Jakie są techniczne cechy i zastosowania jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych

1 Techniczne cechy transformatorów jednofazowych

Z praktyki działania zagranicznych sieci dystrybucyjnych wiadomo, że transformatory jednofazowe są stosowane dość szeroko. W porównaniu z transformatorami trójfazowymi mają one unikalne zalety, które konkretnie przejawiają się następująco:

1.1 Prosta struktura

Ta cecha sprawia, że przy użyciu tych samych materiałów, dla transformatorów jednofazowych o tej samej mocy, straty bezobciążeniowe są niższe niż w przypadku transformatorów trójfazowych. W pewnym stopniu lepiej spełniają one potrzeby oszczędzania energii i zmniejszania zużycia. Na przykład, biorąc pod uwagę powszechnie używane transformatory o mocy 100 kVA i 50 kVA, porównanie różnych wskaźników przedstawiono w tabeli 1.

Przy 8000 godzinach pracy rocznie, transformator rozdzielczy jednofazowy D10 o mocy 100 kVA ma o 1280 kWh mniejsze straty bezobciążeniowe niż jednostka trójfazowa S9 o tej samej mocy; 50 kVA oszczędza 880 kWh. Średnio, transformatory jednofazowe obniżają straty bezobciążeniowe o ponad 50% w porównaniu do typów trójfazowych.

1.2 Kompaktowe i łatwe do montażu

To pozwala, aby linie napięcia niskiego napięcia były bliżej punktów obciążenia, zmniejszając promień zasilania i ograniczając straty w sieci dystrybucyjnej. Straty w sieci niskiego napięcia stanowiły wcześniej dużą część całkowitych strat w sieci. Przed modernizacją, straty w liniach powietrznych niskiego napięcia w miastach wynosiły 7-12% (a nawet ponad 30% w niektórych regionach). Po modernizacji sieci wiejskich, ustalono cel łącznych strat na poziomie 12%, który jest teraz zbliżony w miastach.

Dwa główne czynniki prowadzą do wysokich strat niskiego napięcia: 1) Transformatory trójfazowe do zasilania domów i obiektów komercyjnych utrzymują źródła energii daleko od obciążeń, zwiększając promienie zasilania i straty w liniach; niezbalansowane prądy również zwiększają straty w transformatorach. 2) Duże promienie umożliwiają kradzieże energii, utrudniając zarządzanie. Transformatory jednofazowe umieszczają źródła energii blisko użytkowników, znacznie zmniejszając odległości zasilania, straty w liniach i ryzyko kradzieży.

Model zasilania "mała moc, gęste punkty, krótki promień", szeroko stosowany w sieciach niskiego napięcia, skutecznie obniża straty - transformatory jednofazowe są kluczowe do implementacji tego podejścia.

1.3 względnie niższe koszty projektu

W przypadku zasilania przez transformator jednofazowy, gałęzie wysokiego napięcia wykorzystują montaż dwoprzewodowy, a linie niskiego napięcia dwu lub trzyprzewodowe. W porównaniu, transformatory trójfazowe wymagają montażu trójprzewodowego wysokiego napięcia i cztero-przewodowego niskiego napięcia. Zatem, konfiguracje jednofazowe oszczędzają przewody i zmniejszają użycie wyłączników termicznych, zabezpieczeń przeciwprzeciętnych i sprzętu. Niekompletne statystyki pokazują: jednofazowe obniżają ~10% kosztów linii wysokiego napięcia i 15% kosztów projektu linii niskiego napięcia.

1.4 Poprawiona niezawodność zasilania

Transformatory jednofazowe są odpowiednie dla scenariuszy o małej mocy i gęstym rozmieszczeniu, co zwiększa zakres pokrycia użytkowników. Statystycznie, większa baza użytkowników podnosi współczynniki niezawodności. W kwestii zarządzania, racjonowanie poprzez ciągnięcie obwodów pojedynczych transformatorów ogranicza zakłócenia i zmniejsza wpływ na niezawodność. Strukturalnie, zintegrowane cewki transformatorów trójfazowych mogą spowodować awarię całego transformatora, jeśli jedna cewka ulegnie uszkodzeniu, powodując awarię obszaru.

Technicznie, transformatory trójfazowe (Y/Y₀ lub △/Y₀) stają przed anomaliami napięcia w innych fazach, gdy jeden bezpiecznik przepali. Ich systemy niskiego napięcia 380V/220V trójprzewodowe czteroprzewodowe narażone są na nagłe skoki napięcia z powodu zwarcia neutralnego, co zaburza oświetlenie i niszczy sprzęt. Transformatory jednofazowe w dużej mierze unikają takich problemów, zapewniając niezawodność.

2 Zastosowania transformatorów jednofazowych
2.1 Zakres zastosowania

Biorąc pod uwagę techniczne cechy transformatorów jednofazowych, ich zastosowanie zaleca się w następujących scenariuszach:

2.1.1 Obszary mieszkalne w miejskich społecznościach

Obecnie, zużycie energii elektrycznej w miejskich obszarach mieszkaniowych jest głównie związane z oświetleniem i zasilaniem jednofazowym (np. sprzęty domowe, takie jak klimatyzatory i lodówki), spełniając wymagania dotyczące "zasilania wysokim napięciem do gospodarstw domowych". W oparciu o projekty budynków i rozkład obciążeń, należy przyjąć model zasilania "jeden transformator jednofazowy na budynek" lub "jeden na jednostkę", aby zminimalizować promień zasilania sieci niskiego napięcia (ideowo poniżej 100 metrów), zwiększając efektywność i jakość zasilania.

2.1.2 Oświetlenie wiejskie i małe zastosowania energetyczne

Oświetlenie wiejskie i małe zastosowania energetyczne (np. małe maszyny rolnicze, urządzenia nawadniające) charakteryzują się niskim obciążeniem i minimalną fluktuacją, co sprawia, że są one odpowiednie dla małych transformatorów jednofazowych. Prawidłowe rozmieszczenie takich transformatorów może dokładnie dopasować się do wymagań obciążeń, obniżyć koszty zasilania i zapewnić stabilne dostawy energii.

2.1.3 Społeczności i rynki z nasilonymi przypadkami kradzieży energii

Implementacja "zasilania wysokim napięciem do gospodarstw domowych" może eliminować kradzieże energii spowodowane nielegalnymi instalacjami niskiego napięcia. Ponadto, ułatwia ona ocenę strat w liniach na poziomie linii i transformatora, umożliwiając dokładne monitorowanie strat zużycia energii i wzmocnienie zarządzania energią.

2.1.4 Optymalizacja zasilania małych użytkowników przemysłowych

Promuj przejście małych użytkowników przemysłowych z "transformatorów wspólnych" na "transformatory dedykowane". Dzięki rozpowszechnieniu transformatorów jednofazowych, małe użytkownicy przemysłowi i handlowi mogą zainstalować dedykowane jednostki. Pod kierunkiem polityk energetycznych i cenowych, adopcja dedykowanych transformatorów stanie się bardziej powszechna, oddzielając oświetlenie mieszkalne od zasilania przemysłowego trójfazowego. Zastępowanie transformatorów trójfazowych jednofazowymi tam, gdzie to jest odpowiednie, może obniżyć straty w publicznych liniach niskiego napięcia i transformatorach wspólnych, zrównoważyć obciążenia i poprawić stabilność napięcia na końcu użytkownika.

2.2 Problemy związane z użyciem transformatorów jednofazowych

Obecnie, większość transformatorów dystrybucyjnych jednofazowych używa jako materiału rdzenia wysokiej jakości zimnodrewnianej taśmy krzemu (wytopionej), produkowanej metodą nawijania. Ich straty bezobciążeniowe i obciążeniowe oraz hałas podczas pracy są znacznie niższe niż w przypadku transformatorów trójfazowych typu S9.

Z etykietą grupy połączeń I/I₀, istnieją dwie główne metody połączenia:

• Trzy wyprowadzenia (strona niskiego napięcia): Jedno cewkowanie z pośrodkowym wyprowadzeniem ziemnym, tworząc dwa cewkowania. Stosunek napięć: 10 kV/0,22 kV. Połączenie: Zobacz Rysunek 1 (a₁, a₂ = przewody fazowe; x = neutral).

• Cztery wyprowadzenia (strona niskiego napięcia): Dwóch cewkowań (bez połączenia elektrycznego między nimi). Stosunek napięć (wysokie do niskiego): 10 kV/0,22 kV. Połączenie: Zobacz Rysunek 2.

Na rysunku, \(a_1\), \(a_2\) to przewody fazowe, a \(x_1\), \(x_2\), x to przewody neutralne. Podczas korzystania z transformatorów jednofazowych, należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:

• Do zasilania, strona niskiego napięcia zwykle używa konfiguracji trójprzewodowej. Użyj \(x_1\)/\(x_2\)/x jako przewodu neutralnego (musi być niezawodnie zaziemiony). \(a_1\), \(a_2\) (przewody fazowe) nie mogą być połączone równolegle; równomiernie rozdzielaj obciążenia, aby zminimalizować prąd neutralny w pośrodkowym wyprowadzeniu niskiego napięcia i obniżyć straty.

• Dla zasilania niskiego napięcia, użyj systemu TT (neutralny przełączany) lub TN (neutralny nieprzełączany).

• Wybierz wyprowadzenie wysokiego napięcia na podstawie trójfazowych prądów wylotowych stacji. Niezbalansowane prądy zwiększają straty w głównym transformatorze, powodują negatywne napięcia sekwencyjne i ryzyko błędnego działania ochrony. Najpierw zmierz prądy wylotowe 10 kV i ustaw wyprowadzenie zgodnie z regułami bilansu prądów.

• Transformatory jednofazowe są odpowiednie dla obciążeń jednofazowych. Przeprowadź badanie składu i układu obciążeń; oddziel obciążenia jednofazowe i trójfazowe, umieść transformatory blisko obciążeń, aby zwiększyć efektywność.

• Przeprowadź prognozę obciążeń; wybierz transformator o mocy 20-100 kVA (typowy zakres).

• Dla zasilania niskiego napięcia, zainstaluj przełączniki sekcji/połączeniowe (jeśli to możliwe), aby zwiększyć niezawodność.