Anwendungen von 10kV-Speisenspannungsreglern

Ländliche Stromnetze zeichnen sich durch zahlreiche Knoten, eine weite Abdeckung und lange Übertragungsleitungen aus. Gleichzeitig zeigt die elektrische Last in ländlichen Gebieten starke Saisonalität. Diese Merkmale führen zu hohen Leitungsschwundverlusten auf 10 kV ländlichen Speisern, und während der Spitzenlastperioden sinkt die Spannung am Ende der Leitung zu tief, was zu Fehlfunktionen von Geräten der Nutzer führt.

Derzeit gibt es drei gängige Methoden zur Spannungsregelung in ländlichen Stromnetzen:

• Ausbau des Stromnetzes: Erfordert erhebliche Investitionen.

• Einstellung des unter Last arbeitenden Schaltgetriebes des Haupttransformators: Nimmt die Spannung der Umspannwerksbusse als Referenz. Allerdings beeinträchtigen häufige Einstellungen den sicheren Betrieb des Haupttransformators und können eine stabile Leitungsspannung nicht gewährleisten.

• Schalten von Parallelschaltkondensatoren: Reduziert den Spannungsabfall, der durch Blindleistung bei großen induktiven Lasten im Netz verursacht wird, aber der Regelbereich ist eng begrenzt.

Nach einer abschließenden Diskussion wurde beschlossen, ein neues Spannungsregelgerät einzusetzen — den 10 kV Speiserspannungsregler (SVR), der die Spannungsqualität des ländlichen Stromnetzes effektiv verbesserte. Und durch den Vergleich der Maßnahmen zur Verbesserung der Spannungsqualität in der folgenden Tabelle kann man sehen, dass der Einsatz von Speiserspannungsreglern derzeit die wirksamste Methode zur Verbesserung der Spannungsqualität von ländlichen 10 kV Leitungen ist.

Anwendungsbeispiel

Am Beispiel der 10 kV Tuanjie-Leitung eines bestimmten Umspannwerks verläuft der Installationsprozess des SVR wie folgt:

• Identifizierung des kritischen Punkts, an dem der Spannungsabfall über tragbare Grenzen hinausgeht.

• Auswahl der SVR-Kapazität basierend auf der maximalen Last am kritischen Punkt.

• Festlegung des Regelbereichs gemäß dem gemessenen Spannungsabfall.

• Wahl des Installationsorts mit Priorität für Wartbarkeit.

Berechnungsmethode

Leitungsparameter:

• Länge: 20 km

• Leiter: LGJ-50

• Spezifischer Widerstand: R₀ = 0,65 Ω/km

• Reaktanz: X₀ = 0,4 Ω/km

• Transformatorleistung: S = 2000 kVA

• Leistungsfaktor: cosφ = 0,8

• Nennspannung: Ue = 10 kV

Schritt 1: Berechnung der Leitungsimpedanz

• Widerstand: R = R₀ × L = 0,65 × 20 = 13 Ω

• Reaktanz: X = X₀ × L = 0,4 × 20 = 8 Ω

• Wirkleistung: P = S × cosφ = 2000 × 0,8 = 1600 kW

• Blindleistung: Q = S × sinφ = 2000 × 0,6 = 1200 kvar

Schritt 2: Berechnung des Spannungsabfalls
ΔU = (PR + QX)/U = (1600×13 + 1200×8)/10 = 3,04 kV

Schritt 3: Dimensionierung des SVR

• Installationsort: 10 km vom Quellpunkt entfernt (kritischer Punkt mit gemessener Spannung 9,019 kV).

• Last am kritischen Punkt: P = 1200 kW, cosφ = 0,8 → S = 1200/0,8 = 1500 kVA.

• Ausgewählte SVR-Kapazität: 2000 kVA.

Schritt 4: Regelbereich der Spannung

• Eingangsspannung: U₁ = 9 kV (gemessen)

• Ziel-Ausgangsspannung: U₂ = 10,5 kV

• Erforderlicher Regelbereich: 0～+20%.

Schritt 5: Berechnung der Verlustreduktion
Nach der Installation:

• Verbleibende Leitungslänge: L₁ = 20 km - 10 km = 10 km

• Reduktion der Leistungsverluste:
  ΔP = R₀ × L₁ × (S²/U₁² - S²/U₂²)
  = 0,65 × 10 × (1500²/9² - 1500²/10,5²)
  = 63,9 kW

• Netto-Reduktion (nach SVR-Verlusten): 63,9 kW - 4,4 kW = 59,5 kW

Wirtschaftliche Vorteile:

• Jährliche Energiesparmenge: 59,5 kW × 24 h × 30 Tage × 4 Monate ≈ 450.000 kWh

• Kosteneinsparungen: 450.000 kWh × €0,33/kWh ≈ €60.000

• Erhöhung des Umsatzes: €80.000 pro Jahr

• Ammortisationszeitraum: <1 Jahr

Dies zeigt, dass SVRs die effektivste und wirtschaftlichste Lösung zur Verbesserung der Spannungsqualität in ländlichen Gebieten sind.