تحليل المزايا والحلول لمحولات التوزيع однофазная مقارنة بمحولات التوزيع التقليدية

1. مبادئ الهيكل والفوائد الكفاءة​

1.1 الاختلافات الهيكلية المؤثرة على الكفاءة​
تظهر محولات التوزيع ذات المرحلة الواحدة ومحولات الثلاث مراحل اختلافات هامة في الهيكل. عادة ما تستخدم محولات المرحلة الواحدة هيكلًا من نوع E أو هيكل لفائف، بينما تستخدم محولات الثلاث مراحل هيكلًا ثلاثي المراحل أو مجموعة. هذا الاختلاف الهيكلي يؤثر مباشرة على الكفاءة:

• تعمل اللفائف في محولات المرحلة الواحدة على تحسين توزيع التدفق المغناطيسي، مما يقلل من التوافقيات عالية المستوى والمصروفات المرتبطة بها.
• تشير البيانات إلى أن محولات المرحلة الواحدة ذات اللفائف تظهر خسارة فارغة أقل بنسبة 10% - 25% وتيار فارغ أقل بنسبة ~50% مقارنة بمحولات الثلاث مراحل التقليدية ذات اللوحات المعدنية، مع تقليل مستوى الضوضاء بشكل كبير.

1.2 مبدأ العمل لتقليل الخسائر​

• تعالج محولات المرحلة الواحدة فقط التيار المتردد الأحادي المرحلة، مما يبسط التصميم عن طريق إزالة الفروق الطورية وقضايا توازن القدرة المغناطيسية الموجودة في أنظمة الثلاث مراحل.
• في محولات الثلاث مراحل، تسبب الأحمال غير المتوازنة خسائر إضافية: المجالات المغناطيسية الدوارة في مفاصل النواة والتسرّب العرضي للتدفق عند حواف اللوحات يزيدان من استهلاك الطاقة.
• تفادي هذه القضايا في محولات المرحلة الواحدة بسبب المسارات المغناطيسية المستقلة، مما يعزز الكفاءة التشغيلية.

1.3 نمط التغذية الكهربائية لتحسين خسائر الخطوط​

• تمكن محولات المرحلة الواحدة من نموذج تغذية كهربائية "سعة صغيرة، توزيع كثيف، نصف قطر قصير". عن طريق تركيبها بالقرب من مراكز الأحمال، تقلل من نصف قطر التغذية المنخفضة الجهد وبالتالي تقلل من خسائر الخطوط.
• تستخدم التطبيقات العملية تركيب تعليق أحادي القطب، مما يوفر تكاليف المواد ويحسن كفاءة التركيب - وهو مثالي لترقية شبكات المناطق الريفية والأطراف الحضرية.

2. مزايا استخدام المواد وتوفير تكاليف التصنيع​

2.1 توفير المواد لتقليل التكاليف​

• تستخدم محولات المرحلة الواحدة 20% أقل من المواد الأساسية و10% أقل من النحاس مقارنة بالوحدات ثلاثية المراحل ذات السعة المكافئة.
• هذا يقلل من تكاليف التصنيع بنسبة 20% - 30%.

2.2 دراسة حالة: تجديد شبكة ريفية​

• بعد اعتماد محولات المرحلة الواحدة في مقاطعة شيهشيان:
• انخفضت تكاليف بناء خطوط الجهد المنخفض بنسبة ~20%.
• انخفضت تكاليف بناء منطقة المحطة التحويلية بنسبة ~66%.
• رغم أن الاستثمار الأولي أعلى قليلاً (مثل ¥5,000 لـ 50kVA أحادي المرحلة مقابل ¥4,500 لثلاث مراحل)، فإن تكلفة دورة الحياة (LCC) خلال 10 سنوات أقل بشكل كبير: ¥22,585 (أحادي المرحلة) مقابل ¥57,623 (ثلاث مراحل).

2.3 أنماط التغذية الكهربائية الاقتصادية​

• تستخدم أنظمة المرحلة الواحدة خطوط جهد عالي ثنائية الأسلاك (وفورات 10%) وخطوط جهد منخفض ثنائية أو ثلاثية الأسلاك (وفورات 15%)، مما يقلل من تكاليف الهندسة.
• مثالية لشبكات الريف ذات الخطوط الطويلة والأحمال المنتشرة.

2.4 مزايا الإنتاج​

• الهيكل البسيط يسمح بإنتاج بالجملة، مما يسهل اعتماد تقنيات متقدمة مثل نوى سبائك الأمورفوس، مما يقلل من التكاليف بشكل أكبر.

3. تحليل القدرة على التطبيق في سيناريوهات مختلفة​

4. توصيات لتطبيق عقلاني​

4.1 اختيار السعة​

• ​المبدأ الرئيسي: "سعة صغيرة، توزيع كثيف":
• المناطق الريفية: ≤20kVA؛ المناطق الحضرية: ≤100kVA.
• ​التوصيل:
• ≤40kVA: دائرة واحدة؛ ≥50kVA: دائرتان؛ يفضل نظام مرحلة واحدة بثلاث أسلاك.
• ​الصيغة: P=kf⋅Kt⋅∑PN=Kx⋅∑PNP = k_f \cdot K_t \cdot \sum P_N = K_x \cdot \sum P_NP=kf​⋅Kt​⋅∑PN​=Kx​⋅∑PN​ (حيث kfk_fkf​: معامل الحمل؛ KtK_tKt​: معامل التزامن).

4.2 طرق التركيب​

• ​مستقل: للمدن الصغيرة المنتشرة؛ يضمن القرب من الأحمال.
• ​فرعي: للتغيير المرن للطاقة.
• ​رئيسي: للمناطق ثلاثية المراحل بدون أحمال ثلاثية المراحل.
• يفضل تركيب أحادي القطب لتوفير المساحة وسهولة الصيانة.

4.3 التغذية الكهربائية المختلطة​

• الأحمال أحادية المرحلة ≤15% من الأحمال ثلاثية المراحل: الجمع المباشر؛ وإلا، تحويلها إلى أحمال ثلاثية مكافئة.
• ​تطابق الأحمال:
• أحادية المرحلة: الأحمال السكنية؛ ثلاثية المرحلة: المحركات الصناعية.
• التقلبات الموسمية: استخدام محولات قابلة للتعديل في السعة أثناء التشغيل.

4.4 التشغيل والصيانة​

• ​الرصد الذكي: جمع البيانات والمقياس عن بعد.
• ​أجهزة الحماية:
• جانب الجهد العالي: مصافي PRWG أو HPRW6.
• حماية الصواعق: مانعات الصواعق المركبة بدون فجوة.
• جانب الجهد المنخفض: مفاتيح عازلة + مفاتيح دوائر مصنوعة من البلاستيك للسلامة.

4.5 الاعتبارات الاقتصادية​

• ​مزايا LCC: تكاليف طويلة الأمد أقل رغم الاستثمارات الأولية الأعلى (مثل ¥22,585 مقابل ¥57,623 على مدى 10 سنوات).

5. الاتجاهات المستقبلية والآفاق​

• ​ابتكارات المواد:
• سوف تقلل سبائك الأمورفوس والنوى الملفوفة من خسارة الفارغ بنسبة 70% - 80% و10% - 15% على التوالي.
• ​تكامل الشبكة الذكية:
• تعزز الرصد المعتمد على إنترنت الأشياء والتحسين المدعوم بالذكاء الاصطناعي الإدارة الفعلية.
• ​التناغم مع الطاقة المتجددة:
• تسهيل تكامل الطاقة الشمسية والرياح الموزعة في المناطق الريفية، مما يحسن امتصاص الطاقة.
• ​التوحيد:
• سوف تحدد التوجيهات مثل مبادئ ترقية الشبكة الكهربائية الريفية معايير التطبيق.