Які технічні характеристики та застосування мають однофазні розподільні трансформатори
1 Технічні характеристики однофазних трансформаторів
З практики роботи закордонних розподільчих мереж відомо, що однофазні трансформатори досить широко застосовуються. У порівнянні з трифазними трансформаторами, вони мають унікальні переваги, які висвітлені нижче:
1.1 Проста конструкція
Ця характеристика дозволяє, коли використовуються однакові матеріали, для однофазних трансформаторів з однаковою потужністю, їх втрати при нульовому навантаженні нижчі, ніж у трифазних трансформаторів. До певної міри, вони більш здатні задовольняти потреби енергоефективності та зниження споживання. На прикладі часто використовуваних трансформаторів з потужністю 100 кВА і 50 кВА, порівняння різних показників наведено в таблиці 1.
При обчисленні на 8000 годин роботи на рік, 100 кВА D10 однофазний розподільчий трансформатор має на 1280 кВт·год менше втрат при нульовому навантаженні, ніж S9 трифазна одиниця з такою ж потужністю; 50 кВА економить 880 кВт·год. В середньому, однофазні трансформатори знижують втрати при нульовому навантаженні більше ніж на 50% по відношенню до трифазних типів.
1.2 Компактність та легкість встановлення
Це дозволяє низьковольтовим лініям наближатися до точок завантаження, скорочуючи радіус надходження електроенергії та знижуючи втрати в розподільній мережі. Втрати в низьковольтовій мережі раніше становили значну частку загальних втрат в мережі. Перед реконструкцією, втрати в низьковольтових надземних лініях у містах становили 7-12% (у деяких регіонах більше 30%). Після оновлення сільської мережі, було встановлено ціль загальних втрат 12%, і міста тепер наближаються до цієї мети.
Два основні фактори, що впливають на високі втрати в низьковольтовій мережі: 1) Трифазні трансформатори для забезпечення електроенергією житлових та комерційних об'єктів держать джерела електроенергії далеко від завантажень, збільшуючи радіус надходження та втрати в лініях; нерівномірні струми також збільшують втрати в трансформаторах. 2) Великий радіус дозволяє здійснювати крадіжку електроенергії, що ускладнює управління. Однофазні трансформатори розташовують джерела електроенергії ближче до користувачів, зменшуючи відстані, втрати в лініях та ризики крадіжки.
Модель забезпечення електроенергією "мала потужність, густа мережа, короткий радіус", широко використовується в низьковольтових мережах, ефективно знижує втрати — однофазні трансформатори є ключовими для реалізації цього підходу.
1.3 Відносне збереження проектних витрат
Для забезпечення електроенергією за допомогою однофазного трансформатора, високовольтові гілки використовують двопровідне монтаж, а низьковольтові лінії використовують два або три провідники. Натомість, трифазні трансформатори вимагають трьохпровідне високовольтове та чотирьохпровідне низьковольтове монтаж. Таким чином, однофазні системи економлять провідники та зменшують використання випадкових запобіжників, грозозахисних пристроїв та металевих деталей. Неповні статистичні дані показують: однофазні системи знижують витрати на високовольтові лінії на ~10% та витрати на проекти низьковольтових ліній на 15%.
1.4 Покращена надійність забезпечення електроенергією
Однофазні трансформатори підходять для сценаріїв з малою потужністю та густою мережею, підвищуючи покриття користувачів. Статистично, більша база користувачів підвищує коефіцієнти надійності. Для управління, розподіл електроенергії через окремі трансформатори зменшує відключення та зменшує вплив на надійність. З точки зору конструкції, трифазні трансформатори з інтегрованими катушками мають ризик повного відключення трансформатора, якщо одна катушка вийде з ладу, що може призвести до відключення області.
Технічно, трифазні трансформатори (Y/Y₀ або △/Y₀) стикаються з аномаліями напруги в інших фазах, коли вилітає один запобіжник. Їх 380В/220В трипроводні чотирьохпроводні низьковольтові системи мають ризик несподіваного зростання напруги через коротке замикання нейтрального провідника, що може призвести до порушення освітлення та пошкодження обладнання. Однофазні трансформатори в основному уникдають таких проблем, забезпечуючи надійність.
2 Застосування однофазних трансформаторів
2.1 Область застосування
На основі технічних характеристик однофазних трансформаторів, їх застосування рекомендовано в таких сценаріях:
2.1.1 Житлові райони у міських спільнотах
Наразі, споживання електроенергії у міських житлових районах в основному здійснюється для освітлення та однофазного живлення (наприклад, домашня побутова техніка, така як кондиціонери та холодильники), що задовольняє вимоги "високовольтного живлення до будинків". Відповідно до проектів будівництва та розподілу завантаження, використовуйте модель живлення "один однофазний трансформатор на будинок" або "один на секцію", щоб зменшити радіус забезпечення електроенергією низьковольтової мережі (оптимально до 100 метрів), підвищуючи ефективність та якість живлення.
2.1.2 Освітлення та маломасштабне використання електроенергії у сільській місцевості
Освітлення та маломасштабне використання електроенергії у сільській місцевості (наприклад, малий сільськогосподарський механізм, обладнання для поливу) характеризуються низьким завантаженням та мінімальними флуктуаціями, що робить їх придатними для малої потужності однофазних трансформаторів. Правильне розташування таких трансформаторів може точно відповідати потребам завантаження, зменшувати витрати на живлення та забезпечувати стабільне забезпечення електроенергією.
2.1.3 Спільноти та ринки зі значними крадіжками електроенергії
Впровадження "високовольтного живлення до будинків" може усунути крадіжки електроенергії, викликані незаконними низьковольтовими проводами. Крім того, це сприяє оцінці втрат в лініях за лініями та трансформаторами, дозволяючи точний моніторинг втрат витрат електроенергії та підсилення управління електроенергією.
2.1.4 Оптимізація живлення для маломасштабних промислових користувачів
Сприяти переходу маломасштабних промислових користувачів від "спільних трансформаторів" до "відокремлених трансформаторів". З поширенням однофазних трансформаторів, малі промислові та комерційні користувачі можуть встановлювати відокремлені трансформатори. Під керівництвом електроенергетичних та цінових політик, використання відокремлених трансформаторів стане більш поширеним, відокремлюючи житлове освітлення від трифазного промислового живлення. Заміна трифазних трансформаторів на однофазні там, де це відповідно, може зменшити втрати в загальних низьковольтових лініях та спільних трансформаторах, збалансувати завантаження та підвищити стабільність напруги на стороні користувача.
2.2 Проблеми при використанні однофазних трансформаторів
Наразі, більшість однофазних розподільчих трансформаторів використовують високоякісні холоднокатані силикагелеві сталі (аналізовані) як матеріал для ядра, виготовлені шляхом намотки ядра. Їх втрати при нульовому та повному навантаженні та шум при роботі значно нижчі, ніж у трифазних трансформаторів типу S9.
З позначкою групи з'єднання I/I₀, існують два основні способи підключення:
Три контактні з'єднання (низьковольтна сторона): Один виток з середнім з'єднанням, заземлений, формуючи два витки. Відношення напруг: 10 кВ/0.22 кВ. Підключення: Див. Рисунок 1 (a₁, a₂ = фазні провідники; x = нейтраль).
Чотири контактні з'єднання (низьковольтна сторона): Подвійні витки (без електричного з'єднання між ними). Відношення напруг (високовольтна до низьковольтної): 10 кВ/0.22 кВ. Підключення: Див. Рисунок 2.
На рисунку, a1, a2 — фазні провідники, а x1, x2, x — нейтральні провідники. При використанні однофазних трансформаторів, врахуйте наступне:
Для забезпечення електроенергією, низьковольтна сторона зазвичай використовує трьохпровідну систему. Використовуйте x1/x2/x як нейтральний провідник (має бути надійно заземлений). a1 ，a2 (фазні провідники) не можуть бути паралельно підключені; рівномірно розподіліть завантаження, щоб зменшити струм нейтрального провідника на низьковольтному з'єднанні та зменшити втрати.
Для низьковольтного забезпечення, використовуйте систему TT (нейтральний провідник контролюється) або TN (нейтральний провідник не контролюється).
Оберіть високовольтне з'єднання відповідно до трифазних струмів на виході підстанції. Нерівномірні струми збільшують втрати головного трансформатора, викликають від'ємну послідовність напруги та ризик невірної роботи захисту. Спочатку виміряйте струми на виході 10 кВ та встановіть з'єднання відповідно до правил балансу струмів.
Однофазні трансформатори підходять для однофазних завантажень. Проведіть опитування складу та розташування завантажень; відокреміть однофазні та трифазні завантаження, розташуйте трансформатори ближче до завантажень, щоб підвищити ефективність.
Зробіть прогноз завантаження; оберіть трансформатор потужністю 20-100 кВА (типова діапазон).
Для низьковольтного забезпечення, встановіть розділові/зв'язкові вимикачі на стовпах (якщо можливо), щоб підвищити надійність.
