Aplicaciones de SVR (Reguladores Automáticos de Tensión de Alimentación) en Redes de Distribución Rural

1 Introducción

Con el crecimiento constante de la economía nacional, la demanda de electricidad aumenta. Para las redes rurales, los incrementos en la carga, la distribución desigual del suministro de energía y la limitada regulación de tensión de la red principal dejan algunas líneas de 10 kV (que superan los estándares nacionales de radio) en áreas remotas o con redes débiles. Estas líneas enfrentan una calidad de voltaje pobre, un factor de potencia bajo y pérdidas elevadas. Debido a restricciones de costos e inversión, no es factible la instalación masiva de nodos de alta tensión o la expansión de la red. El regulador automático de tensión de alimentación de 10 kV ofrece una solución técnica para problemas de largo radio y baja tensión.

2 Principio de funcionamiento del regulador de tensión

El regulador automático SVR tiene un circuito principal (autotransformador trifásico + interruptor de tomas bajo carga, estructura en la Figura 1) y una unidad de control. Su núcleo tiene bobinas de derivación, serie y de control de tensión:

• Bobina de serie: Con múltiples tomas, conectada entre la entrada/salida a través del interruptor de tomas, ajusta la tensión de salida.

• Bobina de derivación: Enrollamiento común, genera campos magnéticos de transferencia de energía.

• Bobina de control de tensión: Enrollada en la bobina de derivación, alimenta al controlador/motor y proporciona tensión de medición.

Lógica de funcionamiento: Las posiciones de toma en la bobina de serie (mediante el interruptor de tomas bajo carga) alteran las relaciones de espiras entre la entrada y la salida, ajustando la tensión de salida. Los interruptores bajo carga generalmente tienen 7 o 9 velocidades (seleccionables por el usuario según sus necesidades). La relación de espiras primario-secundario del regulador coincide con la de los transformadores, es decir:

3 Ejemplo de aplicación

3.1 Estado de la línea

Una línea de 10 kV tiene una longitud de tronco principal de 15.138 km, utilizando dos modelos de conductores: LGJ-70mm² y LGJ-50mm². La capacidad total de los transformadores de distribución es de 7260 kVA. Durante los períodos de carga máxima, la tensión en el lado de 220V de los transformadores de distribución en las secciones media y trasera de la línea cae hasta 175V.

Para la línea LGJ-70, la resistencia por kilómetro es de 0.458 Ω y la reactancia por kilómetro es de 0.363 Ω. Entonces, la resistencia y reactancia de la línea desde la subestación hasta el poste 97# del tronco principal son respectivamente:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

De acuerdo con la capacidad de los transformadores de distribución y la tasa de carga de la línea, la pérdida de tensión desde la subestación hasta el poste 97# del tronco principal puede calcularse como:

• Δu — Caída de tensión de la línea, unidad: kV.

• R — Resistencia de la línea, unidad: Ω.

• X — Reactancia de la línea, unidad: Ω.

• r — Resistencia por unidad de longitud, unidad: Ω.

• x — Reactancia por unidad de longitud, unidad: Ω.

• P — Potencia activa de la línea, unidad: kW.

• Q — Potencia reactiva de la línea, unidad: kvar.

Entonces, la tensión en el poste 97# del tronco principal es solo: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV en el poste 178 puede calcularse como: 8.42 kV. La tensión al final de la línea es: 8.39 kV.

3.2 Soluciones

Para garantizar la calidad de la tensión, los principales métodos y medidas de regulación de tensión en redes de distribución de media y baja tensión incluyen los siguientes aspectos:

• Construir una nueva subestación de 35 kV para acortar el radio de suministro de las líneas de 10 kV.

• Reemplazar la sección transversal del conductor para reducir la tasa de carga de la línea.

• Instalar compensación de potencia reactiva para la línea. Este método tiene un efecto de regulación pobre para situaciones con líneas largas y cargas grandes.

• Instalar un regulador automático de tensión de alimentación SVR. Tiene un alto grado de automatización, buen efecto de regulación de tensión y uso flexible. A continuación, se utilizan tres métodos para comparar soluciones para mejorar la calidad de tensión al final de la línea de bloque de 10 kV.

3.2.1 Esquema de construcción de una nueva subestación de 35 kV

Análisis de efecto esperado: Construir una nueva subestación puede acortar el radio de suministro, mejorar la tensión terminal de las líneas más largas y mejorar la calidad del suministro de energía. Este esquema puede resolver bien el problema de tensión, pero la inversión es relativamente grande.

3.2.2 Esquema de reconstrucción de la línea principal de 10 kV

Cambiar los parámetros de la línea principalmente implica aumentar la sección transversal del conductor. Para líneas con usuarios dispersos y secciones transversales de conductor pequeñas, el componente de resistencia en la pérdida de tensión representa una proporción relativamente grande. Por lo tanto, reducir la resistencia del conductor puede lograr un cierto efecto de regulación de tensión. La tensión terminal de 10 kV puede ajustarse de 8.39 kV a 9.5 kV.

3.2.3 Esquema de instalación de un regulador automático de tensión de alimentación SVR

Instale 1 conjunto de reguladores automáticos de tensión de 10 kV para resolver el problema de baja tensión en el terminal de la línea después del poste 161.

Análisis de efecto esperado: La tensión terminal de 10 kV puede ajustarse de 8.39 kV a 10.3 kV.

Después de un análisis comparativo, la tercera solución es la más económica y práctica. El conjunto completo de dispositivos de regulación automática de tensión de alimentación SVR logra la estabilidad de la tensión de salida ajustando la relación de espiras del autotransformador trifásico y tiene las siguientes ventajas principales:

• Puede realizar una regulación de tensión totalmente automática y bajo carga. El transformador en sí mismo adopta un autotransformador trifásico conectado en estrella, que tiene una gran capacidad y un volumen pequeño y puede erigirse entre dos postes (S ≤ 2000 KVA).

• El rango de regulación de tensión es generalmente -10% ~ +20%, lo que puede satisfacer los requisitos de tensión.

Según cálculos teóricos, se recomienda instalar un regulador automático de tensión de alimentación SVR con el modelo SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) en la línea principal. Después de instalar el regulador, la tensión máxima del poste 141 puede ajustarse a:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

En la fórmula:

• U₁₆₁ — La tensión en el punto de instalación después de instalar el regulador.

• 10/8 — La relación de espiras máxima del regulador con un rango de regulación de 0 ~ +20%.

La operación real ha demostrado que la función y el rendimiento del conjunto completo de dispositivos de regulación automática de tensión de alimentación SVR, que rastrea automáticamente los cambios en la tensión de entrada para asegurar una tensión de salida constante, son muy estables y son efectivos en la gobernanza de baja tensión.

3.2.4 Análisis de beneficios

Usar el regulador de tensión SVR en la línea ahorra una gran cantidad de fondos en comparación con construir una nueva subestación o reemplazar conductores. No solo se aumenta la tensión de la línea para cumplir con las regulaciones nacionales relevantes, resultando en buenos beneficios sociales; cuando la carga de la línea permanece sin cambios, aumentar la tensión de la línea reduce la corriente de la línea, reduciendo en cierta medida las pérdidas de la línea, logrando el objetivo de reducción de pérdidas y ahorro de energía, y mejorando los beneficios económicos de la empresa.

4 Conclusión

Para áreas con un potencial de crecimiento de carga limitado, especialmente redes eléctricas rurales que presentan líneas de 10 kV largas—donde los puntos de suministro de energía son insuficientes, los radios de suministro son grandes, las pérdidas de línea son altas, las cargas están sobrecargadas y no hay disponible un suministro de energía de subestación de 35 kV cercana en el corto a mediano plazo—el regulador automático de tensión de alimentación SVR ofrece una solución. Aborda la baja calidad de tensión y las altas pérdidas de energía eléctrica sin la necesidad de construir o retrasar la construcción de subestaciones de 35 kV.

Este enfoque brinda beneficios sociales y económicos significativos. Además, con un costo de inversión aproximadamente una décima parte de construir una nueva subestación de 35 kV, el SVR es altamente recomendable para su promoción en aplicaciones de redes eléctricas rurales.