Redes monofásicas trifásicas

Na agricultura, a energia elétrica é distribuída em redes trifásicas com tensão, via de regra, 10 kV com pontos consumidores de transformadores. Este sistema de distribuição foi adotado sem mudanças significativas da prática de fornecimento de eletricidade para pequenas cidades e subúrbios com prédios baixos. No entanto, em condições rurais, a densidade da carga elétrica é muito menor do que nas cidades e, portanto, o moderno sistema de distribuição de eletricidade leva, em muitos casos, a um gasto excessivo significativo do metal dos fios.

Sua séria desvantagem são as redes pesadas com tensão de 380 V. Devido à capacidade relativamente grande das estações transformadoras (em média 63 - 100 kVA), cada transformador atende a uma área significativa, o que requer o uso de fios com grande cruzamento -seção em redes com tensão de 380 V. Como resultado, além disso, o fio de metal geralmente é consumido em 2 a 3 vezes mais do que em redes de 10 kV.

O consumo de fios em redes de baixa tensão pode ser reduzido aumentando o número de postos transformadores e reduzindo sua potência média e raio de atendimento. No entanto, a estação transformadora trifásica é uma construção relativamente cara, cujo custo diminui ligeiramente com a diminuição da potência do transformador instalado. Portanto, reduzir a potência média de um posto transformador abaixo de 40 ou 63 kVA em redes trifásicas leva a um aumento excessivo no custo total dos postos transformadores. Portanto, essa forma de reduzir o consumo de fios em redes de baixa tensão nem sempre é econômica.

Por outro lado, na distribuição de energia trifásica, muitas vezes é necessário fornecer três condutores de rede de 10 kV para pequenos consumidores. Nesse caso, as seções transversais dos fios são tomadas acima do necessário, dependendo das condições perda de tensão, pois são escolhidos como o mínimo admissível em termos de resistência mecânica. Como resultado, o excesso de metal é consumido na rede de alta tensão.

Para superar as deficiências do sistema de distribuição de energia existente, um sistema de distribuição monofásico trifásico misto.

A essência do sistema misto de distribuição de energia é a seguinte.

1. São utilizadas linhas monofásicas trifásicas mistas com tensão de 10 kV, onde as linhas principais são trifásicas e todos os grandes consumidores, incluindo energia, estão conectados a elas. Pequenos consumidores, principalmente iluminação e cargas domésticas, são alimentados por ramais monofásicos de 10 kV.

2. As estações transformadoras monofásicas de baixa potência são utilizadas para alimentar os consumidores monofásicos.

Um diagrama aproximado de uma rede com estações transformadoras feitas de acordo com um sistema monofásico trifásico misto é mostrado na Figura 1.

Arroz. 1. Exemplo de diagrama de rede monofásica trifásica mista

Como pode ser visto neste gráfico, grandes usuários com carga de energia possuem alimentação trifásica e os pequenos consumidores, em sua maioria prédios residenciais, são alimentados por postos transformadores monofásicos. Transformadores monofásicos inclui tensão entre fases.

Cálculos comparativos mostram que o uso de um sistema misto pode reduzir o consumo de metal em fios de alta e baixa tensão em 25 - 35% em comparação com um sistema trifásico convencional. O custo inicial da rede a preços e tipos de equipamentos existentes pode ser reduzido usando um sistema misto para apenas 5-10%.

Em uma rede de alta tensão feita em sistema misto, os transformadores monofásicos são conectados em delta para uma tensão de rede de 6 ou 10 kV, conforme mostra a Figura 1.

Foi provado que em uma rede trifásica carregada de forma desigual, a soma das perdas de tensão linear nessas cargas permanece inalterada, independentemente da distribuição das cargas entre as fases, ou seja, dUab + dUbc + dUca = const.

Na prática, há sempre um número significativo de cargas monofásicas conectadas à rede. Essas cargas podem ser distribuídas de forma que as perdas de tensão fase-fase para os terminais sejam aproximadamente iguais entre si: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Neste caso, o desempenho de uma linha não uniformemente carregada é o mesmo de uma linha trifásica uniformemente carregada com os mesmos parâmetros. Em todos os outros casos, o desempenho é inferior.

Obviamente, ao projetar uma rede para um sistema misto, é necessário, distribuindo as cargas adequadamente, atingir a condição de igualdade entre as perdas de tensão fase-fase. Nesse caso, as perdas de tensão em uma linha trifásica são determinadas pelas fórmulas para uma carga simétrica e têm o menor valor possível. O cálculo neste caso é bastante simplificado.

Ramificações monofásicas de uma rede de 10 kV têm 2 a 6 vezes menos largura de banda do que ramificações trifásicas com a mesma seção transversal. No entanto, com estações transformadoras de baixa potência, muitas vezes a seção transversal dos fios ramificados é determinada pelo mínimo permitido por razões mecânicas. Nesse caso, são monofásicos, os ramais possuem dois fios da mesma seção ao invés de três, e a economia de fio metálico é de 33%.

Uma rede monofásica de baixa tensão de acordo com um sistema misto é feita de três fios com um condutor médio. A tensão entre os fios intermediário e final é de 220 V (Fig. 2) e entre os fios finais é de 440 V. O fio intermediário é aterrado da mesma forma que o fio neutro em um sistema de 380 V com neutro aterrado e partes metálicas do equipamento também estão conectadas a ele. A iluminação é ligada entre os fios intermediário e externo e a energia entre os fios externos. Pequenos transformadores de 2 kVA têm duas saídas de baixa tensão — 220 ou 127 V.

As estações transformadoras monofásicas são implementadas de acordo com o diagrama esquemático mostrado na Figura 2.

Arroz. 2. Esquema de uma estação transformadora monofásica

Os transformadores são suspensos em um suporte simples de rede intermediária de 10 kV.Eles são conectados a uma rede de alta tensão por meio de um seccionador instalado em um suporte adjacente. Os transformadores são protegidos contra curtos-circuitos com fusíveis de alta tensão.

No lado de baixa tensão, um disjuntor e fusíveis são montados em uma pequena caixa.

As linhas com tensão de até 1 kV com sistema misto são executadas como nas redes convencionais. Se as rotas coincidirem, é recomendável pendurá-las nos mesmos suportes com linhas de alta tensão.

Na maioria dos casos de sistemas mistos, normalmente são utilizados motores de indução trifásicos alimentados por linhas trifásicas. Motores elétricos monofásicos de baixa potência são usados ​​em locais onde apenas energia monofásica está disponível, por exemplo, um motor de ventilador em uma lareira portátil em um moinho de campo, um motor de bomba em um entroncamento ferroviário, etc. Normalmente, a potência desses motores é de 1 a 2 kW e raramente de 3 a 4 kW.

É melhor usar motores elétricos assíncronos especiais com capacitores de partida em redes monofásicas. Na ausência de motores especiais, você pode usar motores elétricos trifásicos padrão com tensão de 380/220 V com dispositivos de partida na forma de capacitores ou mesmo resistências ativas.

O torque de partida de um motor com resistência de partida ativa a uma tensão de 440 V é de cerca de 0,4 do torque nominal do motor no modo trifásico, que corresponde a 0,65-1,0 do torque nominal no modo monofásico.

Se para uma máquina de trabalho o torque de partida deve ser superior a 0,5 Mn, um motor com maior potência é selecionado ou é conectado de acordo com um circuito de capacidade.Quando a capacidade de partida é ligada, o torque do motor é aproximadamente igual ao torque nominal no modo trifásico.

Quando alimentados por um transformador de 10 kVA, podem ser acionados motores com potência nominal no modo trifásico de até 4,5 kW.

Os motores monofásicos, tanto de construção especial quanto convertidos de motores trifásicos, são 1,5 a 2 vezes mais caros que os motores trifásicos da mesma potência. No entanto, o aumento no custo dos motores é insignificante em comparação com a economia obtida na construção e operação da rede usando um sistema misto de distribuição de energia.

A relação entre energia monofásica e trifásica em uma rede de alta tensão depende da natureza da carga e das condições de sua colocação.

Para a maioria das áreas rurais, as linhas monofásicas de alta tensão com tensão de 10 kV prevalecem principalmente em dois casos:

1) na periferia de grandes vilas com uma carga predominante de edifícios residenciais,

2) como ramos para a separação de pequenos assentamentos onde o desenvolvimento da eletricidade não está previsto no futuro próximo.

O uso de energia monofásica deve ser considerado economicamente viável quando economias significativas em fios metálicos são alcançadas sem aumentar os custos da rede. Essa condição, via de regra, é viável nos casos em que a utilização de circuito monofásico não acarreta aumento significativo no comprimento da rede de alta tensão.

I. A. Budzko