چه ویژگی‌های فنی و کاربردهای ترانسفورماتورهای توزیع تک فاز وجود دارد
1 ویژگی‌های فنی ترانسفورماتورهای یک‌فازی
از تجربیات عملی شبکه‌های توزیع خارجی مشخص است که ترانسفورماتورهای یک‌فازی به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقایسه با ترانسفورماتورهای سه‌فازی، آنها مزایای منحصر به فردی دارند که به شرح زیر نمایان می‌شوند:
1.1 ساختار ساده
این ویژگی باعث می‌شود که با استفاده از مواد یکسان، برای ترانسفورماتورهای یک‌فازی با ظرفیت یکسان، ضریب خالی‌شدن آنها کمتر از ترانسفورماتورهای سه‌فازی باشد. تا حدودی، آنها بیشتر قادر به تامین نیازهای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش مصرف هستند. به عنوان مثال، مقایسه شاخص‌های مختلف برای ترانسفورماتورهای رایج با ظرفیت 100 kVA و 50 kVA در جدول 1 نشان داده شده است.
با محاسبه برای 8000 ساعت عملیاتی در سال، یک ترانسفورماتور توزیع یک‌فازی D10 با ظرفیت 100 kVA، 1280 کیلووات-ساعت کمتر ضریب خالی‌شدن دارد نسبت به واحد سه‌فازی S9 با ظرفیت یکسان؛ یک 50 kVA نیز 880 کیلووات-ساعت صرفه‌جویی می‌کند. به طور متوسط، ترانسفورماتورهای یک‌فازی ضریب خالی‌شدن را بیش از 50٪ نسبت به نوع سه‌فازی کاهش می‌دهند.
1.2 فشرده و آسان برای نصب
این موجب می‌شود که خطوط فشار پایین به نقاط بار نزدیک‌تر برسند، شعاع تأمین برق کاهش یابد و زیان‌های شبکه توزیع کنترل شود. زیان‌های شبکه فشار پایین پیش از تجدیدسازی بخش بزرگی از کل زیان‌های شبکه را تشکیل می‌داد (در برخی مناطق حتی بیش از 30٪). پس از به‌روزرسانی شبکه‌های روستایی، هدف 12٪ برای زیان‌های کلی تعیین شد که شهرها حالا به آن نزدیک می‌شوند.
دو عامل اصلی باعث زیان‌های بالای فشار پایین هستند: 1) ترانسفورماتورهای سه‌فازی برای تأمین مسکن/تجاری منبع برق را دور از بارها نگه می‌دارند، شعاع تأمین را افزایش می‌دهند و زیان‌های خط را افزایش می‌دهند؛ جریان‌های نامتوازن نیز زیان‌های ترانسفورماتور را افزایش می‌دهند. 2) شعاع‌های بزرگ امکان دزدی برق را فراهم می‌کنند، مدیریت را پیچیده می‌کنند. ترانسفورماتورهای یک‌فازی منبع برق را نزدیک به کاربران قرار می‌دهند، فاصله تأمین را کاهش می‌دهند، زیان‌های خط و ریسک‌های دزدی برق را کاهش می‌دهند.
مدل تأمین "ظرفیت کوچک، نقاط متراکم، شعاع کوتاه" که به طور گسترده در شبکه‌های فشار پایین استفاده می‌شود، به طور مؤثر زیان‌ها را کاهش می‌دهد - ترانسفورماتورهای یک‌فازی کلیدی در اجرای این رویکرد هستند.
1.3 صرفه‌جویی نسبی در هزینه‌های پروژه
برای تأمین برق با ترانسفورماتور یک‌فازی، شاخه‌های فشار بالا از دو سیم ساخته می‌شوند و خطوط فشار پایین از دو یا سه سیم. در مقابل، ترانسفورماتورهای سه‌فازی نیاز به سه سیم فشار بالا و چهار سیم فشار پایین دارند. بنابراین، تنظیمات یک‌فازی سیم‌ها را صرفه‌جویی می‌کنند و استفاده از بی‌فازی‌ها، لاین‌های ضد سوختن و لوازم را کاهش می‌دهند.آمار ناقص نشان می‌دهد: یک‌فازی حدود 10٪ هزینه‌های خط فشار بالا و 15٪ هزینه‌های پروژه خط فشار پایین را کاهش می‌دهد.
1.4 بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق
ترانسفورماتورهای یک‌فازی برای سناریوهای ظرفیت کوچک و نقاط متراکم مناسب هستند، که پوشش کاربران را افزایش می‌دهند. آماری نشان می‌دهد که پایه کاربری بزرگتر ضرایب قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد. از نظر مدیریت، توزیع با استفاده از ترانسفورماتور یکپارچه کاهش قطعی‌ها و تأثیرات قابلیت اطمینان را کاهش می‌دهد. از نظر ساختاری، ترانسفورماتورهای سه‌فازی با داشتن کویل‌های یکپارچه در صورت خرابی یک کویل، ممکن است منجر به قطعی کامل ترانسفورماتور و قطع برق منطقه شود.
از نظر فنی، ترانسفورماتورهای سه‌فازی (Y/Y₀ یا △/Y₀) در صورت خرابی یک بی‌فاز، ناهماهنگی ولتاژ در فازهای دیگر را تجربه می‌کنند. سیستم‌های فشار پایین سه سیم چهار سیم 380V/220V آنها در صورت خرابی نیوترال، ممکن است باعث افزایش ناگهانی ولتاژ شود، که می‌تواند روشنایی را اختلال دهد و تجهیزات را آسیب ببیند. ترانسفورماتورهای یک‌فازی به طور قابل توجهی از چنین مشکلاتی پرهیز می‌کنند و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کنند.
2 کاربردهای ترانسفورماتورهای یک‌فازی
2.1 محدوده استفاده
با توجه به ویژگی‌های فنی ترانسفورماتورهای یک‌فازی، استفاده از آنها در سناریوهای زیر توصیه می‌شود:
2.1.1 مناطق مسکونی شهری
در حال حاضر، مصرف برق در مناطق مسکونی شهری عمدتاً برای روشنایی و برق یک‌فاز (مانند وسایل خانگی مانند یخچال و کولر) است که نیازهای "تأمین برق فشار بالا به خانوار" را برآورده می‌کند. بر اساس طراحی مسکن و توزیع بار، مدل تأمین برق "یک ترانسفورماتور یک‌فاز برای هر ساختمان" یا "یک ترانسفورماتور برای هر واحد" را اتخاذ کنید تا شعاع شبکه فشار پایین (بهترین حالت کمتر از 100 متر) کاهش یابد و کارایی و کیفیت تأمین برق افزایش یابد.
2.1.2 روشنایی روستایی و استفاده کوچک‌مقیاس
روشنایی روستایی و استفاده کوچک‌مقیاس (مانند ماشین‌آلات کشاورزی کوچک، تجهیزات آبیاری) با بار کم و نوسانات کم، برای ترانسفورماتورهای یک‌فازی با ظرفیت کوچک مناسب هستند. نصب صحیح این ترانسفورماتورها می‌تواند به طور دقیق با نیازهای بار تطبیق یافته، هزینه‌های تأمین برق را کاهش دهد و تأمین برق پایدار را تضمین کند.
2.1.3 جوامع و بازارهایی با دزدی برق شدید
اجرای "تأمین برق فشار بالا به خانوار" می‌تواند دزدی برق ناشی از سیم‌کشی غیرقانونی فشار پایین را حذف کند. علاوه بر این، ارزیابی دقیق زیان‌های خط به خط و ترانسفورماتور به ترانسفورماتور را تسهیل می‌کند، که می‌تواند به نظارت دقیق بر زیان‌های مصرف برق و تقویت مدیریت برق کمک کند.
2.1.4 بهینه‌سازی تأمین برق برای کاربران صنعتی کوچک‌مقیاس
تبلیغ انتقال کاربران صنعتی کوچک‌مقیاس از "ترانسفورماتورهای مشترک" به "ترانسفورماتورهای اختصاصی". با گسترش ترانسفورماتورهای یک‌فازی، کاربران کوچک صنعتی و تجاری می‌توانند ترانسفورماتورهای اختصاصی نصب کنند. با هدایت از سیاست‌های برق و قیمت‌گذاری، استفاده از ترانسفورماتورهای اختصاصی بیشتر معمول خواهد شد، که می‌تواند روشنایی مسکونی را از برق سه‌فازی صنعتی جدا کند. جایگزینی ترانسفورماتورهای سه‌فازی با ترانسفورماتورهای یک‌فازی در موارد مناسب می‌تواند زیان‌های خط‌های فشار پایین عمومی و ترانسفورماتورهای مشترک را کاهش دهد، بار را متعادل کند و پایداری ولتاژ در سمت کاربر را افزایش دهد.
2.2 مشکلات موجود در استفاده از ترانسفورماتورهای یک‌فازی
در حال حاضر، بیشتر ترانسفورماتورهای توزیع یک‌فازی از ورق‌های فولادی سیلیکونی با کیفیت بالا (آرام‌سازی شده) به عنوان ماده‌ی هسته‌ای استفاده می‌کنند و با استفاده از فناوری پیچش هسته ساخته می‌شوند. ضریب خالی‌شدن/بار آنها و صدای عملیاتی آنها بسیار کمتر از ترانسفورماتورهای سه‌فازی نوع S9 است.
با برچسب گروه اتصال I/I₀، دو روش اصلی سیم‌کشی وجود دارد:
سه‌تایی (سوی فشار پایین): یک پیچش با یک تایپ وسط زمین شده که دو پیچش را تشکیل می‌دهد. نسبت ولتاژ: 10 kV/0.22 kV. سیم‌کشی: به شکل 1 (a₁, a₂ = سیم‌های فاز؛ x = نیوترال).
چهارتایی (سوی فشار پایین): دو پیچش (بدون اتصال الکتریکی بین آنها). نسبت ولتاژ (فشار بالا به فشار پایین): 10 kV/0.22 kV. سیم‌کشی: به شکل 2.
در شکل، a1, a2 سیم‌های فاز هستند و x1, x2, x سیم‌های نیوترال هستند. در استفاده از ترانسفورماتورهای یک‌فازی، توجه به موارد زیر ضروری است:
برای تأمین برق، سوی فشار پایین معمولاً از سیم‌کشی سه‌تایی استفاده می‌کند. x1/x2/x را به عنوان سیم نیوترال (باید به طور قابل اعتماد زمین شود) در نظر بگیرید. a1 ،a2 (سیم‌های فاز) نمی‌توانند موازی شوند؛ بار را به طور مساوی توزیع کنید تا جریان نیوترال در تایپ فشار پایین کم شود و زیان‌ها کاهش یابد.
برای تأمین فشار پایین، از سیستم TT (نیوترال کنترل‌پذیر) یا TN (نیوترال غیر کنترل‌پذیر) استفاده کنید.
تایپ فشار بالا را بر اساس جریان‌های سه‌فازی خروجی 10 kV ایستگاه تغییر ولتاژ انتخاب کنید. جریان‌های نامتوازن موجب افزایش زیان‌های ترانسفورماتور اصلی، ایجاد ولتاژ منفی و خطر عملکرد اشتباه حفاظت می‌شود. ابتدا جریان‌های خروجی 10 kV را اندازه‌گیری کنید و تایپ را بر اساس قوانین تعادل جریان تنظیم کنید.
ترانسفورماتورهای یک‌فازی برای بارهای یک‌فاز مناسب هستند. ترکیب و توزیع بار را بررسی کنید؛ بارهای یک‌فاز و سه‌فاز را جدا کنید، ترانسفورماتورها را نزدیک به بارها قرار دهید تا کارایی افزایش یابد.
پیش‌بینی بار را انجام دهید؛ ترانسفورماتوری با ظرفیت 20-100 kVA (محدوده معمول) انتخاب کنید.
برای تأمین فشار پایین، اگر ممکن است، قطعک‌های بخشی/پیوندی روی ستون‌ها نصب کنید تا قابلیت اطمینان افزایش یابد.
