Tek fazlı dağıtım transformatörlerinin teknik özellikleri ve uygulamaları nelerdir?

1 Tek Fazlı Transformatorların Teknik Özellikleri

Yabancı dağıtım ağlarının işletme uygulamalarından bilinmektedir ki, tek fazlı transformatorlar oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Üç fazlı transformatorlara kıyasla, bu tür transformatorlar bazı özel avantajlara sahiptir ve bu avantajlar şu şekilde ortaya çıkmaktadır:

1.1 Basit Yapı

Bu özellik, aynı malzemeleri kullanırken, aynı kapasiteli tek fazlı transformatorların boş yük kaybının üç fazlı transformatorlardan daha düşük olduğunu sağlar. Buna göre, enerji tasarrufu ve tüketim azaltma ihtiyaçlarını belirli bir ölçüde daha iyi karşılamaktadırlar. Genel olarak kullanılan 100 kVA ve 50 kVA kapasiteli transformatorları örnek alarak, çeşitli göstergelerin karşılaştırılması Tablo 1'de gösterilmiştir.

8.000 yıllık çalışma saatine göre hesaplanıldığında, 100 kVA D10 tek fazlı dağıtım transformatorunun, aynı kapasitedeki S9 üç fazlı üniteden 1.280 kWh daha az boş yük kaybı olduğu; 50 kVA'lık olanın ise 880 kWh tasarruf yaptığı görülmektedir. Ortalama olarak, tek fazlı transformatorlar, üç fazlı tiplerine kıyasla boş yük kaybını %50'den fazla azaltmaktadır.

1.2 Kompakt ve Kolay Kurulum

Bu, düşük gerilimli hatların yük noktalarına daha yakın ulaşmasını sağlayarak, güç sağlama yarıçapını küçültür ve dağıtım ağ kaybını azaltır. Düşük gerilimli ağ kayıpları, toplam ağ kaybının büyük bir kısmını oluşturmuştur. İyileştirme öncesinde, şehirlerdeki düşük gerilimli havuz hat kayıpları %7 - %12 arasında (bazı bölgelerde hatta %30'ın üzerinde) seyretmekteydi. Kırsal ağ iyileştirmelerinden sonra, kapsamlı bir kayıp hedefi %12 olarak belirlenmiş, şehirler bu hedefe yaklaşmaktadır.

Düşük gerilimli kayıpların yüksek olmasının iki ana nedeni vardır: 1) Konut/kurumsal kullanım için üç fazlı transformatorlar, güç kaynağını yüklerden uzak tutar, bu da sağlama yarıçapını artırır ve hat kayıplarını yükseltir; dengesiz akımlar ayrıca transformator kayıplarını artırır. 2) Büyük yarıçaplar elektrik çalma riskini artırır, yönetim zorlaşır. Tek fazlı transformatorlar, güç kaynağını kullanıcıların yakınına yerleştirerek, sağlama mesafelerini, hat kayıplarını ve çalma risklerini azaltır.

Düşük gerilimli ağlarda yaygın olarak kullanılan "küçük kapasite, yoğun noktalar, kısa yarıçap" sağlama modeli, kayıpları etkili bir şekilde azaltır - tek fazlı transformatorlar bu yaklaşımın uygulanmasında kilit rol oynar.

1.3 Proje Maliyetinde Göreceli Tasarruf

Tek fazlı transformator güç sağlama için, yüksek gerilimli şubeler iki tel ile kurulur ve düşük gerilimli hatlar iki veya üç tel kullanır. Buna karşılık, üç fazlı transformatorlar üç tel yüksek gerilim ve dört tel düşük gerilim kurulumunu gerektirir. Bu nedenle, tek fazlı sistemler tel miktarını azaltır ve düşürücü kavramalar, yıldırım koruyucular ve donanım kullanımı azalır. Eksik istatistikler gösteriyor ki: tek fazlı sistemler yüksek gerilimli hat maliyetlerini yaklaşık %10, düşük gerilimli hat proje maliyetlerini %15 oranında azaltır.

1.4 Güç Sağlama Güvenilirliğinin Artışı

Tek fazlı transformatorlar, küçük kapasite, yoğun nokta senaryolarına uygundur, bu da kullanıcı kapsamını artırır. İstatistiksel olarak, daha geniş bir kullanıcı tabanı güvenilirlik katsayılarını yükseltir. Yönetimi için, tek bir transformator devre çekme yöntemiyle kısıtlama, kesintileri daraltır ve güvenilirlik etkisini azaltır. Yapısal olarak, üç fazlı transformatorların bütünleşik bobinleri, bir bobin başarısız olursa tüm transformatorun arızası riskini taşır, bu da bölgede genel karanlık durumlarına yol açabilir.

Teknik olarak, üç fazlı transformatorlar (Y/Y₀ veya △/Y₀) bir kavrama fusesi patladığında diğer fazlarda voltaj anormalliklerine maruz kalabilir. 380V/220V üç tel dört tel düşük gerilimli sistemler, nötr kısa devresi sonucunda ani voltaj sıçramalarına uğrayabilir, bu da aydınlatmayı bozabilir ve ekipmanlara zarar verebilir. Tek fazlı transformatorlar, bu sorunlardan büyük ölçüde kaçınarak güvenilirliği sağlar.

2 Tek Fazlı Transformatorların Uygulamaları
2.1 Kullanım Alanları

Tek fazlı transformatorların teknik özellikleri göz önünde bulundurularak, aşağıdaki senaryolarda uygulanması önerilmektedir:

2.1.1 Şehir Topluluklarında Konut Bölgeleri

Şu anda, şehir konut alanlarındaki elektrik tüketimi çoğunlukla aydınlatma ve tek fazlı güç (örneğin, klima ve buzdolabı gibi ev aletleri) için olup, "yüksek gerilimli evlere güç sağlama" gerekliliklerini karşılamaktadır. Konut tasarımlarına ve yük dağılımına dayanarak, "her bina için bir tek fazlı transformator" veya "her birim için bir" güç sağlama modeli benimsenebilir, böylece düşük gerilimli ağ sağlama yarıçapını (idealen 100 metreyi aşmayacak şekilde) minimize ederek, güç sağlama verimliliğini ve kalitesini artırabilir.

2.1.2 Kırsal Aydınlatma ve Küçük Ölçekli Güç Tüketimi

Kırsal aydınlatma ve küçük ölçekli güç uygulamaları (örneğin, küçük tarım makinaları, sulama ekipmanları), düşük yük ve minimal dalgalanma ile karakterize edilir, bu nedenle küçük kapasiteli tek fazlı transformatorlar için uygunlardır. Bu tür transformatorların doğru bir şekilde dağıtıldığı, yük taleplerine tam olarak uyması, güç sağlama maliyetlerini azaltması ve elektrik sağlamanın istikrarını sağlamak mümkündür.

2.1.3 Elektrik Çalma Olaylarının Yoğun Olduğu Topluluklar ve Pazarlar

"Yüksek gerilimli evlere güç sağlama" uygulaması, yasadışı düşük gerilimli tesisatlar sonucu oluşan elektrik çalma olaylarını ortadan kaldırabilir. Ayrıca, hat başına ve transformator başına hat kayıp değerlendirmelerini sağlar, güç tüketim kayıplarının doğru bir şekilde izlenmesini ve güç yönetiminin güçlendirilmesini sağlar.

2.1.4 Küçük Ölçekli Endüstriyel Kullanıcılar İçin Güç Sağlamasının Optimizasyonu

Küçük ölçekli endüstriyel kullanıcıların "paylaşılan transformatorlardan" "özelleştirilmiş transformatorlara" geçişini teşvik etmek önemlidir. Tek fazlı transformatorların yaygınlaşmasıyla, küçük endüstriyel ve ticari kullanıcılar özelleştirilmiş birimler kurabilir. Elektrik ve fiyatlandırma politikalarına dayalı olarak, özelleştirilmiş transformatorların kullanımı daha yaygın hale gelecektir, bu da konut aydınlatmasını üç fazlı endüstriyel güce ayırır. Gerektiğinde üç fazlı transformatorların yerine tek fazlı transformatorların kullanılması, kamu düşük gerilimli hat ve paylaşılan transformator kayıplarını azaltır, yükleri dengeler ve kullanıcı uçlarındaki voltaj istikrarını artırır.

2.2 Tek Fazlı Transformatorların Kullanımı Hakkında Sorunlar

Şu anda, çoğu tek fazlı dağıtım transformatoru yüksek kaliteli soğuk yuvarlanmış silikon çelik levha (paslanmaz) olarak çekirdek malzemesi kullanılarak sarılmış çekirdek teknolojisi ile üretilmektedir. Boş yük/yük kaybı ve çalışma gürültüsü, S9 tipi üç fazlı transformatorlardan çok daha düşüktür.

I/I₀ bağlantı grubu etiketi ile, iki ana kablolama yöntemi vardır:

• Üç noktalı (düşük gerilim tarafı): Ortada bir noktaya bağlı tek bir sarım, iki sarıma ayrılır. Voltaj oranı: 10 kV/0.22 kV. Kablola: Şekil 1'e bakınız (a₁, a₂ = faz telleri; x = nötr).

• Dört noktalı (düşük gerilim tarafı): İki sarım (birbirleriyle elektriksel bağlantısı yok). Yüksek-düşük voltaj oranı: 10 kV/0.22 kV. Kablola: Şekil 2'ye bakınız.

Şekilde, \(a_1\), \(a_2\) faz telleridir, ve \(x_1\), \(x_2\), \(x\) nötr telleridir. Tek fazlı transformatorları kullanırken, şunları dikkate alın:

• Güç sağlama için, düşük gerilim tarafında genellikle üç tel sistemi kullanılır. \(x_1\)/\(x_2\)/\(x\) nötr tel (güvenilir bir şekilde topraklanmalıdır) olarak alınmalı. \(a_1\), \(a_2\) (faz telleri) paralel bağlanamaz; yükleri eşit dağıtarak düşük gerilimli orta noktadaki nötr akımı ve kayıpları minimize edin.

• Düşük gerilimli güç sağlama için, TT sistemi (nötr anahtarlama kontrol edilebilir) veya TN sistemi (nötr anahtarlama kontrol edilemez) kullanılmalıdır.

• Yüksek gerilimli nokta, alt merkezin 10 kV çıkış üç fazlı akımlarına göre seçilmelidir. Dengesiz akımlar, ana transformator kayıplarını artırır, negatif sırada voltaj oluşmasına neden olur ve koruma yanlış çalışmasına yol açabilir. Önce 10 kV çıkış akımlarını ölçün ve akım dengeleme kurallarına göre noktayı ayarlayın.

• Tek fazlı transformatorlar, tek fazlı yükler için uygundur. Yük bileşimini ve yerleşimini araştırın; tek fazlı ve üç fazlı yükleri ayırın, transformatorları yüklerin yakınına yerleştirerek verimliliği artırın.

• Yük tahmini yapın; 20-100 kVA arasında bir transformator seçin (tipik aralık).

• Düşük gerilimli güç sağlama için, mümkünse bölme/bağlama direk anahtarları kurun, güvenilirliği artırın.