Аналіз переваг та рішень для однофазних розподільчих трансформаторів у порівнянні з традиційними трансформаторами
1. Структурні принципи та переваги ефективності
1.1 Структурні відмінності, що впливають на ефективність
Однофазні розподільчі трансформатори і трифазні трансформатори мають значні структурні відмінності. Однофазні трансформатори зазвичай використовують E-тип або обмоткову серцевину, тоді як трифазні трансформатори використовують трифазну серцевину або групову структуру. Ця структурна варіативність безпосередньо впливає на ефективність:
- Обмоткова серцевина у однофазних трансформаторах оптимізує розподіл магнітного потоку, зменшуючи високочастотні гармоніки та пов'язані з ними втрати.
- Дані показують, що однофазні обмоткові трансформатори мають на 10%–25% нижчі втрати при навантаженні та ~50% нижчі струми без навантаження по порівнянню з традиційними трифазними ламінатними трансформаторами, зі значно нижчим рівнем шуму.
1.2 Робочий принцип, що зменшує втрати
- Однофазні трансформатори обробляють лише однофазне перемінне струм, спрощуючи конструкцію, виключаючи різницю фаз і проблеми балансування магнітного потенціалу, притаманні трифазним системам.
- У трифазних трансформаторах нерівномірні навантаження викликають додаткові втрати: обертальні магнітні поля в східцях серцевини та поперечний потік магнітної розтечності на швах ламінації збільшують енергетичні втрати.
- Однофазні трансформатори уникдають цих проблем завдяки незалежним магнітним шляхам, підвищуючи ефективність роботи.
1.3 Режим живлення, що оптимізує втрати на лінії
- Однофазні трансформатори дозволяють використовувати модель живлення "мала потужність, щільне розташування, короткий радіус". Встановлюючи їх поблизу центрів навантаження, вони скорочують радіуси низьковольтного живлення, зменшуючи втрати на лінії.
- Практичні застосування використовують однополисний підвісний монтаж, що економить матеріали та підвищує ефективність встановлення — ідеально для модернізації сільських та міських периферійних мереж.
2. Переваги використання матеріалів та виробничих витрат
2.1 Економія матеріалів, що зменшує витрати
- Однофазні трансформатори використовують на 20% менше матеріалу для серцевини та на 10% менше міді, ніж рівноцінні трифазні одиниці.
- Це зменшує виробничі витрати на 20%–30%.
2.2 Приклад: модернізація сільської мережі
- У Шексіанському районі, після переходу на однофазні трансформатори:
- Витрати на будівництво низьковольтних ліній зменшилися на ~20%.
- Витрати на будівництво підстанцій зменшилися на ~66%.
- Хоча початкові інвестиції трохи вищі (наприклад, ¥5,000 для 50 кВА однофазного проти ¥4,500 для трифазного), Життєвий цикл вартості (LCC) за 10 років значно нижчий: ¥22,585 (однофазний) проти ¥57,623 (трифазний).
2.3 Економічні режими живлення
- Однофазні системи використовують двопровідні високовольтні лінії (економія 10%) та двопровідні або трипровідні низьковольтні лінії (економія 15%), зменшуючи витрати на інженерні роботи.
- Ідеально для сільських мереж з довгими лініями та розсіяними навантаженнями.
2.4 Виробничі переваги
- Спрощена конструкція дозволяє масове виробництво, сприяючи впровадженню передових технологій, таких як аморфні сплавні серцевини, що додатково знижує витрати.
3. Аналіз придатності в різних сценаріях
|
Сценарій застосування |
Основні характеристики |
Деталі випадку |
Ефект трансформації |
Переваги |
|
Сільські мережі живлення |
Довгі радіуси живлення, великі втрати на лінії, погана якість напруги |
Шексіанський район: 30 кВА трифазний трансформатор замінено двома однофазними (50 кВА + 20 кВА) |
Втрати на лінії ↓ з 12% до 2.2%; відповідність напруги ↑ з 97.61% до 99.9972% |
Розв'язує проблему "низької напруги", покращує надійність |
|
Міські житлові райони |
Зосереджені навантаження, падіння напруги в пікові моменти |
Анкан Донгсянці: 250 кВА трифазний замінено шістьма 50 кВА однофазними |
Втрати на лінії ↓ з 5.3% до 2.2%; стабілізація напруги на кінцевих точках |
Скорочує радіус живлення, підвищує якість напруги |
|
Системи вуличного освітлення |
Потенціал економії енергії через регулювання напруги |
Однофазні V/V₀ трансформатори зменшують напругу до 200 В вночі, економлячи 16% для 70 Вт високотисневих sodієвих ламп |
Нижчі втрати на лінії, інтелектуальне управління для ефективності |
Економія енергії через інтелектуальне управління |
4. Рекомендації щодо раціонального застосування
4.1 Вибір потужності
- Основний принцип: "Мала потужність, щільне розташування":
- Сільські райони: ≤20 кВА; міські райони: ≤100 кВА.
- Проводка:
- ≤40 кВА: 1 лінія; ≥50 кВА: 2 лінії; пріоритет однофазна трипровідна система.
- Формула: 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 (де kfk_fkf: фактор навантаження; KtK_tKt: фактор одночасності).
4.2 Методи встановлення
- Автономні: Для розсіяних сіл; забезпечує близькість до навантажень.
- Гілкові: Для гнучкого переключення живлення.
- Головні лінії: Для трифазних районів без трифазних навантажень.
- Пріоритет однополисного монтажу для економії простору та легкого обслуговування.
4.3 Гібридне живлення
- Однофазні навантаження ≤15% трифазних навантажень: пряма сумування; інакше, перетворення на еквівалентні трифазні навантаження.
- Збіг навантажень:
- Однофазні: житлові навантаження; трифазні: промислові двигуни.
- Сезонні коливання: Використання трансформаторів з регульованою потужністю при навантаженні.
4.4 Експлуатація та обслуговування
- Інтелектуальний моніторинг: Віддалене збирання даних та вимірювання.
- Захисні пристрої:
- Високовольтна сторона: PRWG або HPRW6 випадкові запобіжники.
- Захист від грози: беззазорні композитні ізолятори.
- Низьковольтна сторона: відокремлювачі + пластикові автоматичні вимикачі для безпеки.
4.5 Економічні розрахунки
- Перевага LCC: Нижчі довгострокові витрати, несмотря на вищі початкові інвестиції (наприклад, ¥22,585 проти ¥57,623 за 10 років).
5. Будучі тенденції та перспективи
- Інновації в матеріалах:
- Аморфні сплави та обмоткові серцевини зможуть додатково зменшити втрати при навантаженні на 70%–80% та 10%–15%, відповідно.
- Інтеграція з розумними мережами:
- Моніторинг з використанням IoT та оптимізація на основі AI підвищать реального часу управління.
- Синергія з відновлюваними джерелами енергії:
- Сприятиме інтеграції розподілених PV/ветрових систем у сільській місцевості, покращуючи поглинання енергії.
- Стандартизація:
- Рекомендації, такі як Технічні принципи модернізації сільських мереж, вдосконалить норми застосування.
