単相配電変圧器と従来の変圧器を比較した際の利点とソリューションの分析

1. 構造原理と効率的な利点​

1.1 効率に影響を与える構造の違い​
単相配電変圧器と三相変圧器は、構造的に大きな違いがあります。単相変圧器は通常、E型または巻線コア構造を採用し、三相変圧器は三相コアまたはグループ構造を使用します。この構造の違いは直接効率に影響を与えます：

• 単相変圧器の巻線コアは磁束分布を最適化し、高次高調波と関連する損失を減らします。
• データによると、単相巻線コア変圧器は従来の三相積層コア変圧器と比較して、10％〜25％低い無負荷損失と約50％低い無負荷電流を示し、騒音レベルも大幅に低減されます。

1.2 損失を減らす動作原理​

• 単相変圧器は単相交流のみを処理するため、三相システムに固有の位相差や磁気ポテンシャルのバランス調整の問題がなく、設計が簡素化されます。
• 三相変圧器では、負荷の不均衡により追加の損失が発生します：コア接合部での回転磁界と積層シームでの横磁束漏れによりエネルギーの散逸が増大します。
• 単相変圧器は独立した磁気パスを持つため、これらの問題を回避し、運転効率を向上させます。

1.3 線路損失を最適化する供給方式​

• 単相変圧器は「小容量、密な配置、短い半径」の供給モデルを可能にします。負荷中心に近い場所に設置することで、低圧供給半径を短縮し、線路損失を減らします。
• 実際の応用では、単柱吊り下げる方法が使用され、材料コストを節約し、設置効率を向上させます—これは農村地域や都市郊外の電力網アップグレードに理想的です。

2. 材料使用と製造コストの利点​

2.1 材料の節約によるコスト削減​

• 単相変圧器は同等容量の三相ユニットと比較して、20％少ないコア材料と10％少ない銅を使用します。
• これにより、製造コストが20％〜30％削減されます。

2.2 事例研究：農村電力網の改修​

• 渉県で単相変圧器を採用した後：
• 低圧線建設コストが約20％減少しました。
• 変電所エリア建設コストが約66％減少しました。
• 初期投資は少し高い（たとえば、50kVA単相の場合￥5,000、三相の場合￥4,500）ですが、10年間のライフサイクルコスト (LCC)は大幅に低く抑えられます：単相の場合￥22,585、三相の場合￥57,623。

2.3 コスト効果的な供給方式​

• 単相システムは二線式高圧線（10％の節約）と二線または三線式低圧線（15％の節約）を使用し、工事費を削減します。
• 長距離の線路と分散した負荷を持つ農村電力網に理想的です。

2.4 生産上の利点​

• シンプルな構造により、大量生産が可能になり、非晶質合金コアなどの先進技術の導入を容易にし、さらにコストを削減します。

3. さまざまなシナリオでの適用性分析​

4. 合理的な適用の推奨​

4.1 容量選択​

• ​基本原則：「小容量、密な配置」：
• 農村地域：≤20kVA；都市地域：≤100kVA。
• ​配線：
• ≤40kVA：1回路；≥50kVA：2回路；単相三線式システムを優先。
• ​公式：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​（ここでkf：負荷係数；Kt：同時係数）。

4.2 設置方法​

• ​独立型：分散した村のために；負荷に近い位置に確保。
• ​分岐型：柔軟な電力切り替えのために。
• ​幹線型：三相負荷がない三相エリアのために。
• スペース節約とメンテナンスの容易さのために、単柱取り付けを優先。

4.3 混合電力供給​

• 単相負荷 ≤15% 三相負荷：直接合算；それ以外の場合、等価の三相負荷に変換。
• ​負荷マッチング：
• 単相：住宅負荷；三相：工業用モーター。
• 季節的な変動：負荷可変型変圧器を使用。

4.4 運転と維持管理​

• ​スマート監視：遠隔データ収集と計測。
• ​保護装置：
• 高圧側：PRWGまたはHPRW6落下型ヒューズ。
• 雷保護：ギャップレス複合絶縁体避雷器。
• 低圧側：遮断器 + モールドケースブレーカーで安全性を確保。

4.5 経済的考慮​

• ​LCCの利点：長期的なコストが低い（初期投資が高い場合でも、10年間で￥22,585対￥57,623）。

5. 今後のトレンドと展望​

• ​材料の革新：
• 非晶質合金および巻線コアは、それぞれ無負荷損失を70％〜80％と10％〜15％削減します。
• ​スマートグリッド統合：
• IoTによる監視とAI駆動の最適化により、リアルタイム管理が強化されます。
• ​再生可能エネルギーとの協調：
• 農村分散型PV/風力発電の統合を促進し、エネルギー吸収を改善します。
• ​標準化：
• 「農村電力網アップグレード技術原則」などのガイドラインにより、適用規範が洗練されます。