Aplicaciones de reguladores de voltaje para alimentadores de 10kV

Las redes eléctricas rurales se caracterizan por numerosos nodos, amplia cobertura y largas líneas de transmisión. Al mismo tiempo, la carga eléctrica en las zonas rurales muestra una fuerte estacionalidad. Estas características llevan a pérdidas de línea altas en alimentadores rurales de 10 kV, y durante los períodos de carga máxima, el voltaje al final de la línea disminuye demasiado, causando que el equipo del usuario falle.

Actualmente, existen tres métodos comunes de regulación de voltaje para redes eléctricas rurales:

• Mejorar la red eléctrica: Requiere una inversión sustancial.

• Ajustar el cambiador de tomas bajo carga del transformador principal: Toma como referencia el voltaje del bus de la subestación. Sin embargo, los ajustes frecuentes afectan la operación segura del transformador principal y no pueden garantizar un voltaje de línea estable.

• Conmutar capacitores shunt: Reduce la caída de voltaje causada por la potencia reactiva cuando la red tiene cargas inductivas grandes, pero el rango de regulación de voltaje es estrecho.

Tras una discusión final, se decidió adoptar un nuevo tipo de dispositivo de regulación de voltaje, el regulador de voltaje de alimentador de 10 kV (SVR), que mejoró eficazmente la calidad del voltaje en la red eléctrica rural. Y a través de la comparación de medidas para mejorar la calidad del voltaje en la tabla siguiente, se puede ver que el uso de reguladores de voltaje de alimentador es actualmente la forma más efectiva de mejorar la calidad del voltaje en líneas rurales de 10 kV.

Ejemplo de Aplicación

Tomando como ejemplo la Línea 10 kV Tuanjie de cierta subestación, el proceso de instalación del SVR es el siguiente:

• Identificar el punto crítico donde las caídas de voltaje exceden los límites aceptables.

• Seleccionar la capacidad del SVR basándose en la carga máxima en el punto crítico.

• Determinar el rango de regulación de voltaje según la caída de voltaje medida.

• Elegir la ubicación de instalación priorizando la accesibilidad para el mantenimiento.

Método de Cálculo

Parámetros de la Línea:

• Longitud: 20 km

• Conductor: LGJ-50

• Resistividad: R₀ = 0.65 Ω/km

• Reactancia: X₀ = 0.4 Ω/km

• Capacidad del Transformador: S = 2000 kVA

• Factor de Potencia: cosφ = 0.8

• Voltaje Nominal: Ue = 10 kV

Paso 1: Calcular la Impedancia de la Línea

• Resistencia: R = R₀ × L = 0.65 × 20 = 13 Ω

• Reactancia: X = X₀ × L = 0.4 × 20 = 8 Ω

• Potencia Activa: P = S × cosφ = 2000 × 0.8 = 1600 kW

• Potencia Reactiva: Q = S × sinφ = 2000 × 0.6 = 1200 kvar

Paso 2: Cálculo de la Caída de Voltaje
ΔU = (PR + QX)/U = (1600×13 + 1200×8)/10 = 3.04 kV

Paso 3: Dimensionamiento del SVR

• Ubicación de Instalación: 10 km desde la fuente (punto crítico con voltaje medido 9.019 kV).

• Carga en el Punto Crítico: P = 1200 kW, cosφ = 0.8 → S = 1200/0.8 = 1500 kVA.

• Capacidad Seleccionada del SVR: 2000 kVA.

Paso 4: Rango de Regulación de Voltaje

• Voltaje de Entrada: U₁ = 9 kV (medido)

• Voltaje de Salida Objetivo: U₂ = 10.5 kV

• Rango de Regulación Requerido: 0～+20%.

Paso 5: Cálculo de Reducción de Pérdidas
Después de la instalación:

• Longitud Restante de la Línea: L₁ = 20 km - 10 km = 10 km

• Reducción de Pérdidas de Potencia:
  ΔP = R₀ × L₁ × (S²/U₁² - S²/U₂²)
  = 0.65 × 10 × (1500²/9² - 1500²/10.5²)
  = 63.9 kW

• Reducción Neta (después de la pérdida del SVR): 63.9 kW - 4.4 kW = 59.5 kW

Beneficios Económicos:

• Ahorro Anual de Energía: 59.5 kW × 24 h × 30 días × 4 meses ≈ 450,000 kWh

• Ahorro de Costos: 450,000 kWh × ¥0.33/kWh ≈ ¥60,000

• Aumento de Ingresos: ¥80,000 anualmente

• Período de Retorno: <1 año

Esto demuestra que los SVR son la solución más efectiva y económica para mejorar la calidad del voltaje en áreas rurales.