Scottovo spojení

Na samotách s přívodní sítí o délce mnoha set i více metrů občas velmi kolísá napětí, přestože průřez vedení je dostatečný. Příčinou velkého úbytku napětí je nerovnoměrné zatížení fází nebo připojení jen jednoho silnějšího jednofázového spotřebiče. Na nezatížené fázi může být napětí vlivem posunu nulového bodu vyšší než na začátku vedení.

Do místa obecního výletiště s několika akcemi v roce byl před padesáti lety přiveden kabel AYKY 4× 25 mm² o délce 700 m. Naměřená impedance vypínací smyčky zde má hodnotu 2 Ω. Příkony dříve používaných spotřebičů bývaly menší než dnes. Spirálový vařič 600 W a litinový dvouplotýnkový vařič 2 000 W byly obvyklé spotřebiče. V současnosti mají vařiče a varné konvice příkon 2 300 W.

Jak velké budou úbytky napětí na vedení při zapojení dvou vařičů a dvou varných konvic (obr. 1) s celkovým příkonem 9 200 W při zapojení S1, S1 S2 S3, S3 S4?

Napětí naprázdno je 235 V.

Napětí na S1: U = 235/(23 + 2) × 23 = 216 V; úbytek na vedení je 19 V; příkon = 2 028 W (88 %)

Napětí na S1 S2 S3: U = 235/(23 + 1) × 23 = 225 V; úbytek na vedení je 10 V; příkon = 2 162 W (94 %)

Napětí na S3 S4: U = 235/(11,5 + 2) × 11,5 = 200 V; úbytek na vedení je 35 V; příkon = 1 725 W (75 %)

Při poklesu napětí na spotřebiči klesne příkon s mocninou poměru napětí. Přitom se prodlužuje čas ohřevu při poklesu příkonu na 75 % o třetinu. Nejmenší pokles napětí, a tudíž i příkonu je při rovnoměrném zatížení fází.

Obr. 1. Nesymetrické zapojení čtyř spotřebičů

Příznivějšího stavu je možné dosáhnout zvětšením průřezu přívodního kabelu na 50 až 70 mm² . Při nákladu několika set tisíc korun by taková investice byla vhodná jen při větším využití, např. kdyby se provoz místa změnil na celoroční. Je zde však i jiná možnost: použít Scottovo spojení transformátoru.

Scottovo spojení transformátoru

Sottovo spojení přeměňuje třífázovou soustavu na dvoufázovou. Skládá se ze dvou jednofázových transformátorů, jež dohromady tvoří souměrné zapojení do trojúhelníku (obr. 2).

Transformátor T1 má primární vinutí na 400 V a vyvedený střed vinutí. Transformátor T2 má primární vinutí na 346 V, to je ve velikosti 86,6 % T1 (což odpovídá výšce v rovnostranném trojúhelníku). Sekundární napětí obou transformátorů jsou stejná – 230 V, fázově jsou posunutá o 90°.

Obr. 2. Scottovo zapojení

Příklad:

Plotna indukčního sporáku je zapojena na napětí 2× 230 V a odebírá maximální proud 2× 15 A. Stejný proud 15 A protéká nulovým vodičem, třetí fáze zůstává nezatížená. Jaké proudy potečou v transformátorech ve Scottově spojení, jestliže se přes ně zapojí plotna indukčního sporáku (obr. 3)?

Z fáze L1 poteče proud primárním vinutím transformátoru T2 o velikosti 10 A, který se uprostřed primárního vinutí transformátoru T1 rozdělí na dva stejné proudy 5 A ve fázích L2 a L3. V sekundárním vinutí transformátoru T2 s napětím 230 V poteče proud 15 A.

Při provozu transformátoru T1 poteče primárním vinutím transformátoru T1 proud 8,66 A a jeho sekundárním vinutím proud 15 A při napětí 230 V. Při chodu obou transformátorů se geometricky sečtou proudy v primárním vinutí transformátoru T1 a ve fázích L2 a L3 poteče proud 10 A. Transformace tří výkonů na dva nepotřebuje nulový vodič. Scottovo spojení transformátorů je oproti spojení do V výhodnější z hlediska symetrizace proudů a používá se k provozování velkých elektrických pecí. Lze ho také použít k napájení železniční střídavé soustavy 25 kV 50 Hz.

Obr. 3. Příklad: při 3× 10 A proudu ze sítě je na sekundární straně transformátoru proud 2× 15 A; proud 10 A v T2 se v bodě 0 rozdělí na dva proudy 5 A; proud v T1 je 8,66 A; vektorový součet je I_CI_B = √(8,66² + 5² ) = 10 A

Scottovo spojení na výletišti

Když kolísá zatížení nerovnoměrně mezi fázemi nebo počet velkých spotřebičů není dělitelný třemi, výkon připojený ke Scottovu spojení se snadno rozdělí na dvě poloviny. V daném případě při počtu čtyř spotřebičů na dvě skupiny po 4 600 W. Výkonu 2 300 W odpovídá proud 10 A. Čtyřem spotřebičům 40 A, což děleno třemi se rovná 13,33 A na fázích v přívodu. Avšak i v tomto případě dochází k úbytku na přívodním vedení. Při proudu 13,33 A a impedanci 1 Ω bude úbytek na vedení 13,33 V. Zdroj musí mít o tento úbytek napětí větší. Lze toho dosáhnout navinutím sekundárních vinutí na tuto hodnotu, např. na 240 až 242 V. Napětí zdroje bude během provozu kolísat podle počtu zapnutých spotřebičů a úbytku napětí na transformátoru mezi 225 až 235 V. Při provozování polovičního výkonu poklesne proud v přívodu na polovinu, tj. na 6,66 A, při rovnoměrném rozdělení výkonů na dvě poloviny. Poloviční výkon lze provozovat i s jedním transformátorem, např. T1. V tomto zapojení poteče fázemi L2 a L3 proud 11,5 A. Při provozování polovičního výkonu s jedním transformátorem je oproti celé skupině při plném zatížení ztráta na vedení poloviční. Ztráty na vedení a v transformátoru se přičtou ke spotřebě a přívodní proud bude o velikost ztrát větší. Ztráty na vedení mohou být nižší než ztráty v transformátoru.

Závěr

Scottovo spojení transformátorů lze použít, když nejsou vhodné třífázové spotřebiče a vzniká kolísavé zatížení fází. Zapojení lze s výhodou použít např. k připojení dvou jednofázových svařovacích invertorů většího výkonu ke třífázovému přívodu. Oba transformátory mohou mít v autotransformátorovém provedení menší typový výkon.

Literatura:
[1] JANOŠEK, J. a R. PLENCNER. Transformátory. Bratislava: Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, 1961. Str. 257, 258.
[2] SKÁLA, M. Transformátory. Praha: SNTL, 1964. Str. 236, 237, 238.
[3] JAROLÍM, K., Z. LEDR a F. RŮŽIČKA. Elektrické přístroje a stroje. Praha: SNTL, 1971. Str. 122, 123.
[4] Energetické napájení vysokorychlostních tratí 50 Hz. Elektro. 1995, (11), 401.