Analiza prednosti i rješenja za jednofazne distribucijske transformatorse usporedno s tradicionalnim transformatorima

1. Strukturni principi i prednosti učinkovitosti​

1.1 Strukturne razlike koje utječu na učinkovitost​
Jednofazni distribucijski transformatori i trofazi transformatori pokazuju značajne strukturne razlike. Jednofazi transformatori obično koriste E tip ili ​obmotanu jezgru, dok trofazi transformatori koriste trofazu jezgru ili grupnu strukturu. Ova strukturna varijacija direktno utječe na učinkovitost:

• Obmotana jezgra u jednofaznim transformatorima optimizira distribuciju magnetnog toka, ​smanjujući viši red harmonika​ i povezane gubitke.
• Podaci pokazuju da jednofazi transformatori s obmotanom jezgrom imaju ​10%–25% niže gubitke bez opterećenja​ i ​~50% niže struje bez opterećenja​ u usporedbi s tradicionalnim trofaznim laminiranim jezgrenim transformatorima, uz značajno smanjene razine buke.

1.2 Radni princip smanjenja gubitaka​

• Jednofazi transformatori obrađuju samo jednofazi napon, pojednostavljajući dizajn eliminacijom razlika faza i problema ravnoteže magnetnog potencijala koji su karakteristični za trofaze sustave.
• U trofaznim transformatorima, neravnomjerne opterećenja uzrokuju ​dodatne gubitke: rotirajuća magnetna polja u spojevima jezgre i poprečni tokovi na šavovima lamine povećavaju energijsku disipaciju.
• Jednofazi transformatori izbjegavaju ove probleme zbog ​nezavisnih magnetnih putova, poboljšavajući operativnu učinkovitost.

1.3 Način snabdijevanja strujom koji optimizira gubitke na liniji​

• Jednofazi transformatori omogućuju način snabdijevanja strujom prema modelu ​"mala kapacitet, gusto raspoređeno, kratka udaljenost"​​. Instalirajući ih blizu centara opterećenja, skraćuju radijuse snabdevanja niskim naponom, smanjujući gubitke na liniji.
• Praktične primjene koriste ​jednopolazni visokonaponski montažni sustav, štedeći materijale i poboljšavajući učinkovitost montaže—idealno za nadogradnju mreže u ruralnim i predgrađima.

2. Prednosti u upotrebi materijala i troškova proizvodnje​

2.1 Ušteda materijala smanjuje troškove​

• Jednofazi transformatori koriste ​20% manje materijala za jezgru​ i ​10% manje bakra​ od ekvivalentnih trofaznih jedinica.
• To smanjuje troškove proizvodnje za ​20%–30%​​.

2.2 Studija slučaja: Renovacija ruralne mreže​

• U okrugu Shexian, nakon usvajanja jednofaznih transformatora:
• Troškovi konstrukcije niskonaponskih linija smanjeni su za ​~20%​.
• Troškovi konstrukcije područja pretvorbe smanjeni su za ​~66%​​.
• Iako je početno ulaganje malo veće (npr., ¥5,000 za 50kVA jednofazi vs. ¥4,500 za trofazi), trošak ciklusa života (LCC) tijekom 10 godina značajno je niži: ¥22,585 (jednofazi) vs. ¥57,623 (trofazi).

2.3 Troškovito učinkoviti načini snabdijevanja strujom​

• Jednofazi sustavi koriste ​dvoprovodne visokonaponske linije​ (10% ušteda) i ​dvoprovodne ili triprovodne niskonaponske linije​ (15% ušteda), smanjujući inženjerske troškove.
• Idealno za ruralne mreže s dugim linijama i raspršenim opterećenjima.

2.4 Proizvodne prednosti​

• Jednostavnija struktura omogućuje ​masovnu proizvodnju, omogućujući usvajanje naprednih tehnologija poput amorfne legure jezgre, što dodatno smanjuje troškove.

3. Analiza primjenjivosti u različitim scenarijima​

4. Preporuke za racionalnu primjenu​

4.1 Izbor kapaciteta​

• ​Osnovni princip: "Mali kapacitet, gusto raspoređeno":
• Ruralne područja: ≤20kVA; urbanne područja: ≤100kVA.
• ​Povezivanje:
• ≤40kVA: 1 krug; ≥50kVA: 2 kruga; prioritetno ​jednofazi triprovodni sustav​.
• ​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​ (gdje kfk_fkf​: faktor opterećenja; KtK_tKt​: faktor istovremenosti).

4.2 Metode instalacije​

• ​Nezavisno: Za raspršene sela; osigurava blizinu opterećenju.
• ​Grananje: Za fleksibilno preklapanje snaga.
• ​Glavni pravac: Za trofaze područja bez trofaznih opterećenja.
• Prioritetno ​jednopolazno montiranje​ za uštedu prostora i lakše održavanje.

4.3 Hibridi snabdijevanja strujom​

• Jednofazi opterećenja ≤15% trofaznih opterećenja: direktna suma; inače, pretvorba u ekvivalentna trofaza opterećenja.
• ​Usklađenost opterećenja:
• Jednofazi: stanovniška opterećenja; trofazi: industrijski motori.
• Sezonske fluktuacije: Koristite ​transformatore s reguliranjem kapaciteta pod opterećenjem​.

4.4 Rad i održavanje​

• ​Pametno praćenje: Daljinsko prikupljanje podataka i mjerenje.
• ​Zaštitni uređaji:
• Visokonaponska strana: PRWG ili HPRW6 padajući prekidači.
• Zaštita od munjeta: bezrazmakne kompozitne izolatori zaštitnici od munjeta.
• Niskonaponska strana: ​odvojene prekidače + plastične kutije prekidača​ za sigurnost.

4.5 Ekonomski aspekti​

• ​Preporuka LCC: Niži dugoročni troškovi unatoč većem početnom ulaganju (npr., ¥22,585 vs. ¥57,623 tijekom 10 godina).

5. Buduće trendovi i perspektive​

• ​Innovacije materijala:
• Amorfne legure i obmotane jezgre dodatno smanjiti će gubitke bez opterećenja za ​70%–80%​​ i ​10%–15%​, redom.
• ​Integracija inteligentnih mreža:
• IoT-omogućeno praćenje i AI-pogonjena optimizacija poboljšavaju stvarno vrijeme upravljanja.
• ​Sinergetski efekti obnovljivih izvora energije:
• Omogućavaju integraciju raspodijeljenih PV/vjetrenih sustava u ruralnim područjima, poboljšavajući apsorpciju energije.
• ​Standardizacija:
• Smjernice poput Tehnički principi nadogradnje ruralnih električnih mreža precizirat će norme primjene.