตั้งลดลง ดังนั้นการลดพลังงานเฉลี่ยของสถานีหม้อแปลงให้ต่ำกว่า 40 หรือ 63 kVA ในเครือข่ายสามเฟสทำให้ต้นทุนรวมของสถานีหม้อแปลงเพิ่มขึ้นมากเกินไป ดังนั้นวิธีการลดการใช้สายไฟในเครือข่ายแรงดันต่ำนี้จึงไม่ประหยัดเสมอไป

ในทางกลับกัน ในการจ่ายไฟฟ้าแบบสามเฟส มักจะจำเป็นต้องจัดหาตัวนำเครือข่ายขนาด 10 kV สามตัวให้กับผู้บริโภครายย่อย ในกรณีนี้ส่วนตัดขวางของสายไฟจะอยู่เหนือความจำเป็นขึ้นอยู่กับเงื่อนไข การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากได้รับเลือกให้เป็นค่าต่ำสุดที่อนุญาตในแง่ของความแข็งแรงเชิงกล เป็นผลให้โลหะส่วนเกินถูกใช้ในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูง

เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ ระบบจำหน่ายไฟฟ้าเฟสเดียวแบบผสมสามเฟส

สาระสำคัญของระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบผสมมีดังนี้

1. ใช้สายเฟสเดียวสามเฟสผสมที่มีแรงดันไฟฟ้า 10 kV โดยที่สายหลักเป็นสามเฟสและมีขนาดใหญ่ทั้งหมดรวมถึงกำลังไฟผู้บริโภคจะเชื่อมต่อกับพวกเขา ผู้บริโภครายย่อย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฟส่องสว่างและโหลดในครัวเรือน ได้รับการจัดหาโดยสายย่อย 10 kV เฟสเดียว

2. สถานีหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวพลังงานต่ำใช้เพื่อจัดหาผู้บริโภคเฟสเดียว

แผนภาพโดยประมาณของเครือข่ายที่มีสถานีหม้อแปลงที่สร้างขึ้นตามระบบเฟสเดียวสามเฟสแบบผสมแสดงในรูปที่ 1

ข้าว. 1. ตัวอย่างไดอะแกรมของเครือข่ายเฟสเดียวสามเฟสแบบผสม

ดังที่เห็นได้จากแผนภูมินี้ ผู้ใช้รายใหญ่ส่วนใหญ่ โหลดไฟฟ้า มีแหล่งจ่ายไฟสามเฟส และผู้บริโภครายย่อย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอาคารที่อยู่อาศัย ได้รับพลังงานจากสถานีหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว หม้อแปลงเฟสเดียว รวมถึงแรงดันไฟฟ้าระหว่างเฟส

การคำนวณเปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าการใช้ระบบผสมสามารถลดการใช้โลหะในสายไฟแรงสูงและแรงต่ำได้ 25 - 35% เมื่อเทียบกับระบบสามเฟสทั่วไป ต้นทุนเริ่มต้นของเครือข่ายในราคาและประเภทอุปกรณ์ที่มีอยู่สามารถลดลงได้โดยใช้ระบบผสมให้เหลือเพียง 5-10%

ในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงที่ทำในระบบผสม หม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียวเชื่อมต่อแบบเดลต้าสำหรับแรงดันไฟฟ้าเครือข่าย 6 หรือ 10 kV ดังแสดงในรูปที่ 1

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าในเครือข่ายสามเฟสที่โหลดไม่สม่ำเสมอ ผลรวมของการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นที่โหลดเหล่านี้ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง โดยไม่คำนึงถึงการกระจายของโหลดระหว่างเฟส เช่น dUab + dUbc + dUca = ค่าคงที่

ในทางปฏิบัติ มีการโหลดเฟสเดียวจำนวนมากที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายเสมอ โหลดเหล่านี้สามารถกระจายได้เพื่อให้การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าแบบเฟสต่อเฟสไปยังจุดสิ้นสุดมีค่าเท่ากันโดยประมาณ: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

ในกรณีนี้ ประสิทธิภาพของสายที่โหลดไม่สม่ำเสมอจะเหมือนกับของสายที่โหลดสม่ำเสมอแบบสามเฟสที่มีพารามิเตอร์เดียวกัน ในกรณีอื่นๆ ทั้งหมด ประสิทธิภาพจะต่ำกว่า

เห็นได้ชัดว่า เมื่อออกแบบเครือข่ายสำหรับระบบผสม จำเป็นต้องกระจายโหลดตามนั้น เพื่อให้บรรลุเงื่อนไขของความเท่าเทียมกันระหว่างการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าแบบเฟสต่อเฟส ในกรณีนี้ การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในสายสามเฟสถูกกำหนดโดยสูตรสำหรับโหลดแบบสมมาตรและมีค่าต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การคำนวณในกรณีนี้ง่ายมาก

สาขาเฟสเดียวจากเครือข่าย 10 kV มีแบนด์วิธน้อยกว่าสาขาสามเฟสที่มีหน้าตัดเดียวกัน 2-6 เท่า อย่างไรก็ตาม สำหรับสถานีหม้อแปลงกำลังต่ำ บ่อยครั้งที่ส่วนตัดขวางของสายสาขาถูกกำหนดโดยค่าต่ำสุดที่อนุญาตด้วยเหตุผลทางกล ในกรณีนี้เป็นแบบเฟสเดียว สาขามีสายไฟสองเส้นที่มีหน้าตัดเดียวกันแทนที่จะเป็นสามเส้น และความประหยัดของลวดโลหะคือ 33%

เครือข่ายแรงดันต่ำแบบเฟสเดียวตามระบบผสมนั้นทำจากสามสายพร้อมตัวนำเฉลี่ย แรงดันไฟฟ้าระหว่างสายกลางและสายปลายคือ 220 V (รูปที่ 2) และระหว่างสายปลายคือ 440 V สายกลางจะต่อลงดินในลักษณะเดียวกับสายกลางในระบบ 380 V ที่มีสายดินเป็นกลาง และ ชิ้นส่วนโลหะของอุปกรณ์เชื่อมต่อกับมันด้วย ไฟส่องสว่างระหว่างสายไฟตรงกลางและสายไฟด้านนอก และไฟระหว่างสายไฟด้านนอก หม้อแปลงขนาดเล็ก 2 kVA มีเอาต์พุตแรงดันต่ำ 2 เอาต์พุต — 220 หรือ 127 V

สถานีหม้อแปลงเฟสเดียวดำเนินการตามแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 2

ข้าว. 2. โครงการของสถานีหม้อแปลงเฟสเดียว

หม้อแปลงถูกระงับบนการสนับสนุนเครือข่ายระดับกลาง 10 kV อย่างง่ายพวกเขาเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงผ่านตัวแยกการเชื่อมต่อที่ติดตั้งบนส่วนรองรับที่อยู่ติดกัน หม้อแปลงได้รับการป้องกันการลัดวงจรด้วยฟิวส์ไฟฟ้าแรงสูง

ด้านแรงดันต่ำ เบรกเกอร์และฟิวส์จะติดตั้งอยู่ในกล่องขนาดเล็ก

สายที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 1 kV พร้อมระบบผสมจะดำเนินการในเครือข่ายทั่วไป หากเส้นทางตรงกัน ขอแนะนำให้แขวนไว้บนแนวรองรับเดียวกันกับสายไฟฟ้าแรงสูง

ในกรณีส่วนใหญ่ของระบบผสม มักใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสที่ป้อนจากสายสามเฟส มอเตอร์ไฟฟ้าเฟสเดียวกำลังต่ำใช้ในสถานที่ที่มีกำลังไฟฟ้าเฟสเดียวเท่านั้น ตัวอย่างเช่น มอเตอร์พัดลมบนเตาไฟแบบพกพาในโรงสีภาคสนาม มอเตอร์ปั๊มบนชุมทางรถไฟ เป็นต้น โดยทั่วไปแล้วกำลังของมอเตอร์ดังกล่าวคือ 1 - 2 กิโลวัตต์และไม่ค่อย 3 - 4 กิโลวัตต์

ควรใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสพิเศษกับตัวเก็บประจุเริ่มต้นในเครือข่ายเฟสเดียว ในกรณีที่ไม่มีมอเตอร์พิเศษ คุณสามารถใช้มอเตอร์ไฟฟ้าสามเฟสมาตรฐานที่มีแรงดันไฟฟ้า 380/220 V กับอุปกรณ์เริ่มต้นในรูปของตัวเก็บประจุหรือแม้แต่ตัวต้านทานที่ใช้งานอยู่

แรงบิดเริ่มต้นของมอเตอร์ที่มีความต้านทานการเริ่มต้นใช้งานที่แรงดันไฟฟ้า 440 V มีค่าประมาณ 0.4 ของแรงบิดที่กำหนดของมอเตอร์ในโหมดสามเฟส ซึ่งสอดคล้องกับ 0.65-1.0 ของแรงบิดที่กำหนดในโหมดเฟสเดียว

หากสำหรับเครื่องจักรที่ทำงาน แรงบิดเริ่มต้นควรมากกว่า 0.5 Mn ให้เลือกมอเตอร์ที่มีกำลังมากกว่าหรือเชื่อมต่อตามวงจรความจุเมื่อเปิดความจุเริ่มต้น แรงบิดของมอเตอร์จะเท่ากับแรงบิดที่กำหนดโดยประมาณในโหมดสามเฟส

เมื่อป้อนจากหม้อแปลงขนาด 10 kVA สามารถสตาร์ทมอเตอร์ที่มีกำลังไฟในโหมดสามเฟสสูงถึง 4.5 kW ได้

มอเตอร์เฟสเดียวทั้งแบบพิเศษและดัดแปลงจากมอเตอร์สามเฟสมีราคาแพงกว่ามอเตอร์สามเฟสที่มีกำลังเท่ากัน 1.5-2 เท่า อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของต้นทุนมอเตอร์นั้นไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการประหยัดที่ได้รับจากการสร้างและใช้งานเครือข่ายโดยใช้ระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบผสม

อัตราส่วนระหว่างพลังงานเฟสเดียวและสามเฟสในเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดและเงื่อนไขของตำแหน่ง

สำหรับพื้นที่ชนบทส่วนใหญ่ สายไฟฟ้าแรงสูงเฟสเดียวที่มีแรงดันไฟฟ้า 10 kV จะมีผลเหนือกว่าในสองกรณี:

1) ในเขตชานเมืองของหมู่บ้านขนาดใหญ่ที่มีอาคารที่อยู่อาศัยจำนวนมาก

2) เป็นสาขาสำหรับการแยกการตั้งถิ่นฐานขนาดเล็กซึ่งไม่คาดว่าจะมีการพัฒนาไฟฟ้าในอนาคตอันใกล้

การใช้ไฟฟ้าเฟสเดียวควรคำนึงถึงความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจเมื่อประหยัดลวดโลหะได้มากโดยไม่เพิ่มต้นทุนเครือข่าย ตามกฎแล้วเงื่อนไขนี้เป็นไปได้ในกรณีที่การใช้วงจรเฟสเดียวไม่ได้ทำให้ความยาวของเครือข่ายไฟฟ้าแรงสูงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

ไอ. เอ. บุดซ์โก