単相配電トランスフォーマー技術の複数の適用シナリオにおける包括的な分析

10kVの線路を負荷中心に導入します。「小容量、密な点、短い半径」に従い、新しい単相配電方式を採用することで、低圧損失の大幅な削減、高い電力品質、および信頼性が特徴です。異なるシナリオにおける単相と三相トランスフォーマーの経済性と信頼性を比較し、適用範囲と適用提案を分析します。単相トランスフォーマーは配電方式によって分類されます：10kV側の中性点を引き出さないもの（中圧側が配電網の線間電圧U_AB/U_BC/U_ACに接続、「相間」）、または10kV側の中性線を引き出すもの（中圧側が配電網の相電圧U_AN/U_BN/U_CNに接続、「相対地」）があります。図1と図2に示されています。

1 単相配電システムの損失解析

単相配電システムでは、電網の損失は主に3つの部分から生じます：単相トランスフォーマーの損失、高圧配電線路の損失、低圧配電線路の損失。D11型を例にとって、包括的な線路損失の計算と解析は以下の通りです。

1.1 単相配電方式と高圧側接続電圧

高圧側は単相配電方式を採用し、線間電圧に接続されます；低圧側は単相三線式を採用します。配電エリアの損失は以下の式で計算されます：

式中、R_L は線路抵抗、R_dz は低圧線路の等価抵抗（単位：Ω）； U は10kV、 T は8760時間（年間運転時間）、U_pj は0.38kV（低圧側の平均電圧）。 ΔP は二次計測による有効エネルギー（単位：kWh）； ΔQ は二次計測による無効エネルギー（単位：kWh）； K は負荷曲線に関連する修正係数で、値は1.8です。

1.2 単相配電方式（高圧側が相電圧に接続）

高圧側は単相配電方式を採用し、相電圧間に接続されます。低圧側は単相三線式を使用します。配電エリアの損失計算式は以下の通りです：

2 異なるシナリオでの適用比較

ある地域を例にとって、いくつかの典型的な適用シナリオを選択し、異なる配電エリアでの単相と三相配電方式の経済性を比較しました。（15年間のライフサイクルと電力価格0.6083元/kWhを考慮）

2.1 散在する負荷を持つ小さな村

村1には37世帯の住宅ユーザーがあり、そのうち33世帯が単相ユーザー、4世帯が三相ユーザーです。配電トランスフォーマーの容量は100kVA、10kV線路は838メートル、低圧線路は2170メートル、最大負荷は40kW、年間損失時間は3400時間です。

• 三相供給：投資額は約401,000元、ライフサイクル全体の経済的損失は約125,000元です。

• 単相・三相混合供給：投資額は約512,000元、総経済的損失は約38,000元です。

結論：混合システムの総投資額は三相システムよりも約24,000元高い。

2.2 高圧線路が到達できない村

村2には75世帯の住宅ユーザーがあります。配電トランスフォーマーの容量は150kVA、10kV線路は752メートル、低圧線路は1583メートルです。線路通路の制限により、10kV線路が近くに供給できず、結果として最大メーター後線路長は約1008メートル、線路端の最小電圧は179Vになります。最大負荷は88kW、年間損失時間は3400時間です。

• 三相供給：投資額は約334,000元、ライフサイクル全体の経済的損失は約195,000元です。

• 単相供給：10kVAと20kVAの単相トランスフォーマーを使用して、投資額は約468,000元、総経済的損失は約27,000元です。

結論：単相システムは三相システムと比べて約34,000元の総投資を節約できます。

2.3 集中した負荷を持つ大きな村

村3には210世帯の住宅ユーザーがあり、そのうち209世帯が単相ユーザー、1世帯が三相ユーザーです。配電トランスフォーマーの容量は400kVA、10kV線路は855メートル、低圧線路は1968メートル、最大負荷は120kW、年間損失時間は3400時間です。

• 三相供給：投資額は約427,000元、ライフサイクル全体の経済的損失は約226,000元です。

• 単相・三相混合供給：既存のトランスフォーマーを100kVAの三相トランスフォーマーに置き換え、遠隔負荷には10kVA/20kVAの単相トランスフォーマーを使用して、投資額は約710,000元、総経済的損失は約61,000元です。

結論：混合システムの総投資額は三相システムよりも約118,000元高い。

2.4 都市街路の負荷エリア

市場4には171ユーザー（すべて単相）があり、都市街路の両側に沿って負荷が分布しています（住宅と商業の混合）。配電トランスフォーマーの容量は500kVA、10kV線路は385メートル、低圧線路は748メートル、最大負荷は375kW、年間損失時間は3400時間です。

• 三相供給：投資額は約250,000元、ライフサイクル全体の経済的損失は約751,000元です。

• 単相供給：10kVAと20kVAの単相トランスフォーマーを使用して、投資額は約419,000元、総経済的損失は約291,000元です。

単相システムは三相システムと比べて約291,000元の総投資を節約できます。これらの典型的なシナリオでの配電方式の適用は表1に示されています。

3 単相配電の適用性解析

負荷密度が高い都市部では、単相配電は以下の理由で適していない：1) 変圧器の規模の経済性がないため、投資コストが高い；2) 低圧線路が短いため、損失削減の可能性が限定的。

三相電力需要がある農村部（例えば、農地灌漑）では、単相・三相混合供給システムが必要です。高価な10kVフィーダー改修を避けるために、相間単相接続を選択してください。

経済的閾値

• 変圧器容量：50/100/150/200kVA

• 線路長：1〜3km（0.5km刻み）

• 最大負荷：変圧器容量の50％

• 年間損失時間：3,400時間

定量的な解析によると、線路長と負荷によってコスト効果が変わります。混合システムは投資を最適化し、損失を最小限に抑えるのに役立ちます。

4 主要な結論

まとめると、配電トランスフォーマーの投資と損失は規模の経済性を持っています。大規模な単相配電の使用は最適な方法ではありません。その経済性は、配電線路の長さと電力消費量に基づいて評価する必要があります。一般的に、配電エリアの三相配電トランスフォーマーの容量が150kVAに達し、低圧線路の長さが1.5kmを超える場合、三相配電方式を単相配電方式に変更することは経済的に有利です。