Egyszfázisú elosztási transzformátorok előnyeinek és megoldásainak elemzése a hagyományos transzformátorokkal való összehasonlításban

1. Strukturális elvek és hatékonysági előnyök​

1.1 A hatékonyságot befolyásoló strukturális különbségek​
Az egyfázisú elosztási transzformátorok és a háromfázisú transzformátorok jelentős strukturális különbségeket mutatnak. Az egyfázisú transzformátorok általában E típusú vagy ​tekercs alapú magstruktúrával rendelkeznek, míg a háromfázisú transzformátorok háromfázisú magot vagy csoportstruktúrát használnak. Ez a strukturális változatosság közvetlenül befolyásolja a hatékonyságot:

• A tekercs alapú mag az egyfázisú transzformátorokban optimalizálja a mágneses fluxus eloszlását, ​csökkentve a magasrendű harmonikusokat​ és a hozzájuk kapcsolódó veszteségeket.
• Az adatok szerint az egyfázisú tekercs alapú transzformátoroknál a 10%–25% alacsonyabb üresjárati veszteségek és a körülbelül 50% alacsonyabb üresjárati áramok fordulnak elő, a hagyományos háromfázisú rétegzett magú transzformátorokhoz képest, jelentősen csökkentve a zajszintet.

1.2 A működési elv veszteségek csökkentése​

• Az egyfázisú transzformátorok csak egyfázisú váltóáramot kezelnek, egyszerűsítve a tervezést, mivel kiküszöbölik a háromfázisú rendszerekben jellemző fáziskülönbségeket és mágneses potenciális egyensúlyi problémákat.
• A háromfázisú transzformátoroknál a nem egyenletes terhelések további veszteségeket okoznak: a magcsatlakozásokban forgó mágneses mezők és a rétegkapcsolatokon lévő átfogó fluxus elvesztése növeli az energiaveszteséget.
• Az egyfázisú transzformátorok ezen problémákat elkerülhetik, mivel független mágneses útvonalakkal rendelkeznek, ami növeli a működési hatékonyságot.

1.3 A tápellátási mód vonalveszteségeinek optimalizálása​

• Az egyfázisú transzformátorok lehetővé teszik a "kis kapacitás, sűrű elosztás, rövid sugár" tápellátási modellt. A terhelés központjainak közelében történő telepítéssel rövidítenek a nyomásos ellátási sugarakat, csökkentve a vonalveszteségeket.
• A gyakorlati alkalmazásokban egypólos felfüggesztést használnak, ami anyagköltségeket takarít meg és javítja a telepítési hatékonyságot — ideális a vidéki és városi peremhelyzetek hálózatának frissítésére.

2. Anyaghasználat és gyártási költség előnyök​

2.1 Anyagmegtakarítás és költségcsökkentés​

• Az egyfázisú transzformátorok 20%-kal kevesebb maganyagot és 10%-kal kevesebb rézöt használnak, mint a kapacitásukra egyenértékű háromfázisú egységek.
• Ez 20%–30%-kal csökkenti a gyártási költségeket.

2.2 Esettanulmány: Vidéki hálózat felújítása​

• A Shexian megyében, az egyfázisú transzformátorok bevezetése után:
• A nyomásos vonalak építési költségei 20%-kal csökkentek.
• A transzformátorház építési költségei 66%-kal csökkentek.
• Bár a kezdeti befektetés kissé magasabb (pl. 50kVA egyfázisú esetén ¥5,000, háromfázisú esetén ¥4,500), a 10 éves Életciklus költség (LCC) jelentősen alacsonyabb: ¥22,585 (egyfázisú) vs. ¥57,623 (háromfázisú).

2.3 Költséghatékony tápellátási módok​

• Az egyfázisú rendszerek kétvezetős magasfeszültségi vonalakat (10% megtakarítás) és két- vagy háromvezetős nyomásos vonalakat (15% megtakarítás) használnak, csökkentve az építési költségeket.
• Ideális a hosszú vonalakkal és szétszóródott terhelésekkel rendelkező vidéki hálózatokhoz.

2.4 Gyártási előnyök​

• Az egyszerűbb szerkezet lehetővé teszi a maszsgyártást, amely segít az amorf alloy magok és más fejlett technológiák bevezetésében, tovább csökkentve a költségeket.

3. Alkalmazhatósági elemzés különböző helyzetekben​

4. Javaslatok a racionális alkalmazásra​

4.1 Kapacitás kiválasztása​

• Fő elv: "Kis kapacitás, sűrű elosztás":
• Vidéki területek: ≤20kVA; városi területek: ≤100kVA.
• Áramközi elrendezés:
• ≤40kVA: 1 áramkör; ≥50kVA: 2 áramkör; prioritás egyfázisú háromvezetős rendszer.
• Képlet: 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​ (ahol kfk_fkf​: terhelési tényező; KtK_tKt​: egyidejűségi tényező).

4.2 Telepítési módszerek​

• Független: Szétszóródott falvak esetén; biztosítja a terhelésekhez közeli elhelyezést.
• Ágazatos: Rugalmas energiafordításhoz.
• Fővonalas: Háromfázisú területek, ahol nincsenek háromfázisú terhelések.
• Prioritás egypólos felfüggesztés a térképesség és könnyű karbantartás miatt.

4.3 Vegyes tápellátás​

• Egyfázisú terhelések ≤15% a háromfázisú terheléseknek: közvetlen összeadás; egyébként ekvivalens háromfázisú terhelésekbe konvertálás.
• Terhelés illesztése:
• Egyfázisú: lakossági terhelések; háromfázisú: ipari motorok.
• Évszakos ingadozások: terhelés alatti kapacitás-beállítható transzformátorok használata.

4.4 Működés és karbantartás​

• Okos monitorozás: Távoli adatgyűjtés és mérés.
• Védőeszközök:
• Magasfeszültségi oldal: PRWG vagy HPRW6 lelógó védelmi elemek.
• Villámvedelem: réteg nélküli kompozit izolátor villámlók.
• Nyomásos oldal: elválasztó kapcsoló + formált tartályú átmeneti kapcsoló a biztonság érdekében.

4.5 Gazdasági szempontok​

• LCC előny: Hosszú távon alacsonyabb költségek, bár a kezdeti befektetés magasabb (pl. ¥22,585 vs. ¥57,623 10 év alatt).

5. Jövőbeli trendek és kilátások​

• Anyag innovációk:
• Az amorf alloy és a tekercs alapú magok tovább csökkentik a üresjárati veszteségeket 70%–80% és 10%–15%-kal, illetve.
• Okos hálózat integráció:
• Az IoT-alapú monitorozás és az AI-alapú optimalizálás valós idejű kezelést tesz lehetővé.
• Újrafelhasználható energia szinergia:
• Támogatja a vidéki elosztott napenergia/szélenergia integrációját, javítva az energiaszívást.
• Standardizáció:
• Útmutatók, mint a Vidéki villamos hálózat felújítás technikai elvei, finomítják az alkalmazási normákat.