Jaringan fase tunggal tiga fase

Di bidang pertanian, energi listrik didistribusikan dalam jaringan tiga fase dengan tegangan, sebagai aturan, 10 kV dengan titik konsumen trafo. Sistem distribusi ini diadopsi tanpa perubahan signifikan dari praktik utilitas untuk memasok listrik ke kota-kota kecil dan pinggiran kota dengan bangunan bertingkat rendah. Namun, dalam kondisi pedesaan, kerapatan beban listrik jauh lebih rendah daripada di kota-kota, dan oleh karena itu sistem distribusi listrik modern dalam banyak kasus menyebabkan pengeluaran logam kabel yang berlebihan secara signifikan.

Kerugian seriusnya adalah jaringan berat dengan tegangan 380 V. Karena kapasitas stasiun trafo yang relatif besar (rata-rata 63 — 100 kVA), setiap trafo melayani area yang signifikan, yang memerlukan penggunaan kabel dengan lintas besar. -bagian dalam jaringan dengan tegangan 380 V. Sebagai akibatnya, kawat logam biasanya dikonsumsi dalam 2 — 3 kali lebih banyak daripada dalam jaringan 10 kV.

Konsumsi kabel dalam jaringan tegangan rendah dapat dikurangi dengan menambah jumlah stasiun transformator dan mengurangi daya rata-rata dan radius layanannya. Namun, stasiun trafo tiga fasa merupakan konstruksi yang relatif mahal, biayanya sedikit menurun dengan penurunan daya trafo yang dipasang. Oleh karena itu, pengurangan daya rata-rata stasiun transformator di bawah 40 atau 63 kVA dalam jaringan tiga fase menyebabkan peningkatan biaya total stasiun transformator yang berlebihan. Oleh karena itu, cara mengurangi konsumsi kabel dalam jaringan tegangan rendah ini tidak selalu ekonomis.

Di sisi lain, dalam distribusi daya tiga fase, seringkali perlu memasok tiga konduktor jaringan 10 kV ke konsumen kecil. Dalam hal ini, penampang kabel diambil di atas yang diperlukan, tergantung pada kondisinya kehilangan tegangan, karena dipilih sebagai minimum yang diizinkan dalam hal kekuatan mekanik. Akibatnya, kelebihan logam dikonsumsi di jaringan tegangan tinggi.

Untuk mengatasi kekurangan sistem distribusi tenaga listrik yang ada, sistem distribusi tiga fase satu fase dicampur.

Inti dari sistem distribusi tenaga campuran adalah sebagai berikut.

1. Saluran campuran tiga fasa satu fasa dengan tegangan 10 kV digunakan, di mana saluran utama tiga fasa dan semuanya besar, termasuk daya, konsumen terhubung dengannya. Konsumen kecil, terutama penerangan dan beban rumah tangga, dipasok oleh saluran cabang 10 kV fase tunggal.

2. Stasiun transformator satu fasa berdaya rendah digunakan untuk memasok konsumen satu fasa.

Diagram perkiraan jaringan dengan stasiun transformator yang dibuat sesuai dengan sistem fase tunggal tiga fase campuran ditunjukkan pada Gambar 1.

Beras. 1. Contoh diagram jaringan fase tunggal tiga fase campuran

Seperti dapat dilihat dari bagan ini, pengguna besar dengan sebagian besar beban daya memiliki catu daya tiga fase, dan konsumen kecil, kebanyakan bangunan tempat tinggal, ditenagai oleh stasiun transformator satu fase. Transformator satu fasa termasuk tegangan antar fasa.

Perhitungan komparatif menunjukkan bahwa penggunaan sistem campuran dapat mengurangi konsumsi logam pada kabel tegangan tinggi dan rendah sebesar 25 - 35% dibandingkan dengan sistem tiga fase konvensional. Biaya awal jaringan dengan harga dan jenis peralatan yang ada dapat dikurangi dengan menggunakan sistem campuran menjadi hanya 5-10%.

Dalam jaringan tegangan tinggi yang dibuat dalam sistem campuran, transformator satu fasa terhubung delta untuk tegangan jaringan 6 atau 10 kV, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Telah dibuktikan bahwa dalam jaringan tiga fase yang dibebani tidak merata, jumlah kerugian tegangan linier pada beban ini tetap tidak berubah terlepas dari distribusi beban antar fase, yaitu. dUab + dUbc + dUca = const.

Dalam praktiknya, selalu ada sejumlah besar beban satu fasa yang terhubung ke jaringan. Beban-beban ini dapat didistribusikan sehingga kehilangan tegangan fasa-ke-fasa ke titik akhir kira-kira sama satu sama lain: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Dalam hal ini, kinerja saluran yang dibebani secara tidak seragam sama dengan kinerja saluran yang dibebani secara seragam tiga fase dengan parameter yang sama. Dalam semua kasus lainnya, kinerja lebih rendah.

Jelas, ketika mendesain jaringan untuk sistem campuran, perlu, dengan mendistribusikan beban yang sesuai, untuk mencapai kondisi kesetaraan antara kehilangan tegangan fase-ke-fase. Dalam hal ini, kehilangan tegangan pada saluran tiga fase ditentukan oleh rumus untuk beban simetris dan memiliki nilai serendah mungkin. Perhitungan dalam hal ini sangat disederhanakan.

Cabang satu fase dari jaringan 10 kV memiliki bandwidth 2-6 kali lebih sedikit daripada cabang tiga fase dengan penampang yang sama. Namun, dengan stasiun transformator berdaya rendah, seringkali penampang kabel cabang ditentukan oleh minimum yang diizinkan karena alasan mekanis. Dalam hal ini, mereka adalah fase tunggal, cabang memiliki dua kabel dengan penampang yang sama, bukan tiga, dan ekonomi kawat logam adalah 33%.

Jaringan tegangan rendah fase tunggal menurut sistem campuran dibuat tiga kabel dengan konduktor rata-rata. Tegangan antara kabel tengah dan ujung adalah 220 V (Gbr. 2), dan antara kabel ujung adalah 440 V. Kabel tengah di-ground dengan cara yang sama seperti kabel netral dalam sistem 380 V dengan ground netral, dan bagian logam dari peralatan juga terhubung dengannya. Pencahayaan dinyalakan antara kabel tengah dan luar, dan daya antara kabel luar. Trafo 2 kVA kecil memiliki dua output tegangan rendah - 220 atau 127 V.

Stasiun transformator satu fasa diimplementasikan sesuai dengan diagram skematik yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Beras. 2. Skema stasiun transformator satu fasa

Trafo ditangguhkan pada dukungan jaringan perantara 10 kV sederhana.Mereka terhubung ke jaringan tegangan tinggi melalui pemisah yang dipasang pada penyangga yang berdekatan. Transformer dilindungi dari korsleting dengan sekering tegangan tinggi.

Di sisi tegangan rendah, pemutus sirkuit dan sekering dipasang di kotak kecil.

Saluran dengan tegangan hingga 1 kV dengan sistem campuran dilakukan seperti pada jaringan konvensional. Jika rute bertepatan, disarankan untuk menggantungnya pada penyangga yang sama dengan saluran tegangan tinggi.

Pada sebagian besar kasus sistem campuran, biasanya digunakan motor induksi tiga fasa yang diumpankan dari saluran tiga fasa. Motor listrik fase tunggal berdaya rendah digunakan di tempat-tempat di mana hanya tersedia daya satu fase, misalnya, motor kipas pada perapian portabel di pabrik lapangan, motor pompa di persimpangan kereta api, dll. Biasanya, tenaga motor tersebut adalah 1 — 2 kW dan jarang 3 — 4 kW.

Yang terbaik adalah menggunakan motor listrik asinkron khusus dengan kapasitor awal dalam jaringan fase tunggal. Dengan tidak adanya motor khusus, Anda dapat menggunakan motor listrik tiga fase standar dengan tegangan 380/220 V dengan perangkat start berupa kapasitor atau bahkan resistansi aktif.

Torsi awal motor dengan resistansi start aktif pada tegangan 440 V adalah sekitar 0,4 torsi pengenal motor dalam mode tiga fase, yang sesuai dengan 0,65-1,0 torsi pengenal dalam mode fase tunggal.

Jika untuk mesin yang bekerja torsi awal harus lebih dari 0,5 Mn, motor dengan daya lebih besar dipilih atau dihubungkan sesuai dengan sirkuit kapasitas.Saat kapasitas start dihidupkan, torsi motor kira-kira sama dengan torsi pengenal dalam mode tiga fase.

Saat diumpankan dari transformator 10 kVA, motor dengan daya pengenal dalam mode tiga fase hingga 4,5 kW dapat dihidupkan.

Motor fase tunggal, keduanya konstruksi khusus dan dikonversi dari motor tiga fase, 1,5-2 kali lebih mahal daripada motor tiga fase dengan daya yang sama. Namun, kenaikan biaya motor tidak signifikan dibandingkan dengan penghematan yang diperoleh dalam membangun dan mengoperasikan jaringan dengan menggunakan sistem distribusi tenaga campuran.

Rasio antara daya satu fasa dan tiga fasa dalam jaringan tegangan tinggi bergantung pada sifat beban dan kondisi penempatannya.

Untuk sebagian besar daerah pedesaan, saluran tegangan tinggi fase tunggal dengan tegangan 10 kV berlaku terutama dalam dua kasus:

1) di pinggiran desa-desa besar dengan muatan bangunan tempat tinggal yang dominan,

2) sebagai cabang untuk pemisahan pemukiman kecil di mana perkembangan listrik tidak dapat diperkirakan dalam waktu dekat.

Penggunaan daya satu fasa harus dianggap layak secara ekonomi ketika penghematan yang signifikan pada kawat logam dicapai tanpa meningkatkan biaya jaringan. Kondisi ini, sebagai suatu peraturan, layak dalam kasus di mana penggunaan rangkaian fase tunggal tidak menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam panjang jaringan tegangan tinggi.

I.A. Budzko