Analýza výhod a řešení pro jednofázové distribuční transformátory ve srovnání s tradičními transformátory

1. Strukturální principy a výhody efektivity​

1.1 Strukturální rozdíly ovlivňující efektivitu​
Jednofázové distribuční transformátory a třífázové transformátory mají významné strukturální rozdíly. Jednofázové transformátory obvykle používají E-typ nebo ​navinutou jádrovou strukturu, zatímco třífázové transformátory používají třífázové jádro nebo skupinovou strukturu. Tento strukturální rozdíl přímo ovlivňuje efektivitu:

• Navinuté jádro v jednofázových transformátorech optimalizuje distribuci magnetického toku, ​snižuje vyšší harmonické složky​ a související ztráty.
• Data ukazují, že jednofázové transformátory s navinutým jádrem mají ​10%–25% nižší ztráty bez zatěžování​ a ​asi 50% nižší průtoky bez zatěžování​ ve srovnání s tradičními třífázovými laminovanými jádry, s výrazně sníženými hladinami hluku.

1.2 Pracovní princip snižující ztráty​

• Jednofázové transformátory zpracovávají pouze jednofázový střídavý proud, což zjednodušuje návrh eliminací fázových rozdílů a problémů s vyvážením magnetického potenciálu vlastních třífázových systémů.
• U třífázových transformátorů způsobují nerovnoměrné zatěžování ​dodatečné ztráty: rotující magnetické pole v spojích jádra a transverzální únik magnetického toku v švech laminace zvyšují energetickou disipaci.
• Jednofázové transformátory tyto problémy vyhýbají díky ​nezávislým magnetickým cestám, což zvyšuje operační efektivitu.

1.3 Způsob dodávky energie optimalizující ztráty na čárách​

• Jednofázové transformátory umožňují způsob dodávky energie typu ​"malá kapacita, hustá distribuce, krátký dosah"​. Instalací blízko středisek zatěžování zkracují radiální dodávku nízkého napětí, čímž snižují ztráty na čárách.
• Při praktických aplikacích se používá ​jednopólové visuté montážní provedení, což ušetří náklady na materiál a zlepší efektivitu instalace – ideální pro modernizaci síťové infrastruktury na venkově a na okrajích měst.

2. Výhody použití materiálů a výrobních nákladů​

2.1 Úspory materiálů snižující náklady​

• Jednofázové transformátory používají ​20% méně materiálu pro jádro​ a ​10% méně mědi​ než ekvivalentní třífázové jednotky.
• To snižuje výrobní náklady o ​20%–30%​​.

2.2 Případová studie: Modernizace venkovské sítě​

• V okrese Shexian po přijetí jednofázových transformátorů:
• Náklady na stavbu nízkonapěťových čar klesly o ​asi 20%​.
• Náklady na stavbu podstanice klesly o ​asi 66%​​.
• I když počáteční investice jsou mírně vyšší (např. ¥5 000 za 50kVA jednofázový vs. ¥4 500 za třífázový), celoživotní náklady (LCC) za 10 let jsou výrazně nižší: ¥22 585 (jednofázový) vs. ¥57 623 (třífázový).

2.3 Nákladově efektivní způsoby dodávky energie​

• Jednofázové systémy používají ​dvoudrátové vysokonapěťové čáry​ (úspora 10%) a ​dvou- nebo třídrátové nízkonapěťové čáry​ (úspora 15%), což snižuje inženýrské náklady.
• Ideální pro venkovské sítě s dlouhými čarami a rozmístěnými spotřebiči.

2.4 Výrobní výhody​

• Jednodušší struktura umožňuje ​masovou výrobu, což usnadňuje adopci pokročilých technologií, jako jsou amorfické slitiny jádra, což dále snižuje náklady.

3. Analýza použitelnosti v různých scénářích​

4. Doporučení pro racionální použití​

4.1 Výběr kapacity​

• ​Základní princip: "Malá kapacita, hustá distribuce":
• Venkov: ≤20kVA; město: ≤100kVA.
• ​Spáječení:
• ≤40kVA: 1 okruh; ≥50kVA: 2 okruhy; upřednostňujte ​jednofázový třídrátový systém​.
• ​Formule: 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​ (kde kfk_fkf​: faktor zatěžování; KtK_tKt​: faktor simultaneity).

4.2 Metody instalace​

• ​Nezávislá: Pro rozprostřené vesnice; zajišťuje blízkost k zatěžování.
• ​Odpočátková: Pro flexibilní přepínání dodávky energie.
• ​Hlavní linka: Pro třífázové oblasti bez třífázového zatěžování.
• Upřednostňujte ​jednopólové montážní provedení​ pro ušetření místa a snadnou údržbu.

4.3 Hybridní dodávka energie​

• Jednofázové zatěžování ≤15% třífázového zatěžování: přímé součtení; jinak, převod na ekvivalentní třífázové zatěžování.
• ​Shoda zatěžování:
• Jednofázové: rezidenční zatěžování; třífázové: průmyslové motory.
• Sezónní fluktuace: Použijte ​transformátory s možností nastavení kapacity pod zatěžováním​.

4.4 Provoz a údržba​

• ​Inteligentní monitorování: Vzdálené shromažďování dat a měření.
• ​Zařízení ochrany:
• Vysokonapěťová strana: PRWG nebo HPRW6 padací pojistky.
• Ochrana před bleskem: bezmezerové kompozitní izolační ochranné přístroje.
• Nízkonapěťová strana: ​odpojovací spínače + plastové obvody​ pro bezpečnost.

4.5 Ekonomické zvažování​

• ​Výhody LCC: Nižší dlouhodobé náklady, i přes vyšší počáteční investici (např. ¥22 585 vs. ¥57 623 za 10 let).

5. Budoucí trendy a perspektivy​

• ​Inovace materiálů:
• Amorfické slitiny a navinutá jádra dále sníží ztráty bez zatěžování o ​70%–80%​​ a ​10%–15%​, respektive.
• ​Integrace do inteligentní sítě:
• Monitorování povolené IoT a optimalizace řízená umělou inteligencí zlepšují reálné časové řízení.
• ​Synergie s obnovitelnými zdroji energie:
• Umožňují integraci distribuovaného fotovoltaického a větrného výkonu na venkově, což zlepšuje absorpci energie.
• ​Standardizace:
• Rlinky jako Technické principy modernizace venkovských elektrických sítí upřesní normy použití.