Каковы технические характеристики и области применения однофазных распределительных трансформаторов
1 Технические характеристики однофазных трансформаторов
Из практики эксплуатации зарубежных распределительных сетей известно, что однофазные трансформаторы находят довольно широкое применение. В сравнении с трехфазными трансформаторами они обладают уникальными преимуществами, которые проявляются следующим образом:
1.1 Простая конструкция
Эта характеристика позволяет, при использовании тех же материалов, для однофазных трансформаторов с одинаковой мощностью, их потери холостого хода быть ниже, чем у трехфазных трансформаторов. В определенной степени это способствует удовлетворению потребностей в энергосбережении и снижении расхода. В качестве примера приведем широко используемые трансформаторы мощностью 100 кВА и 50 кВА, сравнение различных показателей которых представлено в таблице 1.
При расчете на 8000 часов работы в год, однофазный распределительный трансформатор D10 мощностью 100 кВА имеет на 1280 кВт·ч меньше потерь холостого хода, чем трехфазная установка S9 той же мощности; для 50 кВА экономия составляет 880 кВт·ч. В среднем, однофазные трансформаторы снижают потери холостого хода более чем на 50% по сравнению с трехфазными.
1.2 Компактность и легкость установки
Это позволяет низковольтным линиям подходить ближе к точкам нагрузки, сокращая радиус питания и ограничивая потери в распределительной сети. Потери в низковольтной сети ранее составляли значительную долю общих потерь в сети. До модернизации потери в городских низковольтных воздушных линиях составляли 7-12% (в некоторых регионах даже более 30%). После модернизации сельских сетей была установлена цель комплексных потерь 12%, которую города сейчас приближаются к достижению.
Два основных фактора, вызывающих высокие потери в низковольтных сетях: 1) Трехфазные трансформаторы, используемые для жилых и коммерческих нужд, держат источники питания далеко от нагрузок, увеличивая радиусы питания и потери в линиях; несимметричные токи также добавляют потери в трансформаторах. 2) Большие радиусы позволяют воровать электроэнергию, усложняя управление. Однофазные трансформаторы размещают источники питания ближе к пользователям, сокращая расстояния питания, потери в линиях и риски кражи электроэнергии.
Модель питания "малая мощность, плотные точки, короткий радиус", широко используемая в низковольтных сетях, эффективно снижает потери — однофазные трансформаторы являются ключевым элементом для реализации этого подхода.
1.3 Относительная экономия проектных затрат
Для питания однофазными трансформаторами, высоковольтные ответвления используют двухпроводную проводку, а низковольтные линии — двух- или трехпроводную. В отличие от этого, трехфазные трансформаторы требуют трехпроводной высоковольтной и четырехпроводной низковольтной проводки. Таким образом, однофазные установки экономят провода и снижают использование предохранителей, грозозащитных устройств и крепежа. Неполные данные показывают: однофазные системы снижают затраты на высоковольтные линии на ~10% и на низковольтные линии на 15%.
1.4 Улучшение надежности электроснабжения
Однофазные трансформаторы подходят для маломощных, плотных точек, повышая охват пользователей. Статистически, большее количество пользователей повышает коэффициенты надежности. Для управления, рационализация через отключение одного трансформатора уменьшает отключения и влияние на надежность. Структурно, интегрированные обмотки трехфазных трансформаторов рискуют полным выходом из строя, если одна обмотка выходит из строя, вызывая отключение района.
Технически, трехфазные трансформаторы (Y/Y₀ или △/Y₀) сталкиваются с аномалиями напряжения в других фазах, когда срабатывает один предохранитель. Их трех- и четырехпроводные низковольтные системы 380В/220В рискуют внезапными скачками напряжения из-за короткого замыкания нейтрали, нарушая освещение и повреждая оборудование. Однофазные трансформаторы в основном избегают таких проблем, обеспечивая надежность.
2 Применение однофазных трансформаторов
2.1 Область применения
На основе технических характеристик однофазных трансформаторов, их применение рекомендуется в следующих ситуациях:
2.1.1 Жилые районы городских сообществ
В настоящее время потребление электроэнергии в городских жилых районах в основном связано с освещением и однофазными нагрузками (например, бытовыми приборами, такими как кондиционеры и холодильники), что соответствует требованиям "высоковольтного питания до домохозяйств". В соответствии с проектом жилищного строительства и распределением нагрузок, следует использовать модель питания "один однофазный трансформатор на здание" или "один на блок", чтобы минимизировать радиус низковольтной сети (желательно в пределах 100 метров), повышая эффективность и качество электроснабжения.
2.1.2 Освещение и мелкомасштабное использование электроэнергии в сельской местности
Освещение и мелкомасштабное использование электроэнергии в сельской местности (например, малогабаритные сельскохозяйственные машины, оросительное оборудование) характеризуются низкой нагрузкой и минимальными колебаниями, что делает их подходящими для маломощных однофазных трансформаторов. Правильное размещение таких трансформаторов может точно соответствовать потребностям нагрузки, снижать затраты на электроснабжение и обеспечивать стабильное питание.
2.1.3 Сообщества и рынки с серьезными случаями краж электроэнергии
Реализация "высоковольтного питания до домохозяйств" может устранить кражи электроэнергии, вызванные незаконной низковольтной проводкой. Кроме того, это облегчает оценку потерь на линиях по каждой линии и каждому трансформатору, позволяя точно контролировать потери энергии и укреплять управление энергией.
2.1.4 Оптимизация электроснабжения для малых промышленных потребителей
Следует продвигать переход малых промышленных потребителей от "общих трансформаторов" к "индивидуальным трансформаторам". С популяризацией однофазных трансформаторов, малые промышленные и коммерческие потребители могут устанавливать индивидуальные единицы. Под руководством политики ценообразования и энергетики, использование индивидуальных трансформаторов станет более распространенным, отделяя освещение в жилых помещениях от трехфазного промышленного питания. Замена трехфазных трансформаторов на однофазные, где это возможно, может снизить потери в общественных низковольтных линиях и общих трансформаторах, сбалансировать нагрузки и улучшить стабильность напряжения на стороне потребителя.
2.2 Проблемы при использовании однофазных трансформаторов
В настоящее время большинство однофазных распределительных трансформаторов используют высококачественные холоднокатаные листы кремниевой стали (отожженные) в качестве материала сердечника, изготовленные по технологии намотки. Их потери холостого хода и под нагрузкой, а также рабочий шум значительно ниже, чем у трехфазных трансформаторов типа S9.
С маркировкой группы соединений I/I₀, существуют два основных метода подключения:
Трехконтактное (на низковольтной стороне): Одна обмотка с центральным выводом, заземленным, образуя две обмотки. Соотношение напряжений: 10 кВ/0,22 кВ. Подключение: см. Рисунок 1 (a₁, a₂ = фазные провода; x = нейтраль).
Четырехконтактное (на низковольтной стороне): Две обмотки (без электрического соединения между ними). Соотношение напряжений (высокое к низкому): 10 кВ/0,22 кВ. Подключение: см. Рисунок 2.
На рисунке, a1, a2 — фазные провода, и x1, x2, x — нейтральные провода. При использовании однофазных трансформаторов следует обратить внимание на следующее:
Для питания, на низковольтной стороне обычно используется трехпроводная система. Возьмите x1/x2/x как нейтральный провод (должен быть надежно заземлен). a1 ，a2 (фазные провода) не могут быть параллельно соединены; равномерно распределите нагрузки, чтобы минимизировать ток в нейтральном проводе на низковольтном выводе и снизить потери.
Для низковольтного питания используйте систему TT (нейтраль управляемая) или TN (нейтраль неуправляемая).
Выберите высоковольтный вывод в зависимости от трехфазных токов на выходе подстанции. Несбалансированные токи увеличивают потери в главном трансформаторе, вызывают отрицательную последовательность напряжения и рискуют вызвать ошибочное срабатывание защиты. Сначала измерьте токи на выходе 10 кВ и установите вывод в соответствии с правилами балансировки токов.
Однофазные трансформаторы подходят для однофазных нагрузок. Проведите исследование состава и расположения нагрузок; разделите однофазные и трехфазные нагрузки, разместите трансформаторы ближе к нагрузкам, чтобы повысить эффективность.
Проведите прогнозирование нагрузок; выберите трансформатор мощностью 20–100 кВА (типичный диапазон).
Для низковольтного питания, если возможно, установите секционирующие/связующие переключатели, чтобы повысить надежность.
