Réseaux monophasés triphasés

Dans l'agriculture, l'énergie électrique est distribuée dans des réseaux triphasés avec une tension de, en règle générale, 10 kV avec des points de consommation de transformateur. Ce système de distribution a été adopté sans changements significatifs par rapport aux pratiques des services publics pour fournir de l'électricité aux petites villes et aux banlieues avec des bâtiments de faible hauteur. Cependant, dans les conditions rurales, la densité de la charge électrique est beaucoup plus faible que dans les villes et, par conséquent, le système moderne de distribution d'électricité entraîne dans de nombreux cas une surconsommation importante du métal des fils.

Son grave inconvénient est les réseaux lourds avec une tension de 380 V. En raison de la capacité relativement importante des postes de transformation (en moyenne 63 - 100 kVA), chaque transformateur dessert une zone importante, ce qui nécessite l'utilisation de fils avec une grande croix -section dans les réseaux avec une tension de 380 V. En plus de cela, le fil métallique est généralement consommé dans 2 à 3 fois plus que dans les réseaux 10 kV.

La consommation de câbles dans les réseaux basse tension peut être réduite en augmentant le nombre de postes de transformation et en réduisant leur puissance moyenne et leur rayon de service. Cependant, le poste de transformation triphasé est une construction relativement coûteuse, dont le coût diminue légèrement avec une diminution de la puissance du transformateur installé. Ainsi, réduire la puissance moyenne d'un poste de transformation en dessous de 40 ou 63 kVA dans les réseaux triphasés entraîne une augmentation excessive du coût total des postes de transformation. Par conséquent, cette façon de réduire la consommation des fils dans les réseaux basse tension n'est pas toujours économique.

En revanche, en distribution électrique triphasée, il est souvent nécessaire de fournir trois conducteurs de réseau 10 kV aux petits consommateurs. Dans ce cas, les sections des fils sont prises au-dessus du nécessaire, en fonction des conditions perte de tension, car ils sont choisis comme le minimum admissible en termes de résistance mécanique. En conséquence, l'excès de métal est consommé dans le réseau haute tension.

Pour pallier les lacunes du système de distribution électrique existant, un système de distribution triphasé monophasé mixte.

L'essence du système de distribution d'énergie mixte est la suivante.

1. Des lignes monophasées triphasées mixtes avec une tension de 10 kV sont utilisées, où les lignes principales sont triphasées et tous les grands consommateurs, y compris l'électricité, y sont connectés. Les petits consommateurs, principalement l'éclairage et les charges domestiques, sont alimentés par des lignes secondaires monophasées de 10 kV.

2. Les postes de transformation monophasés de faible puissance sont utilisés pour alimenter les consommateurs monophasés.

Un schéma approximatif d'un réseau avec des postes de transformation réalisés selon un système monophasé triphasé mixte est illustré à la figure 1.

Riz. 1. Exemple de schéma d'un réseau monophasé triphasé mixte

Comme on peut le voir sur ce graphique, les grands utilisateurs avec principalement Charge de puissance disposent d'une alimentation électrique triphasée et les petits consommateurs, principalement des bâtiments résidentiels, sont alimentés par des postes de transformation monophasés. Transformateurs monophasés inclut la tension entre les phases.

Des calculs comparatifs montrent que l'utilisation d'un système mixte peut réduire la consommation de métal dans les câbles haute et basse tension de 25 à 35 % par rapport à un système triphasé conventionnel. Le coût initial du réseau aux prix et types d'équipement existants peut être réduit en utilisant un système mixte à seulement 5 à 10 %.

Dans un réseau haute tension réalisé dans un système mixte, les transformateurs monophasés sont connectés en triangle pour une tension de réseau de 6 ou 10 kV, comme illustré à la figure 1.

Il a été prouvé que dans un réseau triphasé inégalement chargé, la somme des pertes de tension linéaires à ces charges reste inchangée quelle que soit la répartition des charges entre les phases, c'est-à-dire dUab + dUbc + dUca = const.

En pratique, il y a toujours un nombre important de charges monophasées connectées au réseau. Ces charges peuvent être réparties de manière à ce que les pertes de tension entre phases aux extrémités soient approximativement égales entre elles : dUab ≈ dUbc ≈ dUca

Dans ce cas, les performances d'une ligne non uniformément chargée sont les mêmes que celles d'une ligne triphasée uniformément chargée avec les mêmes paramètres. Dans tous les autres cas, les performances sont inférieures.

Évidemment, lors de la conception d'un réseau pour un système mixte, il est nécessaire, en répartissant les charges en conséquence, d'atteindre la condition d'égalité entre les pertes de tension composées. Dans ce cas, les pertes de tension dans une ligne triphasée sont déterminées par les formules pour une charge symétrique et elles ont la valeur la plus faible possible. Le calcul dans ce cas est grandement simplifié.

Les branches monophasées d'un réseau 10 kV ont 2 à 6 fois moins de bande passante que les branches triphasées de même section. Cependant, dans les postes de transformation de faible puissance, la section des fils de dérivation est très souvent déterminée par le minimum autorisé pour des raisons mécaniques. Dans ce cas, ils sont monophasés, les branches ont deux fils de même section au lieu de trois, et l'économie de fil métallique est de 33 %.

Un réseau basse tension monophasé selon un système mixte est réalisé en trois fils avec un conducteur moyen. La tension entre les fils du milieu et d'extrémité est de 220 V (Fig. 2) et entre les fils d'extrémité est de 440 V. Le fil du milieu est mis à la terre de la même manière que le fil neutre dans un système de 380 V avec un neutre mis à la terre, et les parties métalliques de l'équipement y sont également connectées. L'éclairage est allumé entre les fils central et extérieur, et l'alimentation entre les fils extérieurs. Les petits transformateurs de 2 kVA ont deux sorties basse tension — 220 ou 127 V.

Les postes de transformation monophasés sont mis en œuvre selon le schéma de principe illustré à la figure 2.

Riz. 2. Schéma d'un poste de transformation monophasé

Les transformateurs sont suspendus sur un simple support de réseau intermédiaire 10 kV.Ils sont reliés à un réseau haute tension par l'intermédiaire d'un sectionneur installé sur un support adjacent. Les transformateurs sont protégés contre les courts-circuits par des fusibles haute tension.

Côté basse tension, un disjoncteur et des fusibles sont montés dans un petit coffret.

Les lignes avec une tension allant jusqu'à 1 kV avec un système mixte sont réalisées comme dans les réseaux conventionnels. Si les itinéraires coïncident, il est recommandé de les accrocher sur les mêmes supports avec des lignes à haute tension.

Dans la majorité des cas de systèmes mixtes, des moteurs à induction triphasés alimentés par des lignes triphasées sont généralement utilisés. Les moteurs électriques monophasés de faible puissance sont utilisés dans les endroits où seule une alimentation monophasée est disponible, par exemple, un moteur de ventilateur sur un foyer portable dans un broyeur, un moteur de pompe sur un nœud ferroviaire, etc. En règle générale, la puissance de ces moteurs est de 1 à 2 kW et rarement de 3 à 4 kW.

Il est préférable d'utiliser des moteurs électriques asynchrones spéciaux avec des condensateurs de démarrage dans les réseaux monophasés. En l'absence de moteurs spéciaux, vous pouvez utiliser des moteurs électriques triphasés standard avec une tension de 380/220 V avec des dispositifs de démarrage sous forme de condensateurs ou même de résistances actives.

Le couple de démarrage d'un moteur avec une résistance de démarrage active à une tension de 440 V est d'environ 0,4 du couple nominal du moteur en mode triphasé, ce qui correspond à 0,65-1,0 du couple nominal en mode monophasé.

Si, pour une machine en fonctionnement, le couple de démarrage doit être supérieur à 0,5 Mn, un moteur de plus grande puissance est sélectionné ou il est connecté selon un circuit de capacité.Lorsque la capacité de démarrage est activée, le couple moteur est approximativement égal au couple nominal en mode triphasé.

Lorsqu'ils sont alimentés par un transformateur de 10 kVA, les moteurs d'une puissance nominale en mode triphasé jusqu'à 4,5 kW peuvent être démarrés.

Les moteurs monophasés, à la fois de construction spéciale et convertis à partir de moteurs triphasés, sont 1,5 à 2 fois plus chers que les moteurs triphasés de même puissance. Cependant, l'augmentation du coût des moteurs est insignifiante par rapport aux économies réalisées dans la construction et l'exploitation du réseau à l'aide d'un système de distribution électrique mixte.

Le rapport entre puissance monophasée et triphasée dans un réseau haute tension dépend de la nature de la charge et des conditions de son placement.

Pour la plupart des zones rurales, les lignes à haute tension monophasées d'une tension de 10 kV prédominent principalement dans deux cas :

1) à la périphérie des grands villages avec une charge prédominante de bâtiments résidentiels,

2) en tant que branches pour la séparation des petites agglomérations où le développement de l'électricité n'est pas prévu dans un proche avenir.

L'utilisation d'une alimentation monophasée doit être considérée comme économiquement réalisable lorsque des économies importantes de fils métalliques sont réalisées sans augmenter les coûts du réseau. Cette condition est généralement réalisable dans les cas où l'utilisation d'un circuit monophasé n'entraîne pas une augmentation significative de la longueur du réseau haute tension.

I. A. Budzko