三相単相ネットワーク

農業では、電気エネルギーは、変圧器の消費点を備えた通常10 kVの電圧で三相ネットワークに配電されます。この配電システムは、低層の建物が建ち並ぶ小さな町や郊外に電力を供給するための電力事業の慣行を大きく変えることなく採用されました。しかし、田舎の状況では電気負荷の密度が都市よりもはるかに低いため、現代の配電システムでは多くの場合、電線の金属の大幅な過剰支出につながります。

その重大な欠点は、電圧が 380 V の重いネットワークであることです。変電所の容量が比較的大きいため (平均 63 ～ 100 kVA)、各変圧器はかなりの面積に対応し、大きなクロスのワイヤを使用する必要があります。その結果、通常は 10 kV ネットワークの 2 ～ 3 倍多くの金属ワイヤが消費されます。

低電圧ネットワークの電線消費は、変電所の数を増やし、平均電力とサービス半径を減らすことで削減できます。ただし、三相変電所は比較的高価な構造であり、設置される変圧器の電力が減少すると、そのコストはわずかに減少します。したがって、三相ネットワークで変電所の平均電力を 40 または 63 kVA 未満に下げると、変電所の総コストが過度に増加することになります。したがって、低電圧ネットワークでワイヤの消費を削減するこの方法は、必ずしも経済的であるとは限りません。

一方、三相配電では、多くの場合、3 本の 10 kV ネットワーク導体を小規模需要家に供給する必要があります。この場合、ワイヤーの断面は条件に応じて必要以上に取られます。 電圧損失、機械的強度の観点から許容可能な最小値として選択されているためです。その結果、高電圧ネットワーク内で過剰な金属が消費されます。

既存の配電システムの欠点を克服するために、三相単相混合配電システムが採用されています。

混合配電システムの本質は次のとおりです。

1. 電圧 10 kV の三相単相混合線が使用されます。幹線は三相で、電力を含むすべての大規模な需要家がそれに接続されます。主に照明や家庭用負荷などの小規模需要家には、単相 10 kV 支線によって電力が供給されます。

2. 低電力単相変圧所は、単相消費者に電力を供給するために使用されます。

三相単相混合システムに従って作られた変電所を備えたネットワークの概略図を図 1 に示します。

米。 1. 三相単相混合ネットワークの図例

このグラフからわかるように、大規模ユーザーのほとんどは 電力負荷 小規模の消費者、主に住宅用の建物は単相変電所から電力を供給されています。 単相変圧器 相間電圧を含みます。

比較計算によると、混合システムを使用すると、従来の三相システムと比較して、高圧および低圧電線の金属の消費量を 25 ～ 35% 削減できることがわかりました。既存の価格と種類の機器を使用したネットワークの初期コストは、混合システムを使用することでわずか 5 ～ 10% 削減できます。

混合システムで構成される高電圧ネットワークでは、図 1 に示すように、単相変圧器が 6 または 10 kV のネットワーク電圧に対してデルタ結線されます。

不均一な負荷がかかった三相ネットワークでは、これらの負荷における線形電圧損失の合計は、相間の負荷の分布に関係なく変化しないことが証明されています。 dUab + dUbc + dUca = 定数。

実際には、ネットワークには常にかなりの数の単相負荷が接続されています。これらの負荷は、エンドポイントへの相間電圧損失が互いにほぼ等しくなるように分散できます: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

この場合、不均一負荷線路の性能は、同じパラメータを持つ三相均一負荷線路の性能と同じです。それ以外の場合はすべて、パフォーマンスが低下します。

明らかに、混合システムのネットワークを設計する場合は、それに応じて負荷を分散して、相間の電圧損失が等しい条件を達成する必要があります。この場合、三相線路の電圧損失は対称負荷の公式によって決定され、可能な限り低い値になります。この場合の計算は大幅に簡略化されます。

10 kV ネットワークからの単相分岐の帯域幅は、同じ断面積の三相分岐に比べて 2 ～ 6 分の 1 です。ただし、低電力変電所では、多くの場合、機械的な理由から分岐線の断面積が最小許容値によって決まります。この場合、それらは単相であり、分岐には同じ断面のワイヤが 3 本ではなく 2 本あり、金属ワイヤの経済性は 33% です。

混合システムによる単相低圧ネットワークは、平均的な導体を使用して 3 線化されます。中間線と端線間の電圧は 220 V (図 2)、端線間の電圧は 440 V です。中間線は、中性点が接地された 380 V システムの中性線と同じ方法で接地されます。機器の金属部分も接続されています。照明は中線と外線の間でオンになり、電源は外線の間でオンになります。小型の 2 kVA 変圧器には、220 または 127 V の 2 つの低電圧出力があります。

単相変電所は、図 2 に示す回路図に従って実装されます。

米。 2. 単相変電所のスキーム

変圧器は、単純な 10 kV 中間ネットワーク サポート上に吊り下げられています。これらは、隣接するサポートに設置された断路器を介して高電圧ネットワークに接続されます。変圧器は高電圧ヒューズによって短絡から保護されています。

低圧側には、回路ブレーカーとヒューズが小さなボックスに取り付けられています。

混合システムによる最大1kVの電圧の回線は、従来のネットワークと同様に実行されます。ルートが一致する場合は、高圧線と同じ支柱に吊るすことをお勧めします。

混合システムの場合の大部分では、通常、三相線から給電される三相誘導電動機が使用されます。低電力単相電気モーターは、単相電力のみが利用できる場所で使用されます。たとえば、フィールドミルのポータブル炉床のファンモーター、鉄道ジャンクションのポンプモーターなどです。通常、このようなモーターの出力は 1 ～ 2 kW ですが、まれに 3 ～ 4 kW になります。

単相ネットワークでは、始動コンデンサを備えた特別な非同期電動機を使用するのが最善です。特別なモーターがない場合は、電圧 380/220 V の標準的な三相電気モーターを、コンデンサまたはアクティブ抵抗の形の始動装置とともに使用できます。

電圧 440 V でアクティブ始動抵抗を持つモーターの始動トルクは、三相モードのモーターの定格トルクの約 0.4 であり、これは単相モードの定格トルクの 0.65 ～ 1.0 に相当します。

作業機械などで起動トルクが0.5Mn以上必要な場合は、より大きな出力のモータを選定するか、容量回路に合わせて接続してください。始動容量をオンにすると、モータトルクは三相モードの定格トルクとほぼ等しくなります。

10 kVA 変圧器から給電すると、三相モードで最大 4.5 kW の定格電力のモーターを起動できます。

単相モーターは特殊な構造をしており、三相モーターから変換されたもので、同じ出力の三相モーターよりも 1.5​​ ～ 2 倍高価です。ただし、モーターのコストの増加は、混合配電システムを使用してネットワークを構築および運用することで得られる節約に比べればわずかです。

高電圧ネットワークにおける単相電力と三相電力の比率は、負荷の性質とその配置条件によって異なります。

ほとんどの農村地域では、主に次の 2 つの場合に、電圧 10 kV の単相高圧線が普及しています。

1) 住宅が集中する大きな村の郊外。

2) 近い将来に電気の開発が見込めない小規模な集落を分離するための支店として。

ネットワークコストを増加させることなく金属ワイヤの大幅な節約が達成される場合、単相電力の使用は経済的に実現可能であると考慮される必要があります。この条件は、一般に、単相回路の使用によって高電圧ネットワークの長さが大幅に増加しない場合に実現可能です。

I.A.ブズコ