Wat zijn de technische kenmerken en toepassingen van eenfasen distributietransformatoren?

1 Technische kenmerken van eenfasige transformatoren

Uit de praktijk van buitenlandse distributienetten blijkt dat eenfasige transformatoren zeer wijdverspreid zijn. In vergelijking met driefasige transformatoren hebben ze unieke voordelen, die specifiek worden weerspiegeld als volgt:

1.1 Eenvoudige structuur

Dit kenmerk zorgt ervoor dat, bij het gebruik van dezelfde materialen, voor eenfasige transformatoren met dezelfde capaciteit, hun lege lusverliezen lager zijn dan die van driefasige transformatoren. Tot op zekere hoogte voldoen ze beter aan de behoeften van energiebesparing en vermindering van verbruik. Neem bijvoorbeeld de veelgebruikte transformatoren met capaciteiten van 100 kVA en 50 kVA, de vergelijking van verschillende indicatoren is weergegeven in Tabel 1.

Berekend over 8.000 jaarlijkse bedrijfsuren, heeft een 100 kVA D10 eenfasige distributietransformator 1.280 kWh minder lege lusverlies dan een S9 driefasig apparaat met dezelfde capaciteit; een 50 kVA-apparaat bespaart 880 kWh. Gemiddeld gesproken verminderen eenfasige transformatoren de lege lusverliezen met meer dan 50% ten opzichte van driefasige types.

1.2 Compact & gemakkelijk te installeren

Dit stelt laagspanningslijnen in staat om belastingspunten nader te benaderen, waardoor de leveringsstraal wordt verkleind en de verliezen in het distributienet worden beperkt. Laagspanningsnetverliezen namen ooit een groot deel van de totale netverliezen in. Voordat er renovaties plaatsvonden, liepen de verliezen van stedelijke laagspanningsbovengrondse lijnen tussen de 7% en 12% (soms zelfs boven de 30% in sommige regio's). Na de upgrade van het plattelandsgenet werd een integraal verliesdoel van 12% gesteld, waarbij steden nu in de buurt komen.

Twee belangrijke oorzaken van hoge laagspanningsverliezen zijn: 1) Driefasige transformatoren voor woning- en commerciële toelevering houden de energiebronnen ver van de belastingen, waardoor de leveringsstralen en lijnverliezen toenemen; ongebalanceerde stromen veroorzaken ook transformatieverliezen. 2) Grote stralen maken elektriciteitsdiefstal mogelijk, wat het beheer compliceert. Eenfasige transformatoren plaatsen de energiebronnen dicht bij gebruikers, waardoor de leveringsafstanden, lijnverliezen en risico's op diefstal aanzienlijk afnemen.

Het model "kleine capaciteit, dicht gelegen punten, korte straal" dat wijdverspreid wordt gebruikt in laagspanningsnetten, vermindert effectief verliezen - eenfasige transformatoren zijn cruciaal voor de implementatie van deze benadering.

1.3 Relatieve besparingen op projectkosten

Voor eenfasige transformatorvoorziening gebruikt men bij hogespanningsvertakkingen twee-draadopbouw, en bij laagspanningslijnen twee of drie draden. Daarentegen vereisen driefasige transformatoren drie-draadhogespanning en vier-draadlaagspanning. Hierdoor besparen eenfasige opzetten draden en verminderen het gebruik van uitschakelaars, bliksemafleiders en hardware. Onvolledige statistieken tonen aan: eenfasige vermindert ~10% van de kosten van hogespanningslijnen en 15% van de kosten van laagspanningslijnprojecten.

1.4 Verbeterde betrouwbaarheid van de energievoorziening

Eenfasige transformatoren passen goed bij scenario's met kleine capaciteit en dicht gelegen punten, waardoor de dekking van gebruikers wordt verhoogd. Statistisch gezien verhoogt een grotere gebruikersbasis de betrouwbaarheidscoëfficiënten. Voor het beheer verkleint het rantsoeneren via een-transformatortrekking de uitvaltijd en verminderd de impact op de betrouwbaarheid. Structuurtechnisch gezien lopen driefasige transformatoren met geïntegreerde spoelen het risico op een volledige transformatoruitval als één spoel faalt, wat kan leiden tot gebiedsblackouts.

Technisch gezien komen driefasige transformatoren (Y/Y₀ of △/Y₀) tegenover andere fasen met voltageanomalieën als één veiligheidsschakelaar doorslaat. Hun 380V/220V drie-draad vier-draad laagspanningssystemen lopen het risico op plotselinge voltagesprongen door neutrale kortsluitingen, wat verlichting kan verstoren en apparatuur kan beschadigen. Eenfasige transformatoren vermijden deze problemen grotendeels, waardoor de betrouwbaarheid wordt gewaarborgd.

2 Toepassingen van eenfasige transformatoren
2.1 Toepassingsgebied

Op basis van de technische kenmerken van eenfasige transformatoren wordt hun toepassing aanbevolen in de volgende scenario's:

2.1.1 Woonwijken in stedelijke gemeenschappen

Momenteel is het elektriciteitsverbruik in stedelijke woonwijken voornamelijk gericht op verlichting en eenfasige energie (bijvoorbeeld huishoudelijke apparaten zoals airconditioners en koelkasten), wat voldoet aan de eisen voor "hogespanningsvoorziening naar huishoudens". Afhankelijk van de huisontwerpen en belastingsverdeling, wordt een voorzieningsmodel van "één eenfasige transformator per gebouw" of "één per eenheid" toegepast om de laagspanningsnetvoorzieningsstraal te minimaliseren (ideaal binnen 100 meter), waardoor de efficiëntie en kwaliteit van de energievoorziening worden verbeterd.

2.1.2 Plattelandsverlichting en kleinchalige energiegebruik

Plattelandsverlichting en kleinchalige energiegebruik (bijvoorbeeld kleine landbouwmachines, irrigatieapparatuur) kenmerken zich door een lage belasting en minimale fluctuaties, waardoor ze geschikt zijn voor kleine capaciteit eenfasige transformatoren. De juiste inzet van dergelijke transformatoren kan de belastingsbehoeften nauwkeurig aanpassen, de energievoorzieningskosten verlagen en een stabiele energievoorziening waarborgen.

2.1.3 Gemeenschappen en markten met ernstige elektriciteitsdiefstal

De implementatie van "hogespanningsvoorziening naar huishoudens" kan elektriciteitsdiefstal veroorzaakt door illegale laagspanningsbedrading elimineren. Bovendien faciliteert het lijn-per-lijn en transformator-per-transformator lijnverliesevaluatie, waardoor de energieverbruiksverliezen nauwkeurig kunnen worden bewaakt en het energiebeheer versterkt.

2.1.4 Optimalisatie van de energievoorziening voor kleinchalige industriële gebruikers

Promoot de overgang van kleinchalige industriële gebruikers van "gedeelde transformatoren" naar "specifieke transformatoren". Met de popularisering van eenfasige transformatoren kunnen kleine industriële en commerciële gebruikers specifieke eenheden installeren. Onder leiding van elektriciteits- en prijsbeleid zal de adoptie van specifieke transformatoren algemener worden, waarbij residentiële verlichting wordt gescheiden van driefasige industriële energie. Het vervangen van driefasige transformatoren door eenfasige transformatoren waar nodig kan verliezen in openbare laagspanningslijnen en gedeelde transformatoren verminderen, belastingen balanceren en de spanningstabiliteit aan de gebruikerskant verbeteren.

2.2 Problemen bij het gebruik van eenfasige transformatoren

Momenteel gebruiken de meeste eenfasige distributietransformatoren hoogwaardige koudgewalste siliciumstaalplaten (geanneald) als kernmateriaal, geproduceerd via gewikkelde kern technologie. Hun lege lus/belastingsverliezen en werkgeruis zijn aanzienlijk lager dan die van S9-type driefasige transformatoren.

Met verbindingsgroep label I/I₀ zijn er twee belangrijke bedradingmethoden:

• Drietaps (laagspanningszijde): Een enkele wikkeling met een middentap aangesloten op de aarde, vormt twee windingen. Spanningsverhouding: 10 kV/0,22 kV. Bedrading: Zie Figuur 1 (a₁, a₂ = faseleiders; x = neutraal).

• Vierentaps (laagspanningszijde): Dubbele windingen (geen elektrische verbinding tussen hen). Spanningsverhouding (hoog naar laag): 10 kV/0,22 kV. Bedrading: Zie Figuur 2.

In de figuur zijn \(a_1\), \(a_2\) faseleiders, en \(x_1\), \(x_2\), \(x\) neutrale leiders. Bij het gebruik van eenfasige transformatoren moet u rekening houden met het volgende:

• Voor energievoorziening wordt doorgaans een drie-wire setup gebruikt aan de laagspanningszijde. Gebruik \(x_1\)/\(x_2\)/\(x\) als de neutrale draad (moet betrouwbaar aangesloten zijn op de aarde). \(a_1\), \(a_2\) (faseleiders) mogen niet parallel worden aangesloten; verdeel de belasting gelijkmatig om de neutrale stroom op de laagspanningstap te minimaliseren en verliezen te verminderen.

• Voor laagspanningsvoorziening wordt het TT-systeem (neutraal schakelbaar) of TN-systeem (neutraal niet schakelbaar) gebruikt.

• Selecteer de hogespanningstap op basis van de driefasestromen van de 10 kV-uitgang van het substation. Onevenwichtige stromen verhogen de verliezen van de hoofdtransformator, veroorzaken negatieve sequentievoltage en riskeren foute beschermingsacties. Meet eerst de 10 kV-uitgangstromen en stel de tap in volgens de regels voor stroombalans.

• Eenfasige transformatoren zijn geschikt voor eenfasige belastingen. Verken de belastingsamenstelling en -indeling; scheid eenfasige en driefasige belastingen, plaats transformatoren dicht bij de belastingen om de efficiëntie te verhogen.

• Voer belastingsvoorspellingen uit; kies een 20-100 kVA transformator (typisch bereik).

• Voor laagspanningsvoorziening installeer indien mogelijk sectie/tussenpoleschakelaars om de betrouwbaarheid te verbeteren.