Akıllı Grid Teknolojilerinin Düşük Gerilimli Trafo Bölgelerindeki Hat Kayıp Yönetimi Üzerine Uygulaması

Dağıtım ağının önemli bir bileşeni olan düşük gerilimli dağıtım alanları (bu noktadan itibaren "düşük gerilimli dönüştürücü bölgeleri" olarak adlandırılacak) hat kayıpları aracılığıyla doğrudan elektrik sağlayıcı işletmelerinin ekonomik faydalarını ve son kullanıcıların elektrik tüketimi kalitesini etkiliyor. Ancak, geleneksel yönetim yaklaşımlarının doğruluk ve verimlilik açısından belirgin eksiklikleri var. Bu bağlamda, akıllı şebek teknolojilerinin uygulanması hat kayıp yönetimine yeni çözümler sunuyor. Gelişmiş teknik araçların tanıtılması, hem hat kayıp yönetiminde hassasiyet düzeyini etkili bir şekilde artırabilir, hem de enerji tasarrufu ve emisyon azaltma hedeflerine destek olabilir, bu da elektrik sektöründeki yüksek kaliteli gelişmeyi teşvik etmek için büyük önem taşır.

1.Düşük Gerilimli Dönüştürücü Bölgelerindeki Hat Kayıp Sorunları
Düşük gerilimli dönüştürücü bölgelerindeki hat kayıp sorunları genellikle teknik kayıplara ve yönetim kayıplarına ayrılır. Teknik kayıplar, ekipmanların doğal kayıplarından ve operasyonel kısıtlamalardan kaynaklanır - örneğin, dönüştürücülerde demir ve bakır kayıpları ve hat direncinden kaynaklanan güç kayıpları. Tipik bir düşük gerilimli dağıtım hatı örneğiyle, iletken kesit alanı 50 mm² ve yük akımı 200 A olduğunda, hatın kilometre başına güç kaybı yaklaşık 4 kW'dır.

Aynı koşullar altında iletken kesit alanı 70 mm²'ye çıkarıldığında, kayıp yaklaşık %30 azalır. Diğer taraftan, yönetim kayıpları genellikle ölçüm hataları, elektrik hırsızlığı veya yanlış operasyon ve bakım nedeniyle ortaya çıkar. Örneğin, geleneksel mekanik elektrik sayaçlarının hafif yük koşullarındaki ölçüm doğruluğu sadece yaklaşık %85'tir, bu, %99'u aşan akıllı sayaçlardan çok daha düşüktür. Ayrıca, üç faz dengesizliği hat kayıplarını önemli ölçüde artırabilir; bir dönüştürücü bölgesinde üç faz akım dengesizliği %15'i aşarsa, hat kayıp oranı %2 ile %5 arasında artar. Bu sorunların varlığı, manuel incelemelerin artık hassas yönetim taleplerini karşılamadığını gösteriyor ve yönetimin verimliliğini artırmak için akıllı yöntemler acil olarak gereklidir.

2.Düşük Gerilimli Dönüştürücü Bölgelerindeki Hat Kayıp Yönetimi İçin Uygulanan Akıllı Şebek Teknolojileri

2.1 HPLC (Yüksek Hızlı Güç Hatı İletişim) Teknolojisi
HPLC teknolojisinin temel ilkesi, mevcut düşük gerilimli dağıtım hatlarını iletişim ortamı olarak kullanarak, kombine devreler aracılığıyla güç hatlarına yüksek frekanslı modüle edilmiş sinyaller ekleyerek yüksek hızda veri iletimini sağlamaktır. Bu teknoloji, dönüştürücü bölgelerinde hat çalışma durumunun gerçek zamanlı izlenmesi, elektrik enerjisi veri toplama ve kullanıcı elektrik bilgisi etkileşim gibi senaryolarda yaygın olarak uygulanır.

Uygulama sırasında, ilk adım dönüştürücü bölgesinin hat çevresi üzerinde bir alan araştırması yapmak, kanal özelliklerini ve interferans seviyelerini değerlendirmek, böylece en iyi taşıyıcı frekansı (genellikle 1.7-30 MHz arasında) ve kombine yöntemi belirlemektir. Ardından, dağıtım dönüştürücüsünün düşük gerilim tarafında, şube kutularında ve kullanıcı elektrik sayaçlarında özel kombine ediciler ve HPLC iletişim modülleri kurulur, böylece dönüştürücü bölgesinde bir iletişim ağı oluşturulur. Aynı zamanda, protokol dönüştürme yoluyla üst katman uygulama sistemleriyle sorunsuz bir entegrasyon sağlamak için bir ana istasyon sistemi dağıtılır.

İşletme ve bakım aşamasında, ekipmanların düzenli incelemeleri ve kalibrasyonları yapılmalı, iletişim sinyal kalitesi izlenmelidir ve herhangi bir anormallik hemen ele alınmalıdır. Örneğin, taşıyıcı sinyal zayıflaması 30 dB'yi aşarsa veya bit hata oranı 1×10⁻⁴'ün üzerine çıkarırsa, hat arızaları veya elektromanyetik interferans kaynakları incelenmelidir. Gerektiğinde, iletim gücü (genellikle -10 dBm ile 30 dBm arasında) ayarlanmalı veya kombine ediciler değiştirilmeli, böylece sistem çalışmasının kararlılığını sağlamak gerekir. 

İletişim istikrarını artırmak için, HPLC sistemleri genellikle uyumlu modülasyon şemalarını benimser, kanal kalitesine dayalı olarak modülasyon modlarını dinamik olarak seçer. Farklı modülasyon şemaları, veri hızı, gürültüye karşı dayanıklılık ve kapsama alanı açısından farklılık gösterir, bu nedenle dönüşüm bölgesindeki yük dalgalanmalarına ve gürültü koşullarına göre optimize edilmesi gerekir. Örneğin, gece saatlerinde yükler hafif olduğunda ve gürültü seviyeleri düşük olduğunda daha yüksek dereceli modülasyon etkinleştirilebilir, bu da veri aktarım hızını artırır, ancak gündüz zirve saatlerinde güvenilir iletişim sağlamak için sağlam bir moda geçiş yapılır. Tablo 1, HPLC sistemlerinde yaygın olarak kullanılan üç modülasyon şemasını ve onların teknik özelliklerini listeler, saha parametre yapılandırması için referans sağlar.

Tablo 1 HPLC için Yaygın Modülasyon Yöntemlerinin Teknik Özellikler Karşılaştırması

2.2 Akıllı Faz Değiştirme Anahtarı
Akıllı faz değiştirme anahtarı prensibi, üç fazlı akımı ve gerilimleri ölçmeyi, yük dengesizliğini gerçek zamanlı hesaplamayı ve bu dengesizliğin önceden belirlenmiş bir eşiğin (genellikle %10–%20) üzerinde olduğunda yüklerin değiştirilmesini kontrol etmeyi içerir. Bu cihaz genellikle dönüştürücü bölgelerinin sonlarında, özellikle ağır tek fazlı yükler olan alanlarda uygulanır.

Uygulama sırasında:
İlk olarak, uygun bir kurulum yeri seçilmelidir—örneğin şube kutularında veya dağıtım dönüştürücülerinin düşük voltajlı tarafında—kurulum ve bakım kolaylığını sağlamak için.
İkinci olarak, yük dağılımını anlamak için bir saha çalışması yapılmalı ve anahtar kapasitesi (Tablo 2'ye bakınız) uygun şekilde yapılandırılmalıdır. Kurulum ve komisyonlama aşamasında, kontrol stratejisi ve koruma ayarlarının optimize edilmesi için yük simülasyon testleri gerçekleştirilmelidir; örneğin, aşırı akım koruması genellikle nominal akımın 1.2 katına ayarlanır.
Üçüncü olarak, dönüştürücü bölgesinin işletim izleme sistemi güçlendirilmeli ve anahtar ile bilgi alışverişine ve uzaktan kontrole imkan tanıyabilmek için geliştirilmelidir.
Dördüncü olarak, işletme ve bakım aşamasında, mekanik aşınma veya kötü temas gibi potansiyel arızaları zamanında tespit etmek ve ele almak için anahtara düzenli olarak önleyici testler uygulanmalıdır. Ayrıca, dönüştürücü bölgesinin yük değişimi eğilimleri düzenli olarak analiz edilmeli ve gerekirse anahtarın kontrol mantığı ve parametre ayarları yeniden düzenlenmelidir.

Tablo 2 Akıllı Anahtar Kapasitesi Yapılandırma Referansı

2.3 Düşük Gerilimli Hat Otomatik Gerilim Düzenleyici
Düşük gerilimli hat otomatik gerilim düzenleyicinin temel prensipi, hat gerilimini ve akımını gerçek zamanlı olarak ölçmek, hat impedansı ve güç faktörü dahil olmak üzere parametreleri hesaplamak ve sapmalara göre dönüştürücünün tapyapıcı konumunu otomatik olarak ayarlamak, böylece çıkış geriliminin kabul edilebilir bir aralıkta kalmasını sağlamaktır. Bu cihaz, özellikle hat sonlarındaki bölgelerde gerilimin aşırı yüksek veya düşük olma eğiliminde olduğu düşük gerilimli dağıtım ağlarında yaygın olarak kullanılır.

İlk olarak, uygun bir kurulum yeri seçilmelidir—örneğin, bir dağıtım dönüştürücüsünün düşük gerilimli tarafında veya halka ana biriminde—and yer çalışması, hat boyunca besleme yarıçapını ve kullanıcı dağılımını anlamak için gerçekleştirilmelidir.
İkinci olarak, düzenleyici kapasitesi (Tablo 3'e bakınız) ve kontrol stratejisi belirlenmelidir. Kurulum ve komisyonlama aşamasında, boş yük ve yük testleri, gerilim düzenleme doğruluğunu (genellikle ±1.5% içinde olması gerektiği) ve tepki süresini (genellikle 30 saniyi aşmamalıdır) doğrulamak, ayrıca aşırı gerilim ve düşük gerilim dahil olmak üzere koruma fonksiyonlarını doğrulamak için gerçekleştirilmelidir.
Üçüncü olarak, komisyonlandıktan sonra kapsamlı bir operasyon yönetim sistemi kurulmalıdır, inceleme, işletme ve bakım için gereklilikler açıkça tanımlanmalı ve düzenleyicinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için gerekli önlemler alınmalıdır. Örneğin, eğer tek fazlı gerilim sürekli olarak nominal değerin ±7%'inden fazla saparsa 5 dakika boyunca, veya üç fazlı gerilim dengesizliği %2'yi aşarsa, nedeni hemen belirlenip düzeltici önlemler alınmalıdır. İşletme veri analizi, doğru yapılandırılmış otomatik gerilim düzenleyicilerin hat gerilimi uyumluluğunu %5 ile %15 arasında artırabileceğini ve gerilim ihlalleri nedeniyle oluşan hat kayıplarını önemli ölçüde azaltabileceğini göstermektedir.

Tablo 3 Düşük Gerilimli Hat Otomatik Gerilim Düzenleyicileri için Seçim Referansı

3.Teknoloji Uygulaması

3.1 Vaka Arka Planı ve Hat Kaybı Sorunları
Trasformator Bölgesi A, eski bir şehir merkezinde yer almakta olup, 1.5 km güç sağlama yarıçapına sahiptir, 712 ev müşterisi ve 86 ticari müşteriye hizmet vermektedir. Bölgenin dağıtım altyapısı, 400 kVA nominal kapasiteli bir S11-M.RL-400/10 tipi dağıtım trasformatörü, altı düşük gerilimli çıkış hatları—iki JKLGYJ-120 mm² şebekeli ve dört JKLGYJ-70 mm² şebekeli—ortalama 510 metrelik hattan oluşmaktadır; ayrıca, dört HXGN-12 halka anahtarlama ünitesi ve 18 düşük gerilimli entegre dağıtım kabini bulunmaktadır.

Son yıllarda, yerel şehir yenileme ve ticari kurumların genişlemesi nedeniyle bu trasformator bölgesindeki yük sürekli artmaktadır. Örneğin, 2018 yılında zirve yükü 285 kW'ya ulaştı, elektrik tüketimi yıllık olarak %7.6 artarken, hat kayıp oranı %9.7 seviyesine yükseldi, aynı dönem için yönetiş hedefi olan %6.5'yi önemli ölçüde aştı.

Saha incelemeleri aşağıdaki kritik sorunları ortaya çıkardı:

• Dağıtım trasformatörü ve hat bağlantı noktalarında kötü temas, yerel ısıtmaya ve ek kayıplara neden oldu;

• Üç fazlı yük dağılımında düzensizlik, maksimum dengesizlik %18.2'ye ulaştı;

• Bazı kullanıcılar tarafından yetkisiz kablolama ve elektrik hırsızlığı;

• Eski ölçüm cihazları, ölçüm hataları ±%5'i aşmıştır.

Bu faktörler, bölgedeki sürekli yüksek hat kayıplarına katkıda bulunarak ciddi bir yönetim zorluğu yarattı.

3.2 Teknoloji Seçimi ve Uygulaması
Trasformator Bölgesi A'daki hat kaybı sorunlarını çözmek için, HPLC iletişim, akıllı faz geçiş anahtarları ve otomatik gerilim düzenleyicileri içeren kapsamlı bir çözüm, kapsamlı bir değerlendirme sonucunda uygulandı.

Öncelikle, HPLC kombine edici ve iletişim modülleri, dönüşüm ünitesinin düşük gerilimli tarafına monte edildi ve her bir şube kutusu ve kullanıcı sayacı üzerinde ilgili ekipman yerleştirildi, böylece tüm trasformatör bölgesini kapsayan yüksek hızlı güç hat taşıyıcı iletişim ağı oluşturuldu. Bu ağ, anlık çalışma durumunu izlemeyi, yani busbar ve şubelerdeki gerilim, akım, güç gibi kritik göstergeleri ve ekipman sıcaklığı, harmonik bozulma gibi kritik göstergeleri sağladı. İşletme ve bakım personeli bu şekilde anormal durumları zamanında tespit edebildi. Ayrıca, yüksek doğrulukla enerji ölçüm verileri, hat kaybı analizi ve yönetimine sağlam bir destek sağladı.

İkinci olarak, ana şube kutularında ve kritik yük konumlarında, maksimum 250 A'lık işlem akımı ile çalışabilen altı akıllı faz geçiş anahtarı ünitesi yüklendi. Bu anahtarlar, üç fazlı akım dengesizliğini sürekli ölçer ve dengesizlik %15'i aşarsa yükleri otomatik olarak yeniden dağıtarak, üç fazın etkili bir şekilde dengelenmesini sağladı. Saha testleri, anahtar işlemleri 30 ms içinde tamamlandığını ve kullanıcıları rahatsız etmeyen pürüzsüz geçişleri doğruladı. Komisyondan üç ay sonra, bölgedeki üç fazlı dengesizlik %18.2'den %6.5'e düşürüldü ve hat kayıp oranı %1.7 azaldı.

Üçüncü olarak, hat uçlarındaki gerilim ihlallerini ele almak üzere, 710 metre uzaklıktaki trasformatörden 200 kVA akıllı gerilim düzenleyici yüklendi. Düzenleyici, 210–430 V giriş gerilim aralığına sahiptir ve 220 V ±2% çıktıyı korur. Gerçek zamanlı gerilim ölçümlerine dayanarak hat ucundaki sarılım oranını otomatik olarak ayarlayarak, terminal geriliminin kabul edilebilir aralıkta tutulmasını sağlar. Komisyondan bu yana, düzenleyici çeşitli yük zirveleri ve vadi boyunca hızlı yanıt verdi, dokuz kritik izleme noktasındaki gerilim uyumluluğu oranını %87'den %98.5'in üzerindeki seviyeye yükseltti.

“İzleme–kontrol–optimizasyon” kapalı döngü yönetim yaklaşımıyla, bu önlemler Trasformator Bölgesi A'nın hat kaybı performansını önemli ölçüde iyileştirdi, yaklaşık 120.000 kWh yıllık enerji tasarrufu sağlandı ve belirgin ekonomik faydalar elde edildi. Önemli göstergeler arasındaki karşılaştırma Tablo 4'te gösterilmiştir.

Tablo 4: Alan A'da Kapsamlı Yönetişten Önce ve Sonra Ana Göstergelerin Karşılaştırması

Gerçek uygulamada, aşağıdaki noktalar da dikkate alınmalıdır:
İlk olarak, HPLC iletişim güvenilirliği, iletim gücü, kanal kodlaması ve diğer parametreler, dönüşüm bölgesinin spesifik koşullarına göre makul şekilde yapılandırılmalıdır; gerekirse, iletişim mesafesini uzatmak için röle yöntemleri kullanılabilir.
İkinci olarak, faz değiştirme anahtarlarının zamanlaması ve kilitleme mantığı, aşırı veya yanlış geçiş işlemlerini önlemek için dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır—örneğin, anahtar, dengesizliğin %15'i üzerinde olması ve 3 dakika sürenin devam etmesi durumunda harekete geçecek şekilde yapılandırılabilir.
Üçüncü olarak, otomatik voltaj düzenleyicisinin doğru seçimi ve kapasite yapılandırması, mekanik aşınmaya neden olabilecek sık ayarlamaları önlemek için belirli bir marj içermelidir; otomatik voltaj düzenleyici seçimi ve yapılandırma kılavuzu için Tablo 5'e başvurunuz.

Tablo 5 Otomatik Voltaj Düzenleyicileri İçin Model Seçim Referansı

Ayrıca, yüksek kaliteli bir operasyon ve bakım ekibi, sistemin uzun vadeli istikrarlı çalışmasını sağlamak için de kritik öneme sahiptir. Sadece gerçek ihtiyaçlara yakından uyum sağlayarak, yerel koşullara göre teknik çözümleri seçme ve iyileştirme, ve sağlam bir yönetim mekanizmasıyla desteklenerek, hat kaybı yönetiminin sürekli iyileştirilmesi gerçekten gerçekleştirilebilir.

4.Sonuç
Düşük gerilim dönüştürücü bölgelerindeki hat kaybı yönetimi, elektrik tedariki kalitesini ve ekonomik etkinliği artırmak açısından büyük önem taşımaktadır ve akıllı şebeke teknolojilerinin uygulanması bu konuda güçlü bir destek sağlamaktadır. Pratik işlerde, HPLC (Yüksek Hızlı Güç Hatı İletişimi), akıllı faz değiştirme anahtar cihazları ve düşük gerilimli hat otomatik voltaj düzenleyicileri gibi teknolojiler, araştırma ve uygulamanın odak noktaları haline gelmiştir. Bu teknolojilerle, dönüştürücü bölgesi işletim durumlarının gerçek zamanlı izlenmesi, üç faz yüklerinin dinamik dengelenmesi ve terminal voltajının hassas düzenlenmesi gerçekleştirilebilir.

Belirli bir il merkezindeki Dönüşücü Bölgesi A'nın örneğini ele alacak olursak, kapsamlı bir onarım sonrasında, hat kaybı oranı %9.7'den %6.1'e düştü ve voltaj uyumluluğu oranı %11.5 arttı, bu da önemli ekonomik ve sosyal faydalar sağladı.

Ancak, mevcut teknoloji uygulamalarında hala geliştirilmesi gereken alanlar var—örneğin, iletişim anti-parazit yeteneklerini daha da artırma ve ekipmanların kendiliğinden uyum sağlama stratejilerini ince ayarlama. Gelecekte, odak noktası akıllı cihazların entegre tasarımı ve koordineli kontrolüne doğru kaymalı ve büyük veri ve yapay zeka temelli hat kaybı tahmin modellerinin daha derinlemesine keşfedilmesine yönelik olmalıdır. Ayrıca, sistemlerin uzun vadeli istikrarlı çalışmasını sağlamak için operasyon ve bakım personeline yönelik teknik eğitimlerin artırılması da hayati önem taşımaktadır. Bu önlemler, düşük gerilim dönüştürücü bölgelerindeki hat kaybı yönetimi için daha etkili ve sürdürülebilir çözümler sunacaktır.