Anàlisi de les avantatges i solucions dels transformadors de distribució monofàsics en comparació amb els transformadors tradicionals

1. Principis estructurals i avantatges d'eficiència​

1.1 Diferències estructurals que afecten l'eficiència​
Els transformadors de distribució monofàsics i trifàsics presenten diferències estructurals significatives. Els transformadors monofàsics solen adoptar una estructura de nucli en forma de E o un nucli envoltat, mentre que els transformadors trifàsics utilitzen un nucli trifàsic o una estructura de grup. Aquesta variació estructural impacta directament l'eficiència:

• El nucli envoltat dels transformadors monofàsics optimitza la distribució del flux magnètic, reduint les harmoniques d'ordre superior i les pèrdues associades.
• Les dades mostren que els transformadors monofàsics amb nucli envoltat tenen pèrdues a buit un 10%–25% més baixes i corrents a buit un ~50% més baixes en comparació amb els transformadors trifàsics tradicionals amb nucli laminat, amb nivells de soroll significativament reduïts.

1.2 Principi de funcionament que redueix les pèrdues​

• Els transformadors monofàsics processen només corrent alternada monofàsica, simplificant el disseny per eliminar les diferències de fase i els problemes d'equilibri de potencial magnètic inherents als sistemes trifàsics.
• Els transformadors trifàsics, les càrregues desequilibrades causen pèrdues addicionals: els camps magnètics rotatoris en les unions del nucli i les filtracions de flux transversal a les juntes de laminació augmenten la dissipació d'energia.
• Els transformadors monofàsics eviten aquests problemes gràcies a camins magnètics independents, millorant l'eficiència operativa.

1.3 Mode de subministrament d'energia que optimitza les pèrdues de línia​

• Els transformadors monofàsics permeten un mode de subministrament d'energia "baixa capacitat, distribució densa, radi curt". Instal·lant-los prop dels centres de càrrega, es rellisca el radi de subministrament de baixa tensió, reduint les pèrdues de línia.
• En les aplicacions pràctiques, s'utilitza suspensió en un únic pol, estalviant costos de materials i millorant l'eficiència d'instal·lació — ideal per a la modernització de xarxes rurals i urbans marginals.

2. Avantatges en l'ús de materials i costos de fabricació​

2.1 Estalvi de materials que redueix els costos​

• Els transformadors monofàsics utilitzen un 20% menys de material de nucli i un 10% menys de cobre que les unitats trifàsiques d'igual capacitat.
• Això redueix els costos de fabricació en un 20%–30%​.

2.2 Estudi de cas: renovació de la xarxa rural​

• Al Comtat de Shexian, després d'adoptar transformadors monofàsics:
• Els costos de construcció de línies de baixa tensió van disminuir en ~20%​.
• Els costos de construcció de l'àrea de subestació van caure en ~66%​.
• Ambdós, malgrat que l'inversió inicial és lleugerament més alta (per exemple, ¥5.000 per a 50kVA monofàsic vs. ¥4.500 per a trifàsic), el Cost Total de Cicle de Vida (LCC)​ en 10 anys és significativament més baix: ¥22.585 (monofàsic) vs. ¥57.623 (trifàsic).

2.3 Modes de subministrament d'energia econòmics​

• Els sistemes monofàsics utilitzen línies de alta tensió de dos fils (un 10% d'estalvi) i línies de baixa tensió de dos o tres fils (un 15% d'estalvi), reduint els costos d'enginyeria.
• Ideal per a xarxes rurals amb línies llargues i càrregues disperses.

2.4 Avantatges de producció​

• L'estructura més simple permet la producció en massa, facilitant l'adopció de tecnologies avançades com els nuclis d'aleació amorfa, reduint encara més els costos.

3. Anàlisi de l'aplicabilitat en diferents escenaris​

4. Recomanacions per a l'aplicació racional​

4.1 Selecció de la capacitat​

• ​Principi bàsic: "Baixa capacitat, distribució densa":
• Zones rurals: ≤20kVA; zones urbanes: ≤100kVA.
• ​Connexió:
• ≤40kVA: 1 circuit; ≥50kVA: 2 circuits; prioritat a el sistema monofàsic de tres fils.
• ​Fórmula: 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​ (on kfk_fkf​: factor de càrrega; KtK_tKt​: factor de simultaneïtat).

4.2 Mètodes d'instal·lació​

• ​Independents: Per a pobles dispersos; assegura la proximitat a les càrregues.
• ​Tipo ramal: Per a la commutació flexible de l'energia.
• ​Tipo línea principal: Per a àrees trifàsiques sense càrregues trifàsiques.
• Prioritzeu la suspensió en un únic pol per a l'estalvi d'espai i manteniment fàcil.

4.3 Subministrament d'energia híbrid​

• Càrregues monofàsiques ≤15% de les càrregues trifàsiques: suma directa; en cas contrari, convertir a càrregues trifàsiques equivalents.
• ​Adaptació de càrregues:
• Monofàsica: càrregues residencials; trifàsica: motors industrials.
• Fluctuacions estacionals: Utilitzeu transformadors ajustables en capacitat amb càrrega.

4.4 Operació i manteniment​

• ​Monitorització intel·ligent: Recopilació i mesura de dades remotes.
• ​Dispositius de protecció:
• Lado de alta tensión: fusibles de caiguda PRWG o HPRW6.
• Protecció contra els raigs: parafulmers de composició sense espai de separació.
• Lado de baja tensión: interruptores de seccionamiento + interruptores automáticos moldeados per a la seguretat.

4.5 Consideracions econòmiques​

• ​Avantatge LCC: Costos a llarg termini més baixos, malgrat una inversió inicial més elevada (per exemple, ¥22.585 vs. ¥57.623 en 10 anys).

5. Tendències i perspectives futures​

• ​Innovacions en materials:
• Les aleacions amorfa i els nuclis envoltats redueixen les pèrdues a buit en 70%–80%​ i 10%–15%​, respectivament.
• ​Integració en xarxes intel·ligents:
• La monitorització habilitada per IoT i l'optimització impulsada per IA milloren la gestió en temps real.
• ​Sinergia amb energia renovable:
• Facilita la integració de PV/wind distribuïda en zones rurals, millorant l'absorció d'energia.
• ​Standardització:
• Directrius com els Principis tècnics de modernització de les xarxes elèctriques rurals refinaran les normes d'aplicació.