Welche technischen Merkmale und Anwendungen haben Einphasen-Verteilungstransformatoren

1 Technische Merkmale von Einphasen-Transformator

Aus der Betriebserfahrung ausländischer Verteilungsnetze ist bekannt, dass Einphasen-Transformator sehr weit verbreitet sind. Im Vergleich zu Drehstrom-Transformator haben sie einzigartige Vorteile, die sich wie folgt spezifisch äußern:

1.1 Einfache Struktur

Diese Eigenschaft bewirkt, dass bei Verwendung derselben Materialien die Leerlaufverluste von Einphasen-Transformator mit gleicher Leistung niedriger sind als die von Drehstrom-Transformator. In gewissem Maße erfüllen sie besser den Bedarf an Energieeinsparung und Verbrauchsminderung. Als Beispiel dienen gängige Transformator mit Leistungen von 100 kVA und 50 kVA, wobei der Vergleich verschiedener Indikatoren in Tabelle 1 dargestellt wird.

Bei 8.000 Betriebsstunden pro Jahr hat ein 100 kVA D10 Einphasen-Verteilungstransformator 1.280 kWh weniger Leerlaufverlust als eine S9-Drehstrom-Einheit mit gleicher Leistung; eine 50 kVA Einheit spart 880 kWh. Im Durchschnitt reduzieren Einphasen-Transformator die Leerlaufverluste um über 50 % im Vergleich zu Drehstrom-Typen.

1.2 Kompakt & einfach zu installieren

Dies ermöglicht es, dass Niederspannungsleitungen näher an den Lastpunkten erreichen, wodurch der Versorgungsradius verringert und die Verluste im Verteilungsnetz eingeschränkt werden. Die Verluste im Niederspannungsnetz machten früher einen großen Teil der gesamten Netzausfälle aus. Vor der Renovierung betrugen die Verluste in städtischen Niederspannungsluftleitungen 7% - 12% (in manchen Regionen sogar über 30%). Nach den Verbesserungen im ländlichen Netz wurde ein umfassendes Verlustziel von 12% festgelegt, wobei Städte diesem Ziel nun nahekommen.

Zwei Hauptgründe für hohe Niederspannungsverluste sind: 1) Drehstrom-Transformator für Wohn- und Geschäftszwecke halten die Stromquellen fern von den Lasten, erhöhen den Versorgungsradius und die Leitungsausfälle; ungleichmäßige Ströme verursachen auch Transformatorverluste. 2) Große Radien ermöglichen Stromdiebstahl, was die Verwaltung erschwert. Einphasen-Transformator platzieren die Stromquelle in der Nähe der Benutzer, reduzieren die Versorgungswege, die Leitungsausfälle und das Risiko des Stromdiebstahls.

Das Versorgungsmodell „kleine Kapazität, dichte Punkte, kurzer Radius“, das in Niederspannungsnetzen weit verbreitet ist, verringert effektiv die Ausfälle – Einphasen-Transformator sind entscheidend für die Umsetzung dieses Ansatzes.

1.3 Relative Einsparungen bei Projektosten

Für die Versorgung mit Einphasen-Transformator werden Hochspannungsleitungen mit zwei Drähten errichtet, und Niederspannungsleitungen mit zwei oder drei Drähten. Im Gegensatz dazu benötigen Drehstrom-Transformator eine Dreidraht-Hochspannungs- und eine Vierdraht-Niederspannungseinrichtung. Daher sparen Einphasen-Aufbauten Drähte und reduzieren den Einsatz von Ausfallschutz, Blitzableitern und Zubehör. Unvollständige Statistiken zeigen, dass Einphasen-Systeme etwa 10% der Kosten für Hochspannungsleitungen und 15% der Kosten für Niederspannungsprojekte senken.

1.4 Verbesserte Versorgungszuverlässigkeit

Einphasen-Transformator eignen sich für kleine Kapazitäten und dichte Punkte, was die Abdeckung von Benutzern erhöht. Statistisch gesehen führt eine größere Benutzerbasis zu höheren Zuverlässigkeitskoeffizienten. Für die Verwaltung begrenzt die Rationierung über einzelne Transformator-Schaltkreise die Ausfälle und mindert die Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit. Strukturell riskieren Drehstrom-Transformator bei einem Ausfall einer Spule einen vollständigen Transformatorausfall, was zu Gebietsausfällen führen kann.

Technisch gesehen treten bei Drehstrom-Transformator (Y/Y₀ oder △/Y₀) bei dem Ausfall eines Schutzschalters Spannungsanomalien in den anderen Phasen auf. Ihre 380V/220V-Dreidraht-Vierdraht-Niederspannungssysteme riskieren plötzliche Spannungsspitzen durch Kurzschlüsse am Neutralleiter, was die Beleuchtung stört und Geräte beschädigt. Einphasen-Transformator vermeiden diese Probleme weitgehend, was die Zuverlässigkeit sicherstellt.

2 Anwendungen von Einphasen-Transformator
2.1 Anwendungsbereiche

Basierend auf den technischen Eigenschaften von Einphasen-Transformator wird ihre Anwendung in den folgenden Szenarien empfohlen:

2.1.1 Wohngebiete in städtischen Gemeinden

Derzeit wird der Stromverbrauch in städtischen Wohngebieten hauptsächlich für Beleuchtung und Einphasenstrom (z.B. Haushaltsgeräte wie Klimaanlagen und Kühlschränke) verwendet, was den Anforderungen für "Hochspannungsversorgung bis zum Haushalt" entspricht. Gemäß den Bau- und Lastverteilungsplänen sollte ein Versorgungsmodell von "ein Einphasen-Transformator pro Gebäude" oder "ein pro Einheit" angewendet werden, um den Versorgungsradius des Niederspannungsnetzes zu minimieren (idealerweise innerhalb von 100 Metern), um die Effizienz und Qualität der Stromversorgung zu verbessern.

2.1.2 Ländliche Beleuchtung und Kleinstromnutzung

Ländliche Beleuchtung und Kleinstromanwendungen (z.B. kleine landwirtschaftliche Maschinen, Bewässerungseinrichtungen) zeichnen sich durch geringe Lasten und minimale Schwankungen aus, was sie für kleine Einphasen-Transformator geeignet macht. Eine angemessene Bereitstellung solcher Transformator kann die Lastanforderungen präzise decken, die Versorgungskosten senken und eine stabile Stromversorgung sicherstellen.

2.1.3 Gemeinden und Märkte mit schwerwiegendem Stromdiebstahl

Die Implementierung von "Hochspannungsversorgung bis zum Haushalt" kann den Stromdiebstahl durch illegale Niederspannungsverkabelung beseitigen. Darüber hinaus erleichtert sie die Leitungsverlustbewertung Linie für Linie und Transformator für Transformator, ermöglicht eine genaue Überwachung der Verbrauchsverluste und stärkt die Stromverwaltung.

2.1.4 Optimierung der Versorgung für kleinere Industrieanwender

Fördern Sie den Übergang kleiner industrieller Anwender von "gemeinsamen Transformator" zu "dedizierten Transformator". Mit der Verbreitung von Einphasen-Transformator können kleine industrielle und kommerzielle Anwender dedizierte Einheiten installieren. Unter Berücksichtigung der Strom- und Preispolitik wird die Verwendung dedizierter Transformator zunehmen, wodurch die Wohnbeleuchtung von der Drehstromindustriestromversorgung getrennt wird. Der gegebenenfalls notwendige Austausch von Drehstrom-Transformator gegen Einphasen-Transformator kann die Verluste in öffentlichen Niederspannungsleitungen und gemeinsamen Transformator verringern, die Lasten ausbalancieren und die Spannungsstabilität am Benutzerende verbessern.

2.2 Probleme bei der Verwendung von Einphasen-Transformator

Derzeit verwenden die meisten Einphasen-Verteilungstransformator hochwertige kalibrierte Siliziumstahlbleche (annealed) als Kernmaterial, hergestellt durch Wickelkern-Technologie. Ihre Leerlauf- und Lastverluste sowie der Betriebslärm sind weit unter denen von S9-Drehstrom-Transformator.

Mit der Verbindunggruppenbezeichnung I/I₀ gibt es zwei Hauptverkabelungsmethoden:

• Dreipunkt-Anschluss (Niederspannungsseite): Eine einzige Wicklung mit Mittelanordnung, die zwei Wicklungen bildet. Spannungsverhältnis: 10 kV/0,22 kV. Verkabelung: Siehe Abbildung 1 (a₁, a₂ = Phasenleiter; x = Neutralleiter).

• Vierpunkt-Anschluss (Niederspannungsseite): Doppelwicklungen (ohne elektrische Verbindung zwischen ihnen). Spannungsverhältnis (Hoch- zu Niederspannung): 10 kV/0,22 kV. Verkabelung: Siehe Abbildung 2.

In der Abbildung sind a₁, a₂ Phasenleiter, und x₁, x₂, x Neutralleiter. Bei der Verwendung von Einphasen-Transformator beachten Sie bitte:

• Für die Versorgung wird auf der Niederspannungsseite in der Regel eine Dreidrahtanordnung verwendet. Nehmen Sie x₁/x₂/x als Neutralleiter (muss zuverlässig geerdet sein). a_1 ，a₂ (Phasenleiter) dürfen nicht parallelgeschaltet werden; verteilen Sie die Lasten gleichmäßig, um den Neutralstrom am Niederspannungspunkt und die Verluste zu minimieren.

• Für die Niederspannungsversorgung verwenden Sie das TT-System (Neutralleiter schaltbar) oder das TN-System (Neutralleiter nicht schaltbar).

• Wählen Sie den Hochspannungspunkt basierend auf den dreiphasigen Strömen am 10 kV-Ausgang der Umspannstation. Ungleichmäßige Ströme erhöhen die Verluste des Hauptschalters, verursachen negative Sequenzspannung und gefährden den Schutzbetrieb. Messen Sie zunächst die 10 kV-Ausgangsströme und legen Sie den Punkt gemäß den Regeln für Stromausgleich fest.

• Einphasen-Transformator eignen sich für Einphasenlasten. Erkunden Sie die Zusammensetzung und Anordnung der Lasten; trennen Sie Einphasen- und Drehstromlasten, platzieren Sie die Transformator in der Nähe der Lasten, um die Effizienz zu steigern.

• Erstellen Sie eine Lastprognose; wählen Sie einen 20–100 kVA-Transformator (typischer Bereich).

• Für die Niederspannungsversorgung installieren Sie abschnittsweise oder Verbindungspolenschalter (falls möglich), um die Zuverlässigkeit zu verbessern.