Diese Geräte entsprechen dem Standard 60076-11 und sind für die Betriebsbedingungen im ländlichen Afrika konzipiert, die durch hohe Temperaturen, Staub und abgelegene Mastinstallationen gekennzeichnet sind.
Zu den typischen Merkmalen des ländlichen Afrika gehören: verstreute Haushalte und große Entfernungen zwischen den Dörfern; Stromverbrauch hauptsächlich für Wohnbeleuchtung und Haushaltsgeräte, wobei einige Dörfer dreiphasige Stromlasten für kleine Wasserpumpen und Mühlen nutzen; begrenztes Wartungspersonal und schlechte Transportinfrastruktur; und umfangreiche Nutzung von 11-kV-Freileitungen mit Abwärtstransformation am Ende der Leitung auf 230-V-Einphasen- oder 400-V-Dreiphasenstrom.
Definition grundlegender Parameter
11-kV-Einphasentransformator:Mast-montiert; Primärspannung 11 kV, Sekundärspannung 230/240 V; typische Kapazität 10–100 kVA; Wird häufig in SWER-Systemen (Single Wire Earth Return) oder für den einphasigen Abgriff einer 11-kV-Leitung verwendet.
11-kV-Dreiphasentransformator: Auf einem Mast-oder auf einem Outdoor-Pad-montiert; 11kV/400V, Dyn11-Anschluss; Kapazität 50–1000 kVA; Drei-Phasen-Vier--Draht-Ausgang, der sowohl Stromlasten als auch einphasige Privatlasten versorgt.
Vergleich von Vor- und Nachteilen
| Vergleichsartikel | 11-kV-Einphasentransformator | 11-kV-Dreiphasentransformator |
|---|---|---|
| Geeignete Lasten | Haushaltsbeleuchtung, Aufladen von Telefonen, kleine Haushaltsgeräte.Keine Drehstrommotoren | Dörfer mit gemischten Haushaltslasten + Wasserpumpen, Getreidemühlen, kleine dreiphasige Verarbeitungslasten |
| Investitionen in Übertragungsleitungen | Kompatibel mit dem SWER-Einleiter-Erdungsrückleitungssystem; Niedrigere Hochspannungsleitungskosten für dünn besiedelte Gebiete | Erfordert komplette dreiphasige 11-kV-Freileitungen; höhere Kapitalkosten für die Anlage; geeignet für kompakte große Dörfer |
| Transport & Installation | Kompakt und leicht; einpolige Montage; einfacher Transport und Austausch bei schlechten Straßenverhältnissen | Schwerer; erfordert ein Doppelmast- oder Betonfundament; schwieriges Heben und Transportieren; größerer Platzbedarf für Ersatzteile |
| Verlustleistung | Akzeptabler Wirkungsgrad unter Leichtlastbedingungen; höherer Kernverlust pro kVA; kann keinen dreiphasigen Ausgang liefern | Höhere Effizienz bei mittelschweren Lasten; Dyn11 unterdrückt dreifache Harmonische; zusätzliche Verluste durch dreiphasige Unsymmetrie; schlechte Wirtschaftlichkeit bei sehr geringer Belastung |
| Betrieb und Wartung | Geräteausfälle betreffen nur eine kleine Anzahl von Kunden; einfacher Aufbau; strenge Erdungsanforderungen für SWER-Anwendungen | Ein einphasiger interner Fehler führt zum Ausfall einer kompletten Einheit im gesamten Dorf; komplexerer Schutz und Verkabelung; erfordert grundlegende lokale Wartungsfähigkeiten |
| Kapitalkosten | Niedriger Stückpreis; größere Gesamtmenge an Transformatoren für verteilte Kunden | Höherer Stückpreis; weniger Gesamteinheiten für konzentrierte Dorflasten |
Entscheidungsregeln für die Ausrüstungsauswahl im ländlichen Afrika (Practical Engineering)
Szenarien, die den [11-kV-Einphasen--Pol--montierten Transformator] bevorzugen
1. dünn besiedelte Gebiete mit Streusiedlungen und großen Entfernungen zwischen den Haushalten; keine dreiphasigen Stromgeräte, nur haushaltsübliche 230-V-Lasten;
2. Große abgelegene ländliche Elektrifizierungsprojekte unter Verwendung von SWER-11-kV-Verteilungsnetzen (Single-Wire Earth Return);
3. Geringe Anzahl an Haushalten, die pro Transformator versorgt werden (5–30 Haushalte); Einheitskapazität von 10–50 kVA;
4. Schlechte Straßenverhältnisse, die den Transport und das Heben schwerer Ausrüstung erschweren; begrenzte lokale O&M-Funktionen (Betrieb und Wartung).
Hinweis: Einphasige Lösungen-können keine Wasserpumpen, Mühlen oder kleine Verarbeitungsanlagen unterstützen; Das spätere Hinzufügen von drei-Phasenlasten würde eine Nachrüstung der Hoch-spannungsleitungen erfordern.
Szenarien, die den [11-kV-Drei--Pol--montierten oder auf einem Pad-montierten Transformator] bevorzugen
1. Clusterdörfer mit einer hohen Anzahl von Haushalten; Vorhandensein von drei-Phasenlasten wie Bewässerungspumpen, Mühlen, kleinen Werkstätten oder Klinikgeräten;
2. Dörfer mit Zukunftsplänen für kleine-industrielle oder kommerzielle Entwicklungen, die eine reservierte drei{2}}Phasenstromkapazität benötigen;
3. Vorhandene vollständige drei-phasige 11-kV-Freileitungen;
4. High number of households served per transformer (>50 Haushalte); Kapazität größer oder gleich 100 kVA.
Konfigurations-Highlights: Dyn11-Vektorgruppe; 20–30 % Kapazitätsmarge reserviert; Berechnung der Leistungsreduzierung für Umgebungen mit hohen-Temperaturen; Mastmontierter Typ für den Außenbereich mit verbesserter korrosions- und staubdichter Abdichtung.
Verwendung einer Bank aus drei einphasigen Transformatoren anstelle eines dreiphasigen Transformators
Erzielung einer dreiphasigen Stromversorgung über eine Gruppe von drei einphasigen Transformatoren:
Vorteile: Bei Ausfall einer Einheit können die beiden anderen Phasen weiterhin Strom liefern; gute Austauschbarkeit der Ersatzteile;
Kritische Nachteile: Höhere Gesamtverluste und Gesamtinvestitionskosten; komplexe-Installation und Verkabelung vor Ort; Die inkonsistente Bauqualität im ländlichen Afrika macht ein drei-Phasenungleichgewicht höchstwahrscheinlich; Im Allgemeinen sind sie besonderen „Insel“-Szenarien mit extrem schlechtem Zugang vorbehalten, bei denen der Transport extrem großer dreiphasiger Geräte nicht möglich ist.
Häufige Fallstricke bei der Ausrüstungsauswahl für das ländliche Afrika
1. Installation von einphasigen Transformatoren in Dörfern, die tatsächlich über Bewässerungspumpen verfügen, was es unmöglich macht, dreiphasige Geräte später mit Strom zu versorgen, und eine kostspielige Nachrüstung von Hochspannungsleitungen erforderlich macht.
2. Installation von Dreiphasentransformatoren in dünn besiedelten ländlichen Gebieten; Langfristiger Betrieb bei geringer Last führt zu hohen Leerlaufverlusten und einer erheblichen jährlichen Energieverschwendung.
3. Vernachlässigung des Erdungsdesigns in SWER-Systemen (Single-Wire Earth Return); Erdrückströme bergen das Risiko von Stufenspannungen und Stromschlägen bei Nutztieren. Daher muss der Erdungswiderstand streng kontrolliert werden.
4. Nichtberücksichtigung der Hoch-Leistungsminderung für einphasige-Transformatoren; Überlastung während tropischer Sommer beschleunigt die Alterung der Isolierung.
Kurzanleitung zur Entscheidungsfindung-
Verstreute Dörfer ohne Antriebsstrombedarf: Wählen Sie einphasige, an Masten montierte Transformatoren.
Große Dörfer mit Pumpstationen: Drei-Phasentransformatoren direkt installieren.
Kombination von drei einphasigen Einheiten zu einer dreiphasigen Versorgung: Vermeiden Sie dies, es sei denn, es handelt sich um besonders isolierte (Insel-)Standorte.
