삼상 단상 네트워크

농업에서 전기 에너지는 일반적으로 변압기 소비자 지점이 있는 10kV 전압의 3상 네트워크에 분배됩니다. 이 분배 시스템은 작은 마을과 저층 건물이 있는 교외에 전기를 공급하는 유틸리티 관행에서 큰 변화 없이 채택되었습니다. 그러나 농촌 환경에서는 전기 부하의 밀도가 도시보다 훨씬 낮기 때문에 현대의 전기 분배 시스템은 많은 경우 전선의 금속을 상당히 과도하게 사용합니다.

심각한 단점은 380V 전압의 무거운 네트워크입니다. 상대적으로 큰 변전소 용량(평균 63 - 100kVA)으로 인해 각 변압기는 상당한 영역에 서비스를 제공하므로 큰 크로스가 있는 전선을 사용해야 합니다. -전압이 380V 인 네트워크 섹션. 결과적으로 와이어 메탈은 일반적으로 10kV 네트워크보다 2 ~ 3 배 더 많이 소비됩니다.

저전압 네트워크의 전선 소비는 변전소 수를 늘리고 평균 전력 및 서비스 반경을 줄임으로써 줄일 수 있습니다. 그러나 3상 변전소는 상대적으로 고가의 건설이며 설치된 변압기의 전력이 감소함에 따라 비용이 약간 감소합니다. 따라서 3상 네트워크에서 변전소의 평균 전력을 40kVA 또는 63kVA 미만으로 줄이면 변전소의 총 비용이 과도하게 증가합니다. 따라서 저전압 네트워크에서 전선 소비를 줄이는 이러한 방법이 항상 경제적이지는 않습니다.

한편, 3상 배전에서는 소규모 소비자에게 10kV 네트워크 도체 3개를 공급해야 하는 경우가 많습니다. 이 경우 전선의 단면적은 조건에 따라 필요한 것 이상으로 취합니다. 전압 손실, 기계적 강도 측면에서 허용되는 최소값으로 선택되기 때문입니다. 결과적으로 고전압 네트워크에서 과도한 금속이 소비됩니다.

기존 배전방식의 단점을 극복하기 위해 삼상혼합형 단상배전방식을 사용한다.

혼합배전방식의 본질은 다음과 같다.

1. 10kV의 전압을 가진 혼합 3상 단상 라인이 사용되며, 메인 라인은 3상이고 전력을 포함하여 모두 큰 소비자가 연결됩니다. 주로 조명 및 가정용 부하와 같은 소규모 소비자는 단상 10kV 분기 라인으로 전원을 공급받습니다.

2. 저전력 단상 변전소는 단상 소비자에게 공급하는 데 사용됩니다.

혼합 3상 단상 시스템에 따라 만들어진 변전소가 있는 네트워크의 대략적인 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다.

쌀. 1. 혼합 삼상 단상 네트워크 다이어그램의 예

이 차트에서 볼 수 있듯이 대부분의 대규모 사용자는 전력 부하 삼상 전원 공급 장치가 있으며 대부분 주거용 건물 인 소규모 소비자는 단상 변전소에서 전원을 공급받습니다. 단상 변압기 위상 간 전압을 포함합니다.

비교 계산에 따르면 혼합 시스템을 사용하면 기존의 3상 시스템에 비해 고압 및 저압 전선의 금속 소비를 25~35% 줄일 수 있습니다. 기존 가격과 장비 유형에서 네트워크의 초기 비용은 혼합 시스템을 사용하여 5-10%로 줄일 수 있습니다.

혼합 시스템으로 만들어진 고전압 네트워크에서 단상 변압기는 그림 1과 같이 6kV 또는 10kV의 네트워크 전압에 대해 델타 연결됩니다.

고르지 않게 부하가 걸리는 3상 네트워크에서 이러한 부하에서의 선형 전압 손실의 합은 위상 간의 부하 분포, 즉 dUab + dUbc + dUca = 상수.

실제로 네트워크에는 항상 상당한 수의 단상 부하가 연결되어 있습니다. 이러한 부하는 종점에 대한 상간 전압 손실이 서로 거의 같도록 분산될 수 있습니다. dUab ≈ dUbc ≈ dUca

이 경우 불균일 부하 선로의 성능은 동일한 파라미터를 갖는 3상 균일 부하 선로의 성능과 동일합니다. 다른 모든 경우에는 성능이 저하됩니다.

분명히, 혼합 시스템을 위한 네트워크를 설계할 때 그에 따라 부하를 분배하여 상간 전압 손실 간의 균등 조건을 달성하는 것이 필요합니다. 이 경우 3상 라인의 전압 손실은 대칭 부하 공식에 의해 결정되며 가능한 가장 낮은 값을 갖습니다. 이 경우 계산이 크게 단순화됩니다.

10kV 네트워크의 단상 분기는 동일한 단면을 가진 3상 분기보다 대역폭이 2-6배 적습니다. 그러나 저전력 변전소의 경우 분기 전선의 단면적이 기계적인 이유로 허용되는 최소값으로 결정되는 경우가 매우 많습니다. 이 경우에는 단상이고 가지에는 3개가 아닌 동일한 단면의 2개의 와이어가 있으며 금속 와이어의 경제성은 33%입니다.

혼합 시스템에 따른 단상 저전압 네트워크는 평균 도체가 있는 3선식으로 구성됩니다. 중간선과 끝선 사이의 전압은 220V(그림 2)이고 끝선 사이는 440V이다. 중간선은 중성선이 접지된 380V 계통에서 중성선과 같은 방법으로 접지되며, 장비의 금속 부품도 연결됩니다. 중간선과 바깥선 사이에 조명이 켜지고 바깥쪽 전선 사이에 전원이 켜집니다. 소형 2kVA 변압기에는 220V 또는 127V의 두 가지 저전압 출력이 있습니다.

단상 변전소는 그림 2에 표시된 개략도에 따라 구현됩니다.

쌀. 2. 단상 변전소 계획

변압기는 간단한 10kV 중간 네트워크 지지대에 매달려 있습니다.인접한 지지대에 설치된 단로기를 통해 고전압 네트워크에 연결됩니다. 변압기는 고전압 퓨즈로 단락으로부터 보호됩니다.

저전압 측에는 회로 차단기와 퓨즈가 작은 상자에 장착되어 있습니다.

혼합 시스템에서 최대 1kV의 전압을 가진 라인은 기존 네트워크에서와 같이 수행됩니다. 경로가 일치하면 고압선과 동일한 지지대에 걸어 두는 것이 좋습니다.

대부분의 혼합 시스템의 경우 3상 라인에서 공급되는 3상 유도 모터가 일반적으로 사용됩니다. 저전력 단상 전동기는 단상 전원만 사용할 수 있는 곳, 예를 들어 현장 공장의 휴대용 화로에 있는 팬 모터, 철도 분기점의 펌프 모터 등에서 사용됩니다. 일반적으로 이러한 모터의 출력은 1 - 2kW이고 드물게 3 - 4kW입니다.

단상 네트워크에서 시동 커패시터가 있는 특수 비동기 전기 모터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 특수 모터가 없으면 커패시터 또는 능동 저항 형태의 시동 장치와 함께 380/220V 전압의 표준 3상 전기 모터를 사용할 수 있습니다.

440V 전압에서 활성 시동 저항이 있는 모터의 시동 토크는 3상 모드에서 모터 정격 토크의 약 0.4이며, 이는 단상 모드에서 정격 토크의 0.65-1.0에 해당합니다.

작업 기계의 경우 시동 토크가 0.5Mn 이상이어야 하는 경우 더 큰 출력의 모터를 선택하거나 용량 회로에 따라 연결합니다.시동 용량이 켜지면 모터 토크는 3상 모드에서 정격 토크와 거의 같습니다.

10kVA 변압기에서 전원을 공급하면 3상 모드에서 최대 4.5kW의 정격 전력을 가진 모터를 시작할 수 있습니다.

3상 모터를 개조한 특수 구조의 단상 모터는 동일한 전력의 3상 모터보다 1.5~2배 더 비쌉니다. 그러나 혼합 배전 시스템을 사용하여 네트워크를 구축하고 운영할 때 얻을 수 있는 절감액에 비해 모터 비용의 증가는 미미합니다.

고전압 네트워크에서 단상 전력과 3상 전력의 비율은 부하의 특성과 배치 조건에 따라 다릅니다.

대부분의 농촌 지역에서는 주로 다음 두 가지 경우에 10kV 전압의 단상 고압선이 우세합니다.

1) 주거용 건물이 우세한 큰 마을 외곽,

2) 가까운 장래에 전기 발전이 예상되지 않는 작은 정착지의 분리를 위한 지점으로.

단상 전력의 사용은 네트워크 비용을 증가시키지 않고 금속 와이어를 크게 절약할 수 있을 때 경제적으로 실현 가능한 것으로 간주되어야 합니다. 이 조건은 일반적으로 단상 회로를 사용해도 고전압 네트워크의 길이가 크게 증가하지 않는 경우에 가능합니다.

I. A. 부즈코