Analyse des avantages et des solutions pour les transformateurs de distribution monophasés par rapport aux transformateurs traditionnels

1. Principes structurels et avantages en termes d'efficacité​

1.1 Différences structurelles affectant l'efficacité​
Les transformateurs monophasés de distribution et les transformateurs triphasés présentent des différences structurelles significatives. Les transformateurs monophasés adoptent généralement une structure de noyau de type E ou un noyau enroulé, tandis que les transformateurs triphasés utilisent un noyau triphasé ou une structure groupée. Cette variation structurelle a un impact direct sur l'efficacité :

• Le noyau enroulé dans les transformateurs monophasés optimise la répartition du flux magnétique, réduisant les harmoniques d'ordre élevé et les pertes associées.
• Les données montrent que les transformateurs monophasés à noyau enroulé présentent des pertes à vide inférieures de 10 % à 25 % et des courants à vide inférieurs de ~50 % par rapport aux transformateurs triphasés traditionnels à noyau stratifié, avec des niveaux de bruit considérablement réduits.

1.2 Principe de fonctionnement réduisant les pertes​

• Les transformateurs monophasés traitent uniquement le courant alternatif monophasé, simplifiant la conception en éliminant les différences de phase et les problèmes d'équilibrage du potentiel magnétique inhérents aux systèmes triphasés.
• Dans les transformateurs triphasés, les charges déséquilibrées provoquent des pertes supplémentaires : les champs magnétiques rotatifs aux joints du noyau et les fuites de flux transversal aux coutures des laminations augmentent la dissipation d'énergie.
• Les transformateurs monophasés évitent ces problèmes grâce à des chemins magnétiques indépendants, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle.

1.3 Mode d'alimentation optimisant les pertes de ligne​

• Les transformateurs monophasés permettent un mode d'alimentation "petite capacité, distribution dense, rayon court". En les installant près des centres de charge, ils raccourcissent les rayons d'alimentation basse tension, réduisant ainsi les pertes de ligne.
• Les applications pratiques utilisent un suspension sur poteau simple, économisant les coûts de matériaux et améliorant l'efficacité de l'installation - idéal pour les mises à niveau des réseaux ruraux et péri-urbains.

2. Avantages en termes d'utilisation des matériaux et de coûts de fabrication​

2.1 Économies de matériaux réduisant les coûts​

• Les transformateurs monophasés utilisent 20 % de matériel de noyau en moins et 10 % de cuivre en moins que les unités triphasées de capacité équivalente.
• Cela réduit les coûts de fabrication de 20 % à 30 %.

2.2 Étude de cas : rénovation du réseau rural​

• Dans le comté de Shexian, après l'adoption de transformateurs monophasés :
• Les coûts de construction des lignes basse tension ont diminué de ~20 %.
• Les coûts de construction de la zone de sous-station ont diminué de ~66 %.
• Bien que l'investissement initial soit légèrement plus élevé (par exemple, ¥5 000 pour 50 kVA monophasé contre ¥4 500 pour triphasé), le Coût Total de Cycle de Vie (LCC) sur 10 ans est nettement inférieur : ¥22 585 (monophasé) contre ¥57 623 (triphasé).

2.3 Modes d'alimentation rentables​

• Les systèmes monophasés utilisent des lignes haute tension à deux fils (économies de 10 %) et des lignes basse tension à deux ou trois fils (économies de 15 %), réduisant les coûts d'ingénierie.
• Ideal pour les réseaux ruraux avec des lignes longues et des charges dispersées.

2.4 Avantages de production​

• La structure plus simple permet une production de masse, facilitant l'adoption de technologies avancées comme les noyaux en alliage amorphe, réduisant encore davantage les coûts.

3. Analyse de l'applicabilité dans différents scénarios​

4. Recommandations pour une application rationnelle​

4.1 Sélection de la capacité​

• ​Principe fondamental : "Petite capacité, distribution dense" :
• Zones rurales : ≤20 kVA ; zones urbaines : ≤100 kVA.
• ​Câblage :
• ≤40 kVA : 1 circuit ; ≥50 kVA : 2 circuits ; prioriser le système monophasé à trois fils.
• ​Formule : P = k_f \cdot K_t \cdot \sum P_N = K_x \cdot \sum P_N (où k_f : facteur de charge ; K_t : facteur de simultanéité).

4.2 Méthodes d'installation​

• ​Indépendante : Pour les villages dispersés ; assure la proximité aux charges.
• ​En branchement : Pour un commutateur flexible de puissance.
• ​Sur la ligne principale : Pour les zones triphasées sans charges triphasées.
• Prioriser le montage sur poteau simple pour gagner de l'espace et faciliter l'entretien.

4.3 Alimentation hybride​

• Charges monophasées ≤15 % des charges triphasées : somme directe ; sinon, convertir en charges triphasées équivalentes.
• ​Adaptation des charges :
• Monophasé : charges résidentielles ; triphasé : moteurs industriels.
• Variations saisonnières : Utiliser des transformateurs ajustables en charge.

4.4 Exploitation et maintenance​

• ​Surveillance intelligente : Collecte et comptage de données à distance.
• ​Dispositifs de protection :
• Côté haute tension : fusibles dégringolants PRWG ou HPRW6.
• Protection contre la foudre : parafoudres composite sans gap.
• Côté basse tension : interrupteurs de sectionnement + disjoncteurs moules pour la sécurité.

4.5 Considérations économiques​

• ​Avantage LCC : Coûts à long terme inférieurs malgré un investissement initial plus élevé (par exemple, ¥22 585 contre ¥57 623 sur 10 ans).

5. Tendances futures et perspectives​

• ​Innovations en matière de matériaux :
• Les alliages amorphes et les noyaux enroulés réduiront les pertes à vide de 70 % à 80 % et de 10 % à 15 % respectivement.
• ​Intégration aux réseaux intelligents :
• La surveillance activée par l'IoT et l'optimisation pilotée par l'IA améliorent la gestion en temps réel.
• ​Synergie avec les énergies renouvelables :
• Favoriser l'intégration de l'énergie solaire et éolienne distribuée en milieu rural, améliorant l'absorption d'énergie.
• ​Standardisation :
• Des directives telles que les Principes techniques de modernisation des réseaux électriques ruraux affineront les normes d'application.