چه ویژگی‌های فنی و کاربردهای ترانسفورماتورهای توزیع یکفازی وجود دارد
ویژگی‌های فنی ترانسفورماتورهای تک‌فاز
از تجربیات عملی شبکه‌های توزیع خارجی معلوم است که ترانسفورماتورهای تک‌فاز به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. در مقایسه با ترانسفورماتورهای سه‌فاز، آنها مزایای منحصر به فردی دارند که به شرح زیر بیان می‌شود:
۱.۱ ساختار ساده
این ویژگی باعث می‌شود که هنگام استفاده از مواد یکسان، برای ترانسفورماتورهای تک‌فاز با ظرفیت یکسان، تلفات بدون بار آنها کمتر از ترانسفورماتورهای سه‌فاز باشد. تا حدی، آنها بیشتر توانایی برآوردن نیازهای صرفه‌جویی در انرژی و کاهش مصرف را دارند. به عنوان مثال، ترانسفورماتورهای معمول با ظرفیت ۱۰۰ کیلووات و ۵۰ کیلووات را در نظر بگیرید، مقایسه شاخص‌های مختلف در جدول ۱ نشان داده شده است.
با محاسبه برای ۸۰۰۰ ساعت عملیاتی سالانه، یک ترانسفورماتور توزیع تک‌فاز D10 با ظرفیت ۱۰۰ کیلووات ۱۲۸۰ کیلووات-ساعت تلفات بدون بار کمتر از یک واحد S9 سه‌فاز با ظرفیت مشابه دارد؛ یک واحد ۵۰ کیلووات ۸۸۰ کیلووات-ساعت صرفه‌جویی می‌کند. به طور میانگین، ترانسفورماتورهای تک‌فاز تلفات بدون بار را بیش از ۵۰٪ نسبت به نوع سه‌فاز کاهش می‌دهند.
۱.۲ فشرده و آسان برای نصب
این موجب می‌شود که خطوط ولتاژ پایین به نقاط بار به طور نزدیک‌تری برسند، شعاع تأمین برق را کاهش می‌دهد و تلفات شبکه توزیع را محدود می‌کند. قبلاً، تلفات خطوط ولتاژ پایین بخش قابل توجهی از کل تلفات شبکه را تشکیل می‌دادند. قبل از تجدیدسازی، تلفات خطوط هوایی ولتاژ پایین شهری ۷٪ تا ۱۲٪ (حتی در برخی مناطق بیش از ۳۰٪) بود. پس از به‌روزرسانی شبکه روستایی، هدف ۱۲٪ برای تلفات جامع تعیین شد و شهرها حالا به این هدف نزدیک شده‌اند.
دو عامل اصلی موجب تلفات بالای ولتاژ پایین هستند: ۱) ترانسفورماتورهای سه‌فاز برای تأمین برق مسکونی/تجاری منبع برق را از بار دور می‌کنند، شعاع تأمین را افزایش می‌دهند و تلفات خط را بالا می‌برند؛ جریان‌های نامتوازن نیز تلفات ترانسفورماتور را افزایش می‌دهند. ۲) شعاع‌های بزرگ امکان دزدی برق را فراهم می‌کنند و مدیریت را پیچیده می‌کنند. ترانسفورماتورهای تک‌فاز منبع برق را نزدیک به کاربران قرار می‌دهند، فواصل تأمین را کاهش می‌دهند، تلفات خط و خطر دزدی برق را کاهش می‌دهند.
مدل تأمین "ظرفیت کوچک، نقاط متراکم، شعاع کوتاه" که به طور گسترده‌ای در شبکه‌های ولتاژ پایین استفاده می‌شود، به طور مؤثر تلفات را کاهش می‌دهد—ترانسفورماتورهای تک‌فاز نقش کلیدی در اجرای این رویکرد دارند.
۱.۳ صرفه‌جویی نسبی در هزینه‌های پروژه
در تأمین برق با ترانسفورماتور تک‌فاز، شاخه‌های ولتاژ بالا با دو سیم ساخته می‌شوند و خطوط ولتاژ پایین با دو یا سه سیم. در مقابل، ترانسفورماتورهای سه‌فاز نیاز به سه سیم ولتاژ بالا و چهار سیم ولتاژ پایین دارند. بنابراین، تنظیمات تک‌فاز سیم‌ها را صرفه‌جویی می‌کنند و استفاده از فیوز‌های پرتابی، محافظ‌های ضدضربه و سخت‌افزار را کاهش می‌دهند.آمار ناقص نشان می‌دهد: تک‌فاز تقریباً ۱۰٪ هزینه‌های خط ولتاژ بالا و ۱۵٪ هزینه‌های پروژه خط ولتاژ پایین را کاهش می‌دهد.
۱.۴ بهبود قابلیت اطمینان تأمین برق
ترانسفورماتورهای تک‌فاز برای سناریوهای ظرفیت کوچک و نقاط متراکم مناسب هستند، که پوشش کاربران را افزایش می‌دهند. از لحاظ آماری، پایگاه کاربری بزرگتر ضرایب قابلیت اطمینان را بالا می‌برد. از نظر مدیریت، تقسیم‌بندی از طریق کشیدن مدار از یک ترانسفورماتور، قطع برق را محدود می‌کند و تأثیرات قابلیت اطمینان را کاهش می‌دهد. از نظر ساختاری، حلقه‌های یکپارچه ترانسفورماتورهای سه‌فاز در صورت خرابی یک حلقه، خطر قطع برق کامل ترانسفورماتور و قطع برق منطقه را دارند.
از نظر فنی، ترانسفورماتورهای سه‌فاز (Y/Y₀ یا △/Y₀) در صورت خرابی یک فیوز، اختلال ولتاژ در فازهای دیگر را تجربه می‌کنند. سیستم‌های ولتاژ پایین چهار سیم سه سیم ۳۸۰V/220V آنها در صورت کوتاه شدن نیوترال، خطر افزایش ناگهانی ولتاژ را دارند که می‌تواند روشنایی را مختل کند و تجهیزات را آسیب ببیند. ترانسفورماتورهای تک‌فاز به طور گسترده از چنین مشکلاتی جلوگیری می‌کنند و قابلیت اطمینان را تضمین می‌کنند.
۲ کاربردهای ترانسفورماتورهای تک‌فاز
۲.۱ محدوده استفاده
با توجه به ویژگی‌های فنی ترانسفورماتورهای تک‌فاز، استفاده از آنها در سناریوهای زیر توصیه می‌شود:
۲.۱.۱ مناطق مسکونی شهری
در حال حاضر، مصرف برق در مناطق مسکونی شهری عمدتاً برای روشنایی و برق تک‌فاز (مانند دستگاه‌های خانگی مانند کولر و یخچال) است که نیازهای "تأمین برق با ولتاژ بالا به خانوارها" را برآورده می‌کند. بر اساس طراحی مسکن و توزیع بار، از مدل تأمین برق "یک ترانسفورماتور تک‌فاز برای هر ساختمان" یا "یک ترانسفورماتور برای هر واحد" استفاده کنید تا شعاع شبکه ولتاژ پایین را به حداقل برسانید (بهترین حالت درون ۱۰۰ متر) و کارایی و کیفیت تأمین برق را افزایش دهید.
۲.۱.۲ روشنایی روستایی و مصرف برق در مقیاس کوچک
روشنایی روستایی و مصارف برق در مقیاس کوچک (مانند ماشین‌آلات کشاورزی کوچک، تجهیزات آبیاری) با بار کم و نوسانات کم، برای ترانسفورماتورهای تک‌فاز با ظرفیت کوچک مناسب هستند. نصب صحیح این ترانسفورماتورها می‌تواند با دقت با نیازهای بار هماهنگ شود، هزینه‌های تأمین برق را کاهش دهد و تأمین برق پایدار را تضمین کند.
۲.۱.۳ جوامع و بازارهایی با دزدی برق شدید
اجرای "تأمین برق با ولتاژ بالا به خانوارها" می‌تواند دزدی برق ناشی از سیم‌کشی غیرقانونی ولتاژ پایین را حذف کند. علاوه بر این، ارزیابی دقیق تلفات خط از طریق خط به خط و ترانسفورماتور به ترانسفورماتور را ممکن می‌سازد، که موجب نظارت دقیق بر تلفات مصرف برق و تقویت مدیریت برق می‌شود.
۲.۱.۴ بهینه‌سازی تأمین برق برای کاربران صنعتی در مقیاس کوچک
促进建议小型工业用户从“共享变压器”转变为“专用变压器”。随着单相变压器的普及，小型工商业用户可以安装专用单元。在电力和定价政策的引导下，采用专用变压器将变得更加普遍，从而将住宅照明与三相工业用电分开。在适当的情况下，用单相变压器替换三相变压器可以减少公共低压线路和共享变压器的损耗，平衡负载，并提高用户端的电压稳定性。
۲.۲ مشکلات موجود در استفاده از ترانسفورماتورهای تک‌فاز
در حال حاضر، بیشتر ترانسفورماتورهای توزیع تک‌فاز از صفحات فولاد سیلیسیم مورد کیفیت بالا (آرام‌سازی شده) به عنوان ماده اصلی استفاده می‌کنند که با تکنولوژی رول‌کرن ساخته شده‌اند. تلفات بدون بار/با بار و سر و صدا در حین عملیات آنها بسیار کمتر از ترانسفورماتورهای سه‌فاز نوع S9 است.
با برچسب گروه اتصال I/I₀، دو روش اصلی سیم‌کشی وجود دارد:
سه‌قطبی (طرف ولتاژ پایین): یک سیم‌پیچ با یک نقطه میانی که به زمین متصل شده و دو سیم‌پیچ را تشکیل می‌دهد. نسبت ولتاژ: ۱۰ kV/0.22 kV. سیم‌کشی: به شکل ۱ (a₁, a₂ = سیم‌های فاز؛ x = نیوترال).
چهارقطبی (طرف ولتاژ پایین): دو سیم‌پیچ (بدون اتصال الکتریکی بین آنها). نسبت ولتاژ (بالا به پایین): ۱۰ kV/0.22 kV. سیم‌کشی: به شکل ۲.
در شکل، \(a_1\)، \(a_2\) سیم‌های فاز هستند و \(x_1\)، \(x_2\)، x سیم‌های نیوترال هستند. هنگام استفاده از ترانسفورماتورهای تک‌فاز، توجه به این موارد را داشته باشید:
برای تأمین برق، طرف ولتاژ پایین معمولاً از سیم‌کشی سه‌سیمی استفاده می‌کند. \(x_1\)/\(x_2\)/x را به عنوان سیم نیوترال (که باید به طور قابل اعتماد به زمین متصل شود) در نظر بگیرید. \(a_1\) و \(a_2\) (سیم‌های فاز) نمی‌توانند موازی شوند؛ بار را به طور مساوی توزیع کنید تا جریان نیوترال در نقطه میانی ولتاژ پایین کم شود و تلفات کاهش یابد.
برای تأمین ولتاژ پایین، از سیستم TT (قابل کنترل با سوئیچ نیوترال) یا سیستم TN (غیرقابل کنترل با سوئیچ نیوترال) استفاده کنید.
قطب ولتاژ بالا را بر اساس جریان‌های سه‌فاز ۱۰ kV خروجی زیرстан انتخاب کنید. جریان‌های نامتوازن تلفات ترانسفورماتور اصلی را افزایش می‌دهند، ولتاژ منفی‌تسلسل را ایجاد می‌کنند و خطر عملکرد نادرست محافظ را افزایش می‌دهند. ابتدا جریان‌های ۱۰ kV خروجی را اندازه‌گیری کنید و قطب را بر اساس قوانین تعادل جریان تنظیم کنید.
ترانسفورماتورهای تک‌فاز برای بارهای تک‌فاز مناسب هستند. ترکیب و چیدمان بار را بررسی کنید؛ بارهای تک‌فاز و سه‌فاز را جدا کنید و ترانسفورماتور را نزدیک به بار قرار دهید تا کارایی را افزایش دهید.
پیش‌بینی بار را انجام دهید؛ یک ترانسفورماتور ۲۰–۱۰۰ کیلووات (محدوده معمول) را انتخاب کنید.
برای تأمین ولتاژ پایین، اگر ممکن است، سوئیچ‌های بخشی/پیوندی روی ستون‌ها نصب کنید تا قابلیت اطمینان را افزایش دهید.
