Que son as características técnicas e aplicacións dos transformadores de distribución monofásicos

1 Características técnicas dos transformadores monofásicos

A partir da práctica operativa das redes de distribución estranxeiras, sabe-se que os transformadores monofásicos teñen unha aplicación moi ampla. En comparación cos transformadores trifásicos, teñen vantaxes únicas, que se reflicten concretamente nas seguintes:

1.1 Estrutura simple

Esta característica fai que, ao usar os mesmos materiais, para os transformadores monofásicos coa mesma capacidade, as súas perdas en vacío sexan menores que as dos transformadores trifásicos. A certo nivel, son máis capaces de satisfacer as necesidades de aforro e redución do consumo de enerxía. Tomando como exemplo os transformadores comúnmente utilizados con capacidades de 100 kVA e 50 kVA, a comparación de varios indicadores amóstrase na Táboa 1.

Calculado sobre 8.000 horas de funcionamento anual, un transformador de distribución monofásico D10 de 100 kVA ten 1.280 kWh menos de perdas en vacío que unha unidade trifásica S9 da mesma capacidade; un de 50 kVA aforra 880 kWh. En media, os transformadores monofásicos reducen as perdas en vacío en máis do 50% en comparación cos tipos trifásicos.

1.2 Compacto e fácil de instalar

Isto permite que as liñas de baixa tensión cheguen aos puntos de carga de forma máis próxima, reducindo o raio de suministro e limitando as perdas na rede de distribución. As perdas na rede de baixa tensión chegaban a representar unha gran parte das perdas totais da rede. Antes da renovación, as perdas nas liñas aéreas de baixa tensión urbanas oscilaban entre o 7% e o 12% (incluso superando o 30% en algúns rexións). Despois das actualizacións na rede rural, estabeleceuse un obxectivo de perdas comprehensivas do 12%, cunhas cidades que agora se acercan a este obxectivo.

As altas perdas de baixa tensión debense principalmente a dúas causas: 1) Os transformadores trifásicos para o suministro residencial/comercial mantén as fontes de enerxía afastadas das cargas, aumentando os radios de suministro e as perdas nas liñas; as correntes desequilibradas tamén incrementan as perdas no transformador. 2) Os grandes radios permíten o hurto de enerxía, complicando a xestión. Os transformadores monofásicos colocan as fontes de enerxía preto dos usuarios, reducindo as distancias de suministro, as perdas nas liñas e os riscos de hurto.

O modelo de suministro "pequena capacidade, puntos densos, radio curto", ampliamente utilizado nas redes de baixa tensión, é eficaz para reducir as perdas, sendo os transformadores monofásicos clave para implementar esta aproximación.

1.3 Aforro relativo nos custos do proxecto

Para o suministro de enerxía mediante transformadores monofásicos, as ramificacións de alta tensión usan instalación de dous cables, e as liñas de baixa tensión usan dous ou tres cables. En contraste, os transformadores trifásicos requiren instalación de tres cables de alta tensión e catro de baixa tensión. Así, as configuracións monofásicas aforran cables e reducen o uso de fusibles de caída, pararrayos e ferramentas. Estadísticas incompletas mostran: os monofásicos cortan ~10% dos custos de liñas de alta tensión e 15% dos custos de proxectos de liñas de baixa tensión.

1.4 Melhora da fiabilidade do suministro de enerxía

Os transformadores monofásicos son adecuados para escenarios de pequena capacidade e puntos densos, aumentando a cobertura de usuarios. Estando estatisticamente, unha base de usuarios maior eleva os coeficientes de fiabilidade. Para a xestión, a racionalización mediante a retirada de circuitos de transformadores individuais reduz as interrupcións e diminui os impactos na fiabilidade. Estruturalmente, as bobinas integradas dos transformadores trifásicos arriesgan interrupcións completas do transformador se falla unha bobina, provocando cortes de enerxía na área.

Técnicamente, os transformadores trifásicos (Y/Y₀ ou △/Y₀) enfrentan anomalías de tensión nas outras fases cando salta un fusible. Os seus sistemas de baixa tensión de tres e catro cables (380V/220V) arriesgan subidas súbitas de tensión debido a cortocircuitos neutros, perturbando a iluminación e danificando o equipo. Os transformadores monofásicos evitan en gran medida estas cuestións, garantindo a fiabilidade.

2 Aplicacións dos transformadores monofásicos
2.1 Ámbito de uso

Basándose nas características técnicas dos transformadores monofásicos, recoméndase a súa aplicación nos seguintes escenarios:

2.1.1 Áreas residenciais en comunidades urbanas

Actualmente, o consumo de electricidade en áreas residenciais urbanas está principalmente destinado á iluminación e á enerxía monofásica (por exemplo, electrodomésticos como aires acondicionados e frigoríficos), cumprindo os requisitos de "suministro de alta tensión a domicilios". De acordo co deseño de vivendas e a distribución de cargas, adopte un modelo de suministro de "un transformador monofásico por edificio" ou "un por unidade" para minimizar o raio de suministro da rede de baixa tensión (idealmente dentro de 100 metros), mellorando a eficiencia e a calidade do suministro de enerxía.

2.1.2 Iluminación rural e uso de pequena escala

A iluminación rural e o uso de pequena escala (por exemplo, maquinaria agrícola pequena, equipos de regadio) caracterízanse por cargas bajas e fluctuación mínima, facendo que sexan adecuados para transformadores monofásicos de pequena capacidade. Unha disposición adecuada destes transformadores pode coincidir precisamente coas demandas de carga, reducir os custos de suministro de enerxía e asegurar un suministro estable de electricidade.

2.1.3 Comunidades e mercados con grave hurto de electricidade

A implementación do "suministro de alta tensión a domicilios" pode eliminar o hurto de electricidade causado pola ligazón ilegal de baixa tensión. Ademais, facilita a avaliación de perdas de liña por liña e transformador por transformador, permitindo un monitorización precisa das perdas de consumo de enerxía e reforzando a xestión da enerxía.

2.1.4 Optimización do suministro de enerxía para usuarios industriais de pequena escala

Promova a transición de usuarios industriais de pequena escala de "transformadores compartidos" a "transformadores dedicados". Con a popularización dos transformadores monofásicos, os pequenos usuarios industriais e comerciais poden instalar unidades dedicadas. Guiados polas políticas de electricidade e prezos, a adopción de transformadores dedicados será máis prevalente, separando a iluminación residencial da enerxía industrial trifásica. A substitución de transformadores trifásicos por monofásicos onde sexa apropiado pode reducir as perdas nas liñas de baixa tensión públicas e nos transformadores compartidos, equilibrar as cargas e mellorar a estabilidade da tensión no extremo do usuario.

2.2 Problemas ao usar transformadores monofásicos

Actualmente, a maioría dos transformadores de distribución monofásicos usan lamas de silicio laminado de alta calidade (recocido) como material de núcleo, fabricados mediante tecnoloxía de núcleo enrolado. As súas perdas en vacío/carga e o ruido de funcionamento son moito menores que os transformadores trifásicos do tipo S9.

Con etiqueta de grupo de conexión I/I₀, hai dous métodos de conexión principais:

• Três bornes (lado de baixa tensión): Unha única bobina con un borne central terra, formando dúas bobinas. Relación de tensión: 10 kV/0.22 kV. Conexión: Ver Figura 1 (a₁, a₂ = fíos de fase; x = neutro).

• Catro bornes (lado de baixa tensión): Dobles bobinas (sen conexión eléctrica entre elas). Relación de tensión (de alta a baixa): 10 kV/0.22 kV. Conexión: Ver Figura 2.

Na figura, a₁, a₂ son fíos de fase, e x₁, x₂, x son fíos neutros. Ao usar transformadores monofásicos, téñase en conta o seguinte:

• Para o suministro de enerxía, o lado de baixa tensión usa normalmente unha configuración de tres fíos. Tome x₁/x₂/x como fío neutro (debe estar terra de forma confiable). a_1 ，a₂ (fíos de fase) non poden ser paralelizados; distribuíca as cargas de forma uniforme para minimizar a corrente neutra no borne de baixa tensión e reducir as perdas.

• Para o suministro de baixa tensión, use o sistema TT (interruptor de neutro controlable) ou TN (interruptor de neutro non controlable).

• Seleccione o borne de alta tensión segundo as correntes trifásicas de saída de 10 kV da subestación. As correntes desequilibradas aumentan as perdas do transformador principal, provocan tensión de secuencia negativa e arriesgan a mala operación da protección. Meza primeiro as correntes de saída de 10 kV e estableza o borne segundo as regras de equilibrio de corrente.

• Os transformadores monofásicos son adecuados para cargas monofásicas. Realice unha encuesta da composición e disposición da carga; separe as cargas monofásicas e trifásicas, coloque os transformadores preto das cargas para aumentar a eficiencia.

• Realice unha previsión de carga; escolle un transformador de 20-100 kVA (intervalo típico).

• Para o suministro de baixa tensión, instale interruptores de sección/polo (se é posible) para mellorar a fiabilidade.