एकल-प्राचुर्य वितरण ट्रांसफॉर्मरों की तुलना पारंपरिक ट्रांसफॉर्मरों से लाभ और समाधानों का विश्लेषण
1. संरचनात्मक सिद्धांत और दक्षता के लाभ
1.1 दक्षता पर प्रभाव डालने वाले संरचनात्मक अंतर
एक-फेज वितरण ट्रांसफॉर्मर और तीन-फेज ट्रांसफॉर्मर में महत्वपूर्ण संरचनात्मक अंतर होता है। एक-फेज ट्रांसफॉर्मर आमतौर पर एक E-प्रकार या वाइंड कोर संरचना का उपयोग करते हैं, जबकि तीन-फेज ट्रांसफॉर्मर तीन-फेज कोर या समूह संरचना का उपयोग करते हैं। यह संरचनात्मक भिन्नता दक्षता पर सीधा प्रभाव डालती है:
- एक-फेज ट्रांसफॉर्मर में वाइंड कोर चुंबकीय फ्लक्स वितरण को अनुकूलित करता है, उच्च-क्रम अनुनाद और संबद्ध नुकसान को कम करता है।
- आंकड़ों से पता चलता है कि एक-फेज वाइंड-कोर ट्रांसफॉर्मर ट्रांसिशनल तीन-फेज लैमिनेटेड-कोर ट्रांसफॉर्मर की तुलना में 10%–25% कम खाली लोड नुकसान और ~50% कम खाली लोड धारा दिखाते हैं, जिससे शोर का स्तर महत्वपूर्ण रूप से कम हो जाता है।
1.2 नुकसान कम करने का कार्यात्मक सिद्धांत
- एक-फेज ट्रांसफॉर्मर केवल एक-फेज AC को संसाधित करते हैं, जिससे डिजाइन तीन-फेज प्रणालियों में निहित फेज अंतर और चुंबकीय विभव संतुलन समस्याओं को हटाकर सरल हो जाता है।
- तीन-फेज ट्रांसफॉर्मर में, असंतुलित लोड अतिरिक्त नुकसान का कारण बनती है: कोर जंक्शन में घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र और लैमिनेशन फाटकों पर पार फ्लक्स लीकेज ऊर्जा विकीर्णन को बढ़ाते हैं।
- एक-फेज ट्रांसफॉर्मर इन मुद्दों से बचते हैं, क्योंकि वे स्वतंत्र चुंबकीय मार्गों का उपयोग करते हैं, जिससे संचालन दक्षता बढ़ती है।
1.3 लाइन नुकसान को अनुकूलित करने वाला विद्युत आपूर्ति मोड
- एक-फेज ट्रांसफॉर्मर "छोटी क्षमता, घनी वितरण, छोटी त्रिज्या" विद्युत आपूर्ति मॉडल को सक्षम करते हैं। लोड केंद्रों के नजदीक स्थापित करके, वे निम्न-वोल्टेज आपूर्ति त्रिज्याओं को कम करते हैं, जिससे लाइन नुकसान कम होता है।
- व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एकल-स्तंभ टंगने का उपयोग किया जाता है, जो सामग्री की लागत को कम करता है और स्थापना दक्षता में सुधार करता है - ग्रामीण और शहरी सीमा ग्रिड अपग्रेड के लिए आदर्श है।
2. सामग्री का उपयोग और निर्माण लागत के लाभ
2.1 लागत कम करने वाली सामग्री की बचत
- एक-फेज ट्रांसफॉर्मर समक्षमता तीन-फेज इकाइयों की तुलना में 20% कम कोर सामग्री और 10% कम तांबा का उपयोग करते हैं।
- यह निर्माण लागत को 20%–30% कम करता है।
2.2 मामला अध्ययन: ग्रामीण ग्रिड नवीनीकरण
- शेक्सियन काउंटी में, एक-फेज ट्रांसफॉर्मर के उपयोग के बाद:
- निम्न-वोल्टेज लाइन निर्माण लागत ~20% कम हो गई।
- सबस्टेशन क्षेत्र निर्माण लागत ~66% कम हो गई।
- हालांकि प्रारंभिक निवेश थोड़ा अधिक है (जैसे, ¥5,000 50kVA एक-फेज और ¥4,500 तीन-फेज), 10 वर्षों की जीवन चक्र लागत (LCC) में महत्वपूर्ण रूप से कमी होती है: ¥22,585 (एक-फेज) और ¥57,623 (तीन-फेज)।
2.3 लागत-प्रभावी विद्युत आपूर्ति मोड
- एक-फेज प्रणालियाँ दो-तारी उच्च-वोल्टेज लाइनें (10% बचत) और दो-या तीन-तारी निम्न-वोल्टेज लाइनें (15% बचत) का उपयोग करती हैं, जिससे इंजीनियरिंग लागत कम होती है।
- लंबी लाइनों और विक्षेपित लोडों वाले ग्रामीण ग्रिडों के लिए आदर्श है।
2.4 उत्पादन के लाभ
- सरल संरचना मास-उत्पादन को सक्षम करती है, जो अमोर्फस इकाइयों जैसी उन्नत प्रौद्योगिकियों के अपनाने में सहायता करती है, जिससे लागत में और भी कटौती होती है।
3. विभिन्न परिदृश्यों में लागू की विश्लेषण
|
Application Scenario |
Key Features |
Case Details |
Transformation Effect |
Advantages |
|
Rural Power Grids |
Long supply radii, high line losses, poor voltage quality |
Shexian County: 30kVA three-phase transformer replaced with two single-phase units (50kVA + 20kVA) |
Line loss ↓ from 12% to 2.2%; voltage compliance ↑ from 97.61% to 99.9972% |
Solves "low-voltage" issues, improves reliability |
|
Urban Residential Areas |
Concentrated loads, voltage drops at peak times |
Ankang Dongxiangzi: 250kVA three-phase replaced with six 50kVA single-phase units |
Line loss ↓ from 5.3% to 2.2%; end-point voltage stabilized |
Shortens supply radius, enhances voltage quality |
|
Street Lighting Systems |
Energy-saving potential via voltage adjustment |
Single-phase V/V₀ transformers reduce voltage to 200V at night, saving 16% for 70W high-pressure sodium lamps |
Lower line losses, smart control for efficiency |
Energy savings via intelligent control |
4. Rational Application Recommendations
4.1 Capacity Selection
- Core Principle: "Small capacity, dense distribution":
- Rural areas: ≤20kVA; urban areas: ≤100kVA.
- Wiring:
- ≤40kVA: 1 circuit; ≥50kVA: 2 circuits; prioritize single-phase three-wire system.
- Formula: 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 (where kfk_fkf: load factor; KtK_tKt: simultaneity factor).
4.2 Installation Methods
- Independent: For scattered villages; ensures proximity to loads.
- Branch-Type: For flexible power switching.
- Mainline-Type: For three-phase areas with no three-phase loads.
- Prioritize single-pole mounting for space-saving and easy maintenance.
4.3 Hybrid Power Supply
- Single-phase loads ≤15% of three-phase loads: direct summation; else, convert to equivalent three-phase loads.
- Load Matching:
- Single-phase: residential loads; three-phase: industrial motors.
- Seasonal fluctuations: Use on-load capacity-adjustable transformers.
4.4 Operation and Maintenance
- Smart Monitoring: Remote data collection and metering.
- Protection Devices:
- High-voltage side: PRWG or HPRW6 drop-out fuses.
- Lightning protection: gapless composite insulator surge arresters.
- Low-voltage side: isolating switches + molded-case circuit breakers for safety.
4.5 Economic Considerations
- LCC Advantage: Lower long-term costs despite higher initial investment (e.g., ¥22,585 vs. ¥57,623 over 10 years).
5. Future Trends and Prospects
- Material Innovations:
- Amorphous alloy and wound cores will further reduce no-load losses by 70%–80% and 10%–15%, respectively.
- Smart Grid Integration:
- IoT-enabled monitoring and AI-driven optimization enhance real-time management.
- Renewable Energy Synergy:
- Facilitate rural distributed PV/wind integration, improving energy absorption.
- Standardization:
- Guidelines like Rural Power Grid Upgrade Technical Principles will refine application norms.
