کاربردهای تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خط 10kV

شبکه‌های برق روستایی با ویژگی‌هایی مانند تعداد زیاد گره‌ها، پوشش گسترده و خطوط انتقال طولانی مشخص می‌شوند. همچنین، بار الکتریکی در مناطق روستایی دارای فصلی بودن قوی است. این ویژگی‌ها منجر به افت بالای ولتاژ در خطوط تغذیه ۱۰ کیلوولت روستایی می‌شود و در دوره‌های بار حداکثری، ولتاژ در انتهای خط کاهش چشمگیری می‌یابد که باعث اختلال در عملکرد تجهیزات کاربران می‌شود.

در حال حاضر، سه روش تنظیم ولتاژ معمول برای شبکه‌های برق روستایی وجود دارد:

• به‌روزرسانی شبکه برق: نیازمند سرمایه‌گذاری زیاد است.

• تنظیم تبدیل‌کننده تپ چنگ شارژ شده اصلی: ولتاژ حافطه زیراستانیون را به عنوان مرجع می‌گیرد. اما تنظیمات مکرر عملکرد ایمن تبدیل‌کننده اصلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد و نمی‌تواند ولتاژ ثابت خط را تضمین کند.

• جابجایی خازنهای موازی: افت ولتاژ ناشی از توان واکنشی در مواقعی که شبکه بار‌های القایی بزرگ دارد را کاهش می‌دهد، اما محدوده تنظیم ولتاژ آن ضعیف است.

بعد از بحث نهایی، تصمیم گرفته شد که از یک دستگاه تنظیم ولتاژ جدید - تنظیم‌کننده ولتاژ خط ۱۰ کیلوولت (SVR) استفاده شود که به طور موثر کیفیت ولتاژ شبکه برق روستایی را بهبود بخشید. و از طریق مقایسه روش‌های بهبود کیفیت ولتاژ در جدول زیر، می‌توان دید که استفاده از تنظیم‌کننده‌های ولتاژ خط در حال حاضر بهترین روش برای بهبود کیفیت ولتاژ خطوط ۱۰ کیلوولت روستایی است.

مثال کاربردی

به عنوان مثال، خط ۱۰ کیلوولت توانيه یک زیراستانیون را در نظر بگیرید، فرآیند نصب SVR به صورت زیر است:

• تعیین نقطه بحرانی که در آن افت ولتاژ از حد مجاز فراتر می‌رود.

• انتخاب ظرفیت SVR بر اساس بار حداکثری در نقطه بحرانی.

• تعیین محدوده تنظیم ولتاژ بر اساس افت ولتاژ اندازه‌گیری شده.

• انتخاب مکان نصب با توجه به دسترسی برای نگهداری.

روش محاسبه

پارامترهای خط:

• طول: ۲۰ کیلومتر

• سیم‌کشی: LGJ - ۵۰

• مقاومت واحده: R₀ = ۰.۶۵ Ω/km

• واکنش واحده: X₀ = ۰.۴ Ω/km

• ظرفیت تبدیل‌کننده: S = ۲۰۰۰ kVA

• فاکتور توان: cosφ = ۰.۸

• ولتاژ اسمی: Ue = ۱۰ kV

مرحله ۱: محاسبه ممانعت خط

• مقاومت: R = R₀ × L = ۰.۶۵ × ۲۰ = ۱۳ Ω

• واکنش: X = X₀ × L = ۰.۴ × ۲۰ = ۸ Ω

• توان فعال: P = S × cosφ = ۲۰۰۰ × ۰.۸ = ۱۶۰۰ kW

• توان واکنشی: Q = S × sinφ = ۲۰۰۰ × ۰.۶ = ۱۲۰۰ kvar

مرحله ۲: محاسبه افت ولتاژ
ΔU = (PR + QX)/U = (۱۶۰۰×۱۳ + ۱۲۰۰×۸)/۱۰ = ۳.۰۴ kV

مرحله ۳: تعیین سایز SVR

• مکان نصب: ۱۰ کیلومتر از منبع (نقطه بحرانی با ولتاژ اندازه‌گیری شده ۹.۰۱۹ kV).

• بار در نقطه بحرانی: P = ۱۲۰۰ kW، cosφ = ۰.۸ → S = ۱۲۰۰/۰.۸ = ۱۵۰۰ kVA.

• ظرفیت انتخاب شده SVR: ۲۰۰۰ kVA.

مرحله ۴: محدوده تنظیم ولتاژ

• ولتاژ ورودی: U₁ = ۹ kV (اندازه‌گیری شده)

• ولتاژ خروجی هدف: U₂ = ۱۰.۵ kV

• محدوده تنظیم مورد نیاز: ۰～+۲۰%.

مرحله ۵: محاسبه کاهش تلفات
پس از نصب:

• طول خط باقی‌مانده: L₁ = ۲۰ کیلومتر - ۱۰ کیلومتر = ۱۰ کیلومتر

• کاهش تلفات:
  ΔP = R₀ × L₁ × (S²/U₁² - S²/U₂²)
  = ۰.۶۵ × ۱۰ × (۱۵۰۰²/۹² - ۱۵۰۰²/۱۰.۵²)
  = ۶۳.۹ kW

• کاهش خالص (پس از تلفات SVR): ۶۳.۹ kW - ۴.۴ kW = ۵۹.۵ kW

مزایای اقتصادی:

• صرفه‌جویی سالانه انرژی: ۵۹.۵ kW × ۲۴ ساعت × ۳۰ روز × ۴ ماه ≈ ۴۵۰,۰۰۰ kWh

• صرفه‌جویی هزینه: ۴۵۰,۰۰۰ kWh × ¥۰.۳۳/kWh ≈ ¥۶۰,۰۰۰

• افزایش درآمد: ¥۸۰,۰۰۰ سالانه

• دوره بازگشت سرمایه: <۱ سال

این نشان می‌دهد که SVRها بهترین و اقتصادی‌ترین راه‌حل برای بهبود کیفیت ولتاژ در مناطق روستایی هستند.