Analiza zaletów i rozwiązań dla jednofazowych transformatorów dystrybucyjnych w porównaniu do tradycyjnych transformatorów

1. Zasady konstrukcyjne i korzyści z efektywności​

1.1 Różnice konstrukcyjne wpływające na efektywność​
Transformatory jednofazowe i trójfazowe mają znaczące różnice konstrukcyjne. Transformatory jednofazowe zwykle wykorzystują strukturę typu E lub ​obrączkową strukturę rdzenia, podczas gdy transformatory trójfazowe używają trójfazowego rdzenia lub grupowego układu. Ta zmienność strukturalna bezpośrednio wpływa na efektywność:

• Obrączkowy rdzeń w transformatorach jednofazowych optymalizuje rozkład natężenia magnetycznego, ​redukuje wysokie harmoniczne​ i związane z nimi straty.
• Dane pokazują, że transformatory jednofazowe z obrączkowym rdzeniem mają ​10%–25% niższe straty bez obciążenia​ i ​~50% niższe prądy bez obciążenia​ w porównaniu do tradycyjnych transformatorów trójfazowych z laminowanym rdzeniem, z istotnie zmniejszonym poziomem hałasu.

1.2 Zasada działania zmniejszająca straty​

• Transformatory jednofazowe przetwarzają tylko jednofazowe prąd przemienny, upraszczając projekt przez eliminację różnic fazowych i problemów z bilansowaniem potencjału magnetycznego występujących w systemach trójfazowych.
• W transformatorach trójfazowych nierównoważne obciążenia powodują ​dodatkowe straty: rotujące pola magnetyczne w połączeniach rdzenia i poprzeczne przecieki natężenia magnetycznego w szwach laminacji zwiększają dyspersję energii.
• Transformatory jednofazowe unikają tych problemów dzięki ​niezależnym ścieżkom magnetycznym, zwiększając efektywność operacyjną.

1.3 Tryb zasilania optymalizujący straty liniowe​

• Transformatory jednofazowe umożliwiają tryb zasilania oparty na modelu ​​"mała moc, gęsta dystrybucja, krótki promień"​​. Poprzez instalację blisko centrów obciążenia skracają promienie zasilania napięciem niskim, zmniejszając straty liniowe.
• Praktyczne zastosowania wykorzystują ​jednopunktowe montowanie na słupie, oszczędzając koszty materiałów i zwiększając efektywność montażu—idealne do modernizacji sieci w rejonach wiejskich i na obrzeżach miast.

2. Korzyści wynikające z użycia materiałów i kosztów produkcji​

2.1 Oszczędności materiałowe zmniejszające koszty​

• Transformatory jednofazowe zużywają ​20% mniej materiału do rdzenia​ i ​10% mniej miedzi​ niż jednostki trójfazowe o równoważnej mocy.
• To zmniejsza koszty produkcji o ​20%–30%​​.

2.2 Przypadek studyjny: Modernizacja sieci wiejskiej​

• W powiecie Shexian, po przyjęciu transformatorów jednofazowych:
• Koszty budowy linii niskiego napięcia spadły o ​~20%​.
• Koszty budowy strefy podstacji spadły o ​~66%​​.
• Pomimo nieco wyższych początkowych inwestycji (np. ¥5,000 dla 50kVA jednofazowego vs. ¥4,500 dla trójfazowego), ​Całokształtowe Koszty Cyklu Życia (LCC)​​ w ciągu 10 lat są znacznie niższe: ¥22,585 (jednofazowy) vs. ¥57,623 (trójfazowy).

2.3 Ekonomiczne tryby zasilania​

• Systemy jednofazowe wykorzystują ​dwuprowadnicowe linie wysokiego napięcia​ (oszczędność 10%) i ​dwu- lub trzyprzewodowe linie niskiego napięcia​ (oszczędność 15%), redukując koszty inżynieryjne.
• Idealne dla sieci wiejskich z długimi liniami i rozproszonymi obciążeniami.

2.4 Zalety produkcyjne​

• Prostsza struktura umożliwia ​masową produkcję, ułatwiając adopcję zaawansowanych technologii, takich jak rdzenie z amorficznego stopu, co dalsze obniża koszty.

3. Analiza zastosowania w różnych scenariuszach​

4. Rekomendacje dotyczące racjonalnego zastosowania​

4.1 Wybór mocy​

• ​Główna zasada: "Mała moc, gęsta dystrybucja":
• Obszary wiejskie: ≤20kVA; obszary miejskie: ≤100kVA.
• ​Przewodzenie:
• ≤40kVA: 1 obwód; ≥50kVA: 2 obwody; priorytet ​system jednofazowy trójprzewodowy​.
• ​Wzór: 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​ (gdzie kfk_fkf​: współczynnik obciążenia; KtK_tKt​: współczynnik jednoczesności).

4.2 Metody montażu​

• ​Samodzielne: Dla rozproszonych wsi; zapewnia bliskość do obciążeń.
• ​Typ gałęzi: Dla elastycznego przełączania zasilania.
• ​Typ główny: Dla obszarów trójfazowych bez obciążeń trójfazowych.
• Priorytet ​jednopunktowego montażu​ dla oszczędzania miejsca i łatwego utrzymania.

4.3 Hybrydowe zasilanie​

• Obciążenia jednofazowe ≤15% obciążeń trójfazowych: bezpośrednia suma; w przeciwnym razie, przeliczenie na równoważne obciążenia trójfazowe.
• ​Dopasowanie obciążeń:
• Jednofazowe: obciążenia mieszkalne; trójfazowe: silniki przemysłowe.
• Fluktuacje sezonowe: Używanie ​transformatorów z regulacją mocy pod obciążeniem​.

4.4 Eksploatacja i konserwacja​

• ​Inteligentny monitoring: Zdalne zbieranie danych i pomiar.
• ​Urządzenia ochronne:
• Strona wysokiego napięcia: PRWG lub HPRW6 wyłączniki spadkowe.
• Ochrona przed piorunami: bezprzerwy złożone izolatory zaporowe.
• Strona niskiego napięcia: ​wyłączniki odseparowane + wyłączniki z obudową​ dla bezpieczeństwa.

4.5 Rozważania ekonomiczne​

• ​Zaleta LCC: Niższe koszty długoterminowe, mimo wyższej początkowej inwestycji (np. ¥22,585 vs. ¥57,623 w ciągu 10 lat).

5. Tendencje i perspektywy przyszłości​

• ​Innowacje materiałowe:
• Amorficzne stopy i rdzenie obrączkowe dalsze obniżą straty bez obciążenia o ​70%–80%​​ i ​10%–15%​, odpowiednio.
• ​Integracja z inteligentnymi sieciami:
• Monitorowanie obsługiwane przez IoT i optymalizacja sterowana przez AI zwiększą zarządzanie w czasie rzeczywistym.
• ​Synergia z energią odnawialną:
• Ułatwia integrację rozproszonej PV/wiatr w rejonach wiejskich, zwiększając absorpcję energii.
• ​Standardyzacja:
• Wytyczne, takie jak Zasady techniczne modernizacji sieci energetycznych wiejskich, udoskonalią normy zastosowania.