יישומי רגולטורי מתח למקורות מזון של 10kV

רשתות חשמל כפריות מאופיינות במספר גדול של נקודות, טווח גיאוגרפי רחב וקווים ארוכים להעברת חשמל. באותו הזמן, העומס החשמלי בכפרים מראה עונתיות חזקה. מאפיינים אלו מובילים לאיבודים גבוהים בקווי 10 ק"ו בכפרים, ובתקופות עומס שיא, המתח בסוף הקו יורד מאוד, מה שגורם לציוד המשתמשים לתפקד בצורה לא נכונה.

כיום, ישנן שלוש שיטות נפוצות לרגולציה של מתח ברשתות חשמל כפריות:

• שדרוג הרשת החשמלית: דורש השקעה רבה.

• הצפת המיתgnoreן העיקרי: מתייחס למתח על הסינוס כנקודת התייחסות. עם זאת, התמורות המתמידות משפיעות על הפעולה הבטוחה של המיתgnoreן העיקרי ולא יכולות להבטיח מתח יציב בקו.

• החלפת קבל מקבילים: מפחיתה את ירידת המתח הנגרמת על ידי עוצמה ריאקטיבית כאשר לרשת יש עומסים אינדוקטיביים גדולים, אך טווח הרגולציה של המתח צר.

לאחר דיון סופי, הוחלט לאמץ מכשיר רגולציה חדשני - רגולטור מתח קו 10 ק"ו (SVR), שהצליח לשפר באופן משמעותי את איכות המתח ברשת החשמל הכפרית. ובעזרת השוואת האמצעים לשיפור איכות המתח בטבלה הבאה, ניתן לראות כי שימוש ברגולטורי מתח קו הוא כיום הדרך הנכונה והיעילה ביותר לשיפור איכות המתח בקווי 10 ק"ו כפריים.

דוגמה ליישום

כדוגמה, ניקח את קו הצדק 10 ק"ו של תחנת טרנספורמציה מסוימת, תהליך התקנה של ה-SVR הוא כדלקמן:

• זהה את הנקודה הקריטית שבה ירידת המתח עולה על הגבולות המותרים.

• בחר את הקיבולת של ה-SVR בהתאם לעומס המרבי בנקודה הקריטית.

• קבע את טווח הרגולציה של המתח בהתאם לירידת המתח המדודה.

• בחר מקום התקנה תוך העדפה למקומות נגישים לתחזוקה.

שיטת חישוב

פרמטרי הקו:

• אורך: 20 ק"מ

• נשאי: LGJ-50

• התנגדות: R₀ = 0.65 אומגה/ק"מ

• ריאקטנס: X₀ = 0.4 אומגה/ק"מ

• קיבולת המיתgnoreן: S = 2000 kVA

• מקדם הכוח: cosφ = 0.8

• מתח מכוון: Ue = 10 kV

שלב 1: חישוב התנגדות הקו

• התנגדות: R = R₀ × L = 0.65 × 20 = 13 אומגה

• ריאקטנס: X = X₀ × L = 0.4 × 20 = 8 אומגה

• עוצמת פעילה: P = S × cosφ = 2000 × 0.8 = 1600 kW

• עוצמת ריאקטיבית: Q = S × sinφ = 2000 × 0.6 = 1200 kvar

שלב 2: חישוב ירידת המתח
ΔU = (PR + QX)/U = (1600×13 + 1200×8)/10 = 3.04 kV

שלב 3: קביעת גודל SVR

• מקום התקנה: 10 ק"מ מהמקור (נקודה קריטית עם מתח מדוד של 9.019 kV).

• עומס בנקודה קריטית: P = 1200 kW, cosφ = 0.8 → S = 1200/0.8 = 1500 kVA.

• קיבולת SVR שנבחרה: 2000 kVA.

שלב 4: טווח רגולציה של המתח

• מתח כניסה: U₁ = 9 kV (מדוד)

• מתח יעד: U₂ = 10.5 kV

• טווח רגולציה נדרש: 0～+20%.

שלב 5: חישוב הפחתת האיבודים
לאחר ההתקנה:

• אורך הקו שנותר: L₁ = 20 ק"מ - 10 ק"מ = 10 ק"מ

• הפחתת איבודי כוח:
  ΔP = R₀ × L₁ × (S²/U₁² - S²/U₂²)
  = 0.65 × 10 × (1500²/9² - 1500²/10.5²)
  = 63.9 kW

• הפחתה נטו (לאחר איבודי SVR): 63.9 kW - 4.4 kW = 59.5 kW

יתרונות כלכליים:

• חסכון אנרגיה שנתי: 59.5 kW × 24 שעות × 30 ימים × 4 חודשים ≈ 450,000 kWh

• חסכון בעלות: 450,000 kWh × ₪0.33/kWh ≈ ₪60,000

• הגדלת הכנסה: ₪80,000 בשנה

• זמן החזר ההשקעה: <1 שנה

זה מראה כי SVRs הם הפתרון היעיל והכלכלי ביותר לשיפור איכות המתח בכפרים.