單相變壓器

變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線的線圈，並且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流（具有某一已知頻率）流於其中的一組線圈時，於另一組線圈中將感應出具有相同頻率的交流電壓，而感應的電壓大小取決於兩線圈耦合及磁交鏈的程度。 ^[1] 

單相變壓器即一次繞組和二次繞組均為單相繞組的變壓器。

單極性開關電源，指輸出為單極性，也就是隻有正極、負極輸出，相對於雙極性開關電源説的，雙極性開關電源有三條輸出，分為正電源、負電源、地線。

單相變壓器結構簡單、體積小、損耗低，主要是鐵損小，適宜在負荷密度較小的低壓配電網中應用和推廣。蘇州市就累計使用1000多台，節電45GWh，經驗值得推廣。有的資料顯示單相變壓器在發達國家得到廣泛應用，例如美國、日本，單相供電製成為居民供電的主要方式，在這種宣傳下，有些人因此而認為單相供電具有“降損”的魔力，認為單相變壓器比三相變壓器更節能，認為單相供電制比三相供電制更優越。其實不然，單相變壓器與單相供電制只是當前三相供電制的補充形式，由於其自身特性的約束，它只能應用於某些特定的領域。 ^[1] 

單相變壓器變損是否低？在以前關於介紹單相變壓器及單相供電技術的論文中，認為單相變壓器比同容量的三相變壓器空載損耗小、節能，並且變損低。有的論文列舉出的應用實例，提到改造具有的經濟效益時，用D10、D11甚至D12系列的變壓器和同容量的S9系列變壓器進行比較，例如提到同容量的D11單相變壓器比S9三相變壓器空載損耗降低得多，因此認為單相變壓器比三相變壓器運行更經濟，其實這是個誤解。舉例時忽略了兩者之間的技術層次上的差異，根據JB/T3837-1996《變壓器類產品型號編制辦法》，對變壓器型號的編序的性能水平做了規定，凡大一號的性能參數要提高到一個新水平。例如D10系列變壓器是根據S10變壓器參數設計的，論證D10或者D11等系列變壓器的降低損耗的效果時，應選取同型號的S10或S11變壓器進行比較，選取S9系列變壓器作為參照物其實是不公平的。

另外，普通S9系列變壓器採用的是疊裝式鐵芯結構，而D10、D11等大多采用了卷鐵芯結構：疊裝式鐵芯和卷鐵芯存在工藝技術上的差別，卷鐵芯結構克服了傳統疊裝鐵芯結構中無法克服的缺點，例如在一張鐵芯疊片中，沿外側和沿內側的磁路長度相差較大，使得磁通在鐵片內不是均勻分佈，併產生高次諧波，結果導致損耗增加。在三相鐵芯中，鐵軛和B相的芯柱交會區域內，由於三相磁動勢的原因產生旋轉磁場使損耗增加，在鐵芯疊片彼此之間對接處有接縫，在此接縫區域內，有橫向穿越疊片的磁通而使損耗增加。因此，卷鐵芯變壓器比疊裝鐵芯變壓器空載損耗小，空載電流小。同是11型號的100 kVA容量的三相卷鐵芯密封變壓器與單相卷鐵芯變壓器除了重量明顯差異外，技術指標差別並不明顯。所以一直認為的單相變壓器比三相變壓器變損小、節能的結論是沒有依據的。

單相供電方式是否線損低？根據電路原理，同樣的距離輸送同樣的功率P ，功率因數為1，三相供電方式與單相供電方式的線路損失如下。假設使用同截面的導線，導線電阻為R。單相變壓器兩線方式供電，輸送功率P 時，相線、中性線中電流為I ，產生的線路損失為 P 單損 = 2I^2R。三相變壓器三相四線方式供電，輸送功率P時，線路中相電流為I /3，理想狀態下中性線無電流，相線 P 相損 =（I/3）²R = I²R/9。

本方式下線路損失為P三損 = 3×（I /3）²R = I²R/3。通過計算可見，三相供電方式的線路損失是最低的，單相供電的方式比三線制的損耗高6倍。由此可見，單相供電方式在與三相供電方式在降低線路損失方面並無優勢。 ^[1] 

相同容量的單相變壓器比三相變壓器用鐵減少20%，用銅減少10%。尤其是採用卷鐵芯結構時，變壓器的空載損耗可下降15%以上，這將使單相變壓器的製造成本和使用成本同時下降，從而獲得最佳的壽命週期成本。

在電網中採用單相供電系統，可節省導線33%～63%，按經濟電流密度計算，可節約導線重量42%，按機械強度計算，可降低導線消耗66%。因此可降低整個輸電線路的建設投資。這在我國地域廣闊的農村和城鎮的路燈照明及居民生活用電方面是很有意義的。

單相變壓器由於結構簡單，適合大批量的現代化生產，有利於提高產品質量和效益。第四，適於引入新技術、新材料、新工藝，獲得技術加分，黨的十六屆五中全會提出把節約資源作為基本國策，“十一五”規劃《綱要》進一步把“十一五”時期單位GDP能耗降低20%左右作為約束性指標。在這個大背景下，降損附加值高的新產品將大有所為。在線損理論計算時可以發現，80%的線路損失發生在20%的主幹線上，因此縮短低壓主幹線距離，就可以大大減少低壓線損，由於單相變壓器重量輕，可以靈活安裝在電杆上使用，便於深入負荷中心，就近降壓供電，提高供電質量。一般單相變壓器在小範圍內供電，發生故障波及面小，利於提高供電可靠性。同時，因為單相變壓器重量輕，安裝維護方便，使用靈活，可以單相使用，也可以三台組成三相變壓器使用。

變壓器小容量化的代價輕負荷地區進行單相供電制建設，可減少建設投資。大負荷地區進行單相供電制的改造，必須有較大的經濟投入。筆者看到，有的單相變壓器在居民小區的試點，實行的是將大變壓器化成多個小變壓器，臨近負荷安裝，縮短低壓主幹線距離，由於電源點到負載的距離是一定的，縮短低壓供電距離，必然要延長高壓輸電距離，此種改造需要大量的投資，例如原來3個單元30户人家使用160 kVA三相變壓器1台，改用3台50 kVA單相變壓器供電，表2列出兩種改造方案的用料及損耗變化，很明顯的增加了建設投入。其一，為了減少低壓主幹線的線損，要將高壓線路引入負荷中心，增加高壓線路建設投資。其二，採用多台小容量變壓器後的空載損耗和負荷損耗，都比原先單台大容量變壓器多。其三，多台小容量變壓器的購置資金也大於單台大容量變壓器的購置資金。國外由於居民用電多，幾家或者每家使用一台單相變壓器，是因為國家富裕，電力部門大量資金投入的結果。雖然投資較大，對於他們總的來説還是合算的。

單相變壓器應用的侷限性首先，單相變壓器由於電壓單一，只能應用於照明或小型電機，應用範圍具有侷限性。而我國農村因有副業和作坊，不能廣泛推廣，即使用，也只是作為三相供電制度的補充使用。單相變壓器得到應用，一是應用於深山區，居民分散，用電負荷小，基本沒有動力應用，可大大減少線路投資；二是應用於路燈。其次，是單相變壓器所引起的引高壓進負荷中心容易受到人們的抵制。人們法制觀念提高，對於居住環境的關心也非常重視，沒有哪個業主願意電業部門在門前樹根“旗杆”，上面掛有變壓器，帶有高壓電，並且還發出噪音。同時，房地產商人只要求電力方便，他們卻不願意自己的藍圖裏出現電力設施的影子。一是怕電磁輻射，二是怕危險，三是怕影響景觀。電力部門收費到户，線路損失是電力部門的事情，業主與開發商沒有義務為電力部門提供方便。 ^[1] 

1、對單相變壓器的容量進行合理選擇

1）相變壓器容量選擇原則

當10kV配網中的用電負荷處於正常狀態的時候，可以通過減少設備容量來降低線路損耗過高的現狀，低壓配電網的負荷是隨時變化的，會隨着用電時間、季節等發生改變，在10kV配網設計過程中一般採用單三混一的配電變壓器安裝方案，這種方案可以配置一台或多台單相配電變壓器，根據具體的用電負荷的變化情況以及低壓電網的運行方式決定單相變電器的容量需求，從而選擇更合適的變壓器進行供電。

2）對具體的容量進行確定

確定單相變壓器容量就是確定單相變壓器供電範圍的過程，在確定其供電範圍時應該要遵循“小容量、分佈緊密”的基本原則，單相變壓器的供電範圍不能太大，儘量減少供電密度。同時，單相變壓器的容量也與安裝方式有很大關係，單相變壓器的安裝方式一般為單杆柱安裝，由於單相變壓器只有兩個低壓繞組，在相同容量下，變壓器的低壓額定電流比三相變壓器多50%，因此可以確定出單相變壓器的具體容量大小。例如容量 80k VA 單相變壓器低壓側的額定電流與 125kVA 三相變壓器低壓側的額定電流接近。在傳統的配網設計中，構架式三相配電變壓器的容量一般不大於 500kVA，這是綜合考慮了多方面因素之後得到的結果，在具體的配網設計過程中，通過單杆構架式安裝方式安裝的單相變壓器的總容量應不大於 100k VA。

2、安裝方式的選擇

單相變壓器的設計是為了給用户提供更加穩定的電能產品，減少用電負荷過高帶來的各種問題，在對單相變壓器進行安裝的時候通常有三種方式，要根據不同的情況選擇合適的安裝方式：

第一，獨立型安裝。單相變壓器的安裝與其他的低壓電網之間沒有聯繫，單相變壓器自成系統、獨立運行。這種安裝方式中單相變壓器最接近負荷中心，尤其是和在一些城鄉結合部以及零散的村莊使用。

第二，分路型安裝。這種安裝方式中，單相變壓器的低壓支線要與主線保持斷開，並且要接上新的電源，以便三相變壓器電源和單相變壓器電源與支線之間實現良好、順暢地轉換。

第三，主線型安裝。這種方式主要適用於三相台區末端無三相負荷的情況，首先將主線斷開，並且將單相變壓器接到電源供主線尾端，實現電源間的轉換。

3、接線方案的選擇

對單相變壓器進行接線的時候主要有兩種方案，一種是人工搭拆方式，採用人工搭拆方式，在高壓側與低壓側的工作方式是不相同的，在高壓側單相變壓器會以跌落式熔斷器作為主要控制器，進行操作。在低壓側，當單相變壓器投入運行的時候，需要人工拆除與三相低壓電源的主線連接，然後再搭接單相變壓器低壓側，當單相變壓器退出運行的時候，需要將單相變壓器低壓側拆除，再將三相低壓電源主線搭接回去。另一種是刀閘轉換方式，採用一把四極雙投刀閘進行控制，可以實現在配網的低壓側對單相變壓器電源和三相變壓器電源進行轉換。 ^[2]