Jaké jsou technické vlastnosti a aplikace jednofázových distribučních transformátorů
1 Technické vlastnosti jednofázových transformátorů
Z praxe provozu zahraničních distribučních sítí je známo, že se jednofázové transformátory velmi široce používají. Ve srovnání s třífázovými transformátory mají své specifické výhody, které jsou konkrétně následující:
1.1 Jednoduchá konstrukce
Tato charakteristika znamená, že při použití stejných materiálů mají jednofázové transformátory stejného výkonu nižší bezprovozní ztráty než třífázové transformátory. Do jisté míry lépe splňují požadavky na úsporu energie a snížení spotřeby. Pro ilustraci lze uvést běžně používané transformátory o výkonu 100 kVA a 50 kVA, jejichž porovnání různých ukazatelů je uvedeno v tabulce 1.
Při ročním provozu 8 000 hodin má 100 kVA D10 jednofázový distribuční transformátor o 1 280 kWh nižší bezprovozní ztráty než S9 třífázový transformátor stejného výkonu; 50 kVA transformátor ušetří 880 kWh. Průměrně jednofázové transformátory snižují bezprovozní ztráty o více než 50 % ve srovnání s třífázovými typy.
1.2 Kompaktní a snadno instalovatelné
To umožňuje, aby nízkovoltové vedení dosahovalo míst zatížení blíže, což zmenšuje dodávací poloměr a snižuje ztráty v distribuční síti. Ztráty v nízkovoltové síti kdysi představovaly velkou část celkových ztrát v síti. Před rekonstrukcí byly ztráty v městských nízkovoltových pověšených vedeních 7 % - 12 % (v některých oblastech dokonce přes 30 %). Po modernizaci venkovských sítí byl stanoven cíl celkových ztrát 12 %, což se v městech teď blíží.
Dvě hlavní příčiny vysokých nízkovoltových ztrát: 1) Třífázové transformátory pro domácí/komerční dodávku drží zdroje energie daleko od zatížení, což zvyšuje dodávací poloměr a ztráty v vedení; nerovnoměrné proudy také zvyšují ztráty v transformátoru. 2) Velké poloměry umožňují krádež elektrické energie, což komplikuje správu. Jednofázové transformátory umisťují zdroje energie blízko uživatelů, což snižuje dodávací vzdálenosti, ztráty v vedení a riziko krádeže.
Model dodávky „malý výkon, husté body, krátký poloměr“, široce používaný v nízkovoltových sítích, efektivně snižuje ztráty – jednofázové transformátory jsou klíčové pro implementaci tohoto přístupu.
1.3 Relativní úspory v nákladech na projekt
Pro dodávku elektřiny jednofázovým transformátorem se vysokovoltové větve montují dvouvodičem, a nízkovoltová vedení dvouvodičem nebo trojvodičem. Naopak třífázové transformátory vyžadují třívodič pro vysokovoltové a čtyřvodič pro nízkovoltové vedení. Tedy jednofázové nastavení ušetří vodiče a sníží použití vypalovacích pojistek, ochranných přepážek a montážního materiálu.Nedokončené statistiky ukazují, že jednofázové řešení ušetří přibližně 10 % nákladů na vysokovoltové vedení a 15 % nákladů na nízkovoltové vedení v projektu.
1.4 Zlepšení spolehlivosti dodávky elektrické energie
Jednofázové transformátory jsou vhodné pro scénáře s malým výkonem a hustými body, což zvyšuje pokrytí uživatelů. Statisticky platí, že větší počet uživatelů zvyšuje koeficienty spolehlivosti. V managementu pak omezení prostřednictvím vytahování okruhu jednoho transformátoru omezí výpadky a sníží dopad na spolehlivost. Strukturálně má integrace cívek třífázových transformátorů za následek, že selhání jedné cívky může vést k výpadku celého transformátoru, což způsobí výpadky v oblasti.
Technicky, třífázové transformátory (Y/Y₀ nebo △/Y₀) čelí anomáliím napětí v ostatních fázích, když dojde k vyhození jedné pojistky. Jejich 380V/220V třívodičové a čtyřvodičové nízkovoltové systémy riskují náhlé výkyvy napětí z krátkého spojení neutrálu, což ruší osvětlení a poškozuje zařízení. Jednofázové transformátory téměř eliminují tyto problémy, což zajišťuje spolehlivost.
2 Použití jednofázových transformátorů
2.1 Rozsah použití
Na základě technických charakteristik jednofázových transformátorů se doporučuje jejich použití v následujících scénářích:
2.1.1 Bytové oblasti v městských komunitách
V současné době je spotřeba elektřiny v městských bytových oblastech hlavně určena pro osvětlení a jednofázovou energii (např. domácí spotřebiče jako jsou klimatizační jednotky a ledničky), což splňuje požadavky na „vysokovoltovou dodávku do domácností“. Podle návrhu budov a rozdělení zatížení se použije model dodávky „jeden jednofázový transformátor na budovu“ nebo „jeden na jednotku“, aby se minimalizoval dodávací poloměr nízkovoltové sítě (ideálně do 100 metrů), což zlepšuje efektivitu a kvalitu dodávky elektřiny.
2.1.2 Osvětlení a malé spotřebiče v venkovských oblastech
Osvětlení a malé spotřebiče v venkovských oblastech (např. malé zemědělské stroje, zavlažovací zařízení) mají nízké zatížení a minimální fluktuace, což je vhodné pro malé jednofázové transformátory. Správné nasazení těchto transformátorů může přesně odpovídat požadavkům zatížení, snižovat náklady na dodávku a zajišťovat stabilní dodávku elektřiny.
2.1.3 Komunity a trhy s vážnou krádeží elektřiny
Implementace „vysokovoltové dodávky do domácností“ může eliminovat krádež elektřiny způsobenou nelegálními nízkovoltovými vedeními. Kromě toho usnadňuje posouzení ztrát v každé větvi a každém transformátoru, což umožňuje přesné sledování ztrát při spotřebě a posiluje správu elektřiny.
2.1.4 Optimalizace dodávky pro malé průmyslové uživatele
Podporujte přechod malých průmyslových uživatelů z „sdílených transformátorů“ na „dedikované transformátory“. S rozšířením jednofázových transformátorů mohou malé průmyslové a komerční uživatelé nainstalovat dedikované jednotky. Pod vedením energetických a cenových politik se stane adopcí dedikovaných transformátorů běžnější, odděluje osvětlení v bytových jednotkách od třífázové průmyslové energie. Nahrazení třífázových transformátorů jednofázovými tam, kde je to vhodné, může snížit ztráty v veřejných nízkovoltových vedeních a sdílených transformátorech, vyrovnat zatížení a zlepšit stabilitu napětí na straně uživatele.
2.2 Problémy při použití jednofázových transformátorů
V současné době většina jednofázových distribučních transformátorů používá vysokokvalitní studeně valené silikátové plechy (zanicované) jako materiál jádra, vyrobené pomocí technologie valeného jádra. Jejich bezprovozní a provozní ztráty a provozní hluk jsou mnohem nižší než u třífázových transformátorů typu S9.
S označením skupiny zapojení I/I₀ existují dvě hlavní způsoby zapojení:
Trojtah (nízkovoltová strana): Jedno vinutí s uprostřed zemně spojeným tahem, tvořící dvě vinutí. Poměr napětí: 10 kV/0,22 kV. Zapojení: viz obrázek 1 (a₁, a₂ = fázové vodiče; x = neutrální vodič).
Čtyřtah (nízkovoltová strana): Dvě vinutí (bez elektrického spojení mezi nimi). Poměr napětí (vysokovoltové na nízkovoltové): 10 kV/0,22 kV. Zapojení: viz obrázek 2.
Na obrázku, a1, a2 jsou fázové vodiče, a x1, x2, x jsou neutrální vodiče. Při použití jednofázových transformátorů si dejte pozor na následující:
Pro dodávku elektřiny se na nízkovoltové straně obvykle používá třívodič. Použijte x1/x2/x jako neutrální vodič (musí být spolehlivě zazemlen). a1 ，a2 (fázové vodiče) nesmějí být paralelně spojeny; rovnoměrně rozdělte zatížení, abyste minimalizovali neutrální proud na nízkovoltovém tahu a snížili ztráty.
Pro nízkovoltovou dodávku použijte systém TT (neutrální vodič je kontrolovatelný) nebo TN (neutrální vodič není kontrolovatelný).
Vyberte vysokovoltový tah podle třífázových proudů výstupu 10 kV z podstanice. Nerovnoměrné proudy zvyšují ztráty hlavního transformátoru, způsobují negativní sekvencijní napětí a ohrožují správné fungování ochrany. Nejprve změřte proudy výstupu 10 kV a nastavte tah podle pravidel rovnováhy proudů.
Jednofázové transformátory jsou vhodné pro jednofázové zatížení. Prověřte složení a rozložení zatížení; oddělte jednofázové a třífázové zatížení, umístěte transformátory blízko zatížení, abyste zvýšili efektivitu.
Prověřte prognózu zatížení; zvolte transformátor s výkonem 20–100 kVA (typický rozsah).
Pro nízkovoltovou dodávku nainstalujte částové/spojovací vypínače na stožárech (pokud je to možné), abyste zlepšili spolehlivost.
