Analisis Komprehensif Teknologi Trafo Distribusi Fasa Tunggal dalam Berbagai Skenario Aplikasi

Perkenalkan jalur 10 kV ke pusat beban. Mengikuti prinsip "kapasitas kecil, titik padat, jari-jari pendek", adopsi mode distribusi tunggal-fase baru, yang memiliki penurunan kerugian tegangan rendah yang signifikan, kualitas dan keandalan daya yang tinggi. Dengan membandingkan ekonomi dan keandalan transformator tunggal-fase vs tiga-fase dalam berbagai skenario, makalah ini menganalisis cakupan aplikasi dan saran penggunaannya.Transformator tunggal-fase diklasifikasikan berdasarkan mode distribusi: dengan titik netral sisi 10 kV tidak dikeluarkan (sisi menengah terhubung ke tegangan garis jaringan U_AB/U_BC/U_AC, "fase-ke-fase"), atau dengan garis netral sisi 10 kV dikeluarkan (sisi menengah terhubung ke tegangan fase jaringan U_AN/U_BN/U_CN, "fase-ke-tanah"), seperti ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.

1 Analisis Kerugian Sistem Distribusi Tunggal-Fase

Dalam sistem distribusi tunggal-fase, kerugian jaringan utamanya berasal dari tiga bagian: kerugian transformator tunggal-fase, kerugian jalur distribusi tegangan tinggi, dan kerugian jalur distribusi tegangan rendah. Mengambil contoh tipe D11, perhitungan dan analisis kerugian jalur komprehensif adalah sebagai berikut.

1.1 Mode Distribusi Tunggal-Fase dan Tegangan Koneksi Sisi Tegangan Tinggi

Sisi tegangan tinggi menggunakan mode distribusi tunggal-fase dan terhubung antara tegangan garis; sisi tegangan rendah menggunakan mode sistem tiga kawat tunggal-fase. Kerugian daya area stasiun distribusi dihitung sebagai:

Dalam rumus, R_L adalah resistansi jalur, R_dz adalah resistansi setara jalur tegangan rendah (satuan: Ω); U adalah 10 kV, T adalah 8760 jam (jam operasi tahunan), dan U_pj adalah 0,38 kV (tegangan rata-rata sisi tegangan rendah). ΔP adalah energi aktif yang dicatat oleh meter sekunder (satuan: kWh); ΔQ adalah energi reaktif yang dicatat oleh meter sekunder (satuan: kWh); K adalah koefisien koreksi yang berkaitan dengan kurva beban, dengan nilai 1,8.

1.2 Mode Distribusi Tunggal-Fase (Sisi Tegangan Tinggi Terhubung ke Tegangan Fase)

Sisi tegangan tinggi menggunakan mode distribusi tunggal-fase dan terhubung antara tegangan fase. Sisi tegangan rendah menggunakan sistem tiga kawat tunggal-fase. Rumus perhitungan kerugian daya area stasiun distribusi adalah sebagai berikut:

2 Perbandingan Aplikasi dalam Berbagai Skenario

Mengambil suatu wilayah sebagai contoh, beberapa skenario aplikasi tipikal dipilih untuk membandingkan ekonomi metode distribusi daya tunggal-fase dan tiga-fase dalam berbagai area stasiun. (Mempertimbangkan siklus hidup 15 tahun dan harga listrik 0,6083 yuan/kWh)

2.1 Desa Kecil dengan Beban Tersebar

Desa #1 memiliki 37 pengguna rumah tangga, termasuk 33 pengguna tunggal-fase dan 4 pengguna tiga-fase. Kapasitas transformator distribusi adalah 100 kVA, jalur 10 kV panjangnya 838 meter, jalur tegangan rendah panjangnya 2170 meter, beban maksimum 40 kW, dan jam kerugian tahunan 3400 jam.

• Pemasokan tiga-fase: Investasinya sekitar 401.000 yuan, dan kerugian ekonomi total selama siklus hidup sekitar 125.000 yuan.

• Pemasokan hibrid tunggal-fase/tiga-fase: Investasinya sekitar 512.000 yuan, dan kerugian ekonomi total sekitar 38.000 yuan.

Kesimpulan: Investasi total sistem hibrid sekitar 24.000 yuan lebih tinggi daripada sistem tiga-fase.

2.2 Desa yang Tidak Dapat Dicapai oleh Jalur Tegangan Tinggi

Desa #2 memiliki 75 pengguna rumah tangga. Kapasitas transformator distribusi adalah 150 kVA, jalur 10 kV panjangnya 752 meter, dan jalur tegangan rendah panjangnya 1583 meter. Terbatas oleh koridor jalur, jalur 10 kV tidak dapat menyediakan daya dekat, menghasilkan panjang jalur maksimum setelah meter sekitar 1008 meter dan tegangan minimum di ujung jalur 179 V. Beban maksimum 88 kW, dan jam kerugian tahunan 3400 jam.

• Pemasokan tiga-fase: Investasinya sekitar 334.000 yuan, dan kerugian ekonomi total selama siklus hidup sekitar 195.000 yuan.

• Pemasokan tunggal-fase: Menggunakan transformator tunggal-fase 10 kVA dan 20 kVA, investasinya sekitar 468.000 yuan, dan kerugian ekonomi total sekitar 27.000 yuan.

Kesimpulan: Sistem tunggal-fase menghemat sekitar 34.000 yuan dalam investasi total dibandingkan dengan sistem tiga-fase.

2.3 Desa Besar dengan Beban Terkonsentrasi

Desa #3 memiliki 210 pengguna rumah tangga, termasuk 209 pengguna tunggal-fase dan 1 pengguna tiga-fase. Kapasitas transformator distribusi adalah 400 kVA, jalur 10 kV panjangnya 855 meter, jalur tegangan rendah panjangnya 1968 meter, beban maksimum 120 kW, dan jam kerugian tahunan 3400 jam.

• Pemasokan tiga-fase: Investasinya sekitar 427.000 yuan, dan kerugian ekonomi total selama siklus hidup sekitar 226.000 yuan.

• Pemasokan hibrid tunggal-fase/tiga-fase: Mengganti transformator asli dengan transformator tiga-fase 100 kVA dan menggunakan transformator tunggal-fase 10 kVA/20 kVA untuk beban jauh, investasinya sekitar 710.000 yuan, dan kerugian ekonomi total sekitar 61.000 yuan.

Kesimpulan: Investasi total sistem hibrid sekitar 118.000 yuan lebih tinggi daripada sistem tiga-fase.

2.4 Area Beban Jalan Kota

Pasar #4 memiliki 171 pengguna (semua tunggal-fase), dengan beban tersebar di kedua sisi jalan kota (campuran perumahan dan komersial). Kapasitas transformator distribusi adalah 500 kVA, jalur 10 kV panjangnya 385 meter, jalur tegangan rendah panjangnya 748 meter, beban maksimum 375 kW, dan jam kerugian tahunan 3400 jam.

• Pemasokan tiga-fase: Investasinya sekitar 250.000 yuan, dan kerugian ekonomi total selama siklus hidup sekitar 751.000 yuan.

• Pemasokan tunggal-fase: Menggunakan transformator tunggal-fase 10 kVA dan 20 kVA, investasinya sekitar 419.000 yuan, dan kerugian ekonomi total sekitar 291.000 yuan.

Sistem tunggal-fase menghemat sekitar 291.000 yuan dalam investasi total dibandingkan dengan sistem tiga-fase, dan penerapan metode distribusi daya dalam skenario tipikal ini ditunjukkan dalam Tabel 1.

3 Analisis Aplikabilitas Distribusi Tunggal-Fase

Di daerah perkotaan dengan kepadatan beban tinggi, distribusi tunggal-fase tidak cocok karena dua alasan: 1) Biaya investasi lebih tinggi karena kurangnya ekonomi skala transformator; 2) Potensi pengurangan kerugian terbatas dalam jalur tegangan rendah yang pendek.

Daerah pedesaan dengan permintaan daya tiga-fase (misalnya, irigasi lahan pertanian) memerlukan sistem pemasokan hibrid tunggal/tiga-fase. Pilih koneksi tunggal-fase fase-ke-fase untuk menghindari biaya renovasi feeder 10 kV yang mahal.

Ambang Batas Ekonomi

• Kapasitas transformator: 50/100/150/200 kVA

• Panjang jalur: 1–3 km (dalam inkremen 0,5 km)

• Beban maksimal: 50% kapasitas transformator

• Jam kerugian tahunan: 3.400

Analisis kuantitatif menunjukkan bahwa efisiensi biaya bervariasi dengan panjang jalur dan beban. Sistem hibrid membantu mengoptimalkan investasi dan meminimalkan kerugian.

4 Kesimpulan Utama

Secara keseluruhan, investasi dan kerugian transformator distribusi menunjukkan ekonomi skala. Penggunaan besar-besaran distribusi daya tunggal-fase bukanlah pendekatan optimal. Kelayakan ekonominya harus dievaluasi berdasarkan panjang jalur distribusi dan konsumsi listrik. Secara umum, ketika kapasitas transformator distribusi tiga-fase di area stasiun mencapai 150 kVA dan panjang jalur tegangan rendah melebihi 1,5 kilometer, mengubah mode distribusi daya tiga-fase menjadi tunggal-fase secara ekonomis menguntungkan.