단일상 배전 변압기 기술의 다양한 적용 시나리오에 대한 종합 분석

10kV 선로를 부하 중심으로 도입합니다. "소용량, 밀집된 점, 짧은 반경"을 따르며, 저전압 손실 감소, 높은 전력 품질 및 신뢰성을 특징으로 하는 새로운 단상 분배 모드를 채택합니다. 다양한 시나리오에서 단상 변압기와 삼상 변압기의 경제성과 신뢰성을 비교하여, 이 논문은 그들의 적용 범위와 적용 제안을 분석합니다.단상 변압기는 분배 모드에 따라 분류됩니다: 10kV 측 중성점이 인도되지 않은 경우 (중간 전압 측이 배전망의 선전압 U_AB/U_BC/U_AC에 연결, "상-상") 또는 10kV 측 중성선이 인도된 경우 (중간 전압 측이 배전망의 상전압 U_AN/U_BN/U_CN에 연결, "상-대지"), 그림 1과 2와 같습니다.

1 단상 분배 시스템의 손실 분석

단상 분배 시스템에서는 그리드 손실이 주로 세 부분에서 발생합니다: 단상 변압기의 손실, 고전압 배전선의 손실, 저전압 배전선의 손실입니다. D11 유형을 예로 들어, 종합적인 선로 손실의 계산 및 분석은 다음과 같습니다.

1.1 단상 분배 모드 및 고전압 측 연결 전압

고전압 측은 단상 분배 모드를 채택하고 선전압 사이에 연결되며, 저전압 측은 단상 3선 시스템 모드를 채택합니다. 배전 지역의 전력 손실은 다음과 같이 계산됩니다:

식에서 R_L는 선로 저항, R_dz 는 저전압 선로의 등가 저항(단위: Ω); U 는 10kV, T는 8760시간(연간 운영 시간), 그리고 U_pj는 0.38kV(저전압 측의 평균 전압)입니다. ΔP는 2차계량기에 기록된 유효전력(단위: kWh); ΔQ 는 2차계량기에 기록된 무효전력(단위: kWh); K 는 부하 곡선과 관련된 수정 계수로, 값은 1.8입니다.

1.2 단상 분배 모드(고전압 측이 상전압에 연결됨)

고전압 측은 단상 분배 모드를 채택하고 상전압 사이에 연결됩니다. 저전압 측은 단상 3선 시스템을 사용합니다. 배전 지역의 전력 손실 계산 공식은 다음과 같습니다:

2 다양한 시나리오에서의 적용 비교

특정 지역을 예로 들어, 몇 가지 대표적인 적용 시나리오를 선택하여 각각의 배전 지역에서 단상과 삼상 전력 분배 방법의 경제성을 비교했습니다. (15년 수명주기와 전기요금 0.6083원/kWh를 고려함)

2.1 분산된 부하를 가진 작은 마을

마을 #1에는 37세대의 주거 사용자가 있으며, 이 중 33세대는 단상 사용자이고 4세대는 삼상 사용자입니다. 배전 변압기 용량은 100kVA, 10kV 선로 길이는 838미터, 저전압 선로 길이는 2170미터, 최대 부하는 40kW이며, 연간 손실 시간은 3400시간입니다.

• 삼상 전력 공급: 투자는 약 401,000원이며, 수명주기 동안의 총 경제적 손실은 약 125,000원입니다.

• 혼합 단상/삼상 전력 공급: 투자는 약 512,000원이며, 총 경제적 손실은 약 38,000원입니다.

결론: 혼합 시스템의 총 투자는 삼상 시스템보다 약 24,000원 더 높습니다.

2.2 고전압 선로로 접근 불가능한 마을

마을 #2에는 75세대의 주거 사용자가 있습니다. 배전 변압기 용량은 150kVA, 10kV 선로 길이는 752미터, 저전압 선로 길이는 1583미터입니다. 선로 통로의 제약으로 인해 10kV 선로가 근처에 전력을 공급할 수 없어, 미터 후 선로 길이는 약 1008미터이며, 선로 끝의 최소 전압은 179V입니다. 최대 부하는 88kW이며, 연간 손실 시간은 3400시간입니다.

• 삼상 전력 공급: 투자는 약 334,000원이며, 수명주기 동안의 총 경제적 손실은 약 195,000원입니다.

• 단상 전력 공급: 10kVA와 20kVA 단상 변압기를 사용하여, 투자는 약 468,000원이며, 총 경제적 손실은 약 27,000원입니다.

결론: 단상 시스템은 삼상 시스템보다 총 투자를 약 34,000원 절약합니다.

2.3 집중된 부하를 가진 큰 마을

마을 #3에는 210세대의 주거 사용자가 있으며, 이 중 209세대는 단상 사용자이고 1세대는 삼상 사용자입니다. 배전 변압기 용량은 400kVA, 10kV 선로 길이는 855미터, 저전압 선로 길이는 1968미터, 최대 부하는 120kW이며, 연간 손실 시간은 3400시간입니다.

• 삼상 전력 공급: 투자는 약 427,000원이며, 수명주기 동안의 총 경제적 손실은 약 226,000원입니다.

• 혼합 단상/삼상 전력 공급: 원래의 변압기를 100kVA 삼상 변압기로 교체하고, 원거리 부하에 10kVA/20kVA 단상 변압기를 사용하여, 투자는 약 710,000원이며, 총 경제적 손실은 약 61,000원입니다.

결론: 혼합 시스템의 총 투자는 삼상 시스템보다 약 118,000원 더 높습니다.

2.4 도시 거리 부하 지역

시장 #4에는 171명의 사용자(모두 단상)가 있으며, 부하는 도시 거리 양쪽에 분포되어 있습니다(주거 및 상업 혼합). 배전 변압기 용량은 500kVA, 10kV 선로 길이는 385미터, 저전압 선로 길이는 748미터, 최대 부하는 375kW이며, 연간 손실 시간은 3400시간입니다.

• 삼상 전력 공급: 투자는 약 250,000원이며, 수명주기 동안의 총 경제적 손실은 약 751,000원입니다.

• 단상 전력 공급: 10kVA와 20kVA 단상 변압기를 사용하여, 투자는 약 419,000원이며, 총 경제적 손실은 약 291,000원입니다.

단상 시스템은 삼상 시스템보다 총 투자를 약 291,000원 절약하며, 이러한 대표적인 시나리오에서의 전력 분배 방법의 적용은 표 1에 나와 있습니다.

3 단상 분배 적합성 분석

높은 부하 밀도를 가진 도시 지역에서는 두 가지 이유로 단상 분배가 적합하지 않습니다: 1) 변압기의 규모 경제 효과 부족으로 인한 높은 투자 비용; 2) 짧은 저전압 선로에서 손실 감소 잠재력의 한계.

삼상 전력 수요가 있는 농촌 지역(예: 농지 관개)에서는 혼합 단상/삼상 전력 공급 시스템이 필요합니다. 10kV 피더 개조 비용을 피하기 위해 상-상 단상 연결을 선택하십시오.

경제적 임계값

• 변압기 용량: 50/100/150/200kVA

• 선로 길이: 1~3km(0.5km 간격)

• 최대 부하: 변압기 용량의 50%

• 연간 손실 시간: 3,400시간

양적 분석 결과, 선로 길이와 부하에 따라 비용 효율성이 달라집니다. 혼합 시스템은 투자를 최적화하고 손실을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

4 주요 결론

요약하면, 배전 변압기의 투자와 손실은 규모의 경제를 나타냅니다. 대규모 단상 전력 분배의 사용은 최적의 접근법이 아닙니다. 그 경제성은 배전선의 길이와 전력 소비량을 기반으로 평가되어야 합니다. 일반적으로, 배전 지역에서 삼상 배전 변압기의 용량이 150kVA에 도달하고 저전압 선로의 길이가 1.5km를 초과할 때, 삼상 전력 분배 모드를 단상으로 전환하는 것이 경제적으로 유리합니다.