Aplicações de SVR (Reguladores Automáticos de Tensão de Alimentação) em Redes de Distribuição Rural

1 Introdução

Com o crescimento estável da economia nacional, a demanda por eletricidade aumenta. Para as redes rurais, com cargas crescentes, distribuição de fornecimento de energia desigual e limitação no ajuste de tensão da rede principal, algumas linhas longas de 10 kV (excedendo os padrões nacionais de raio) em áreas remotas ou com rede fraca enfrentam problemas de qualidade de tensão, fator de potência baixo e perdas elevadas. Devido às restrições de custo e investimento, não é viável a criação em massa de nós de alta tensão ou a expansão da rede. O regulador automático de tensão de alimentação de 10 kV oferece uma solução técnica para problemas de baixa tensão em longos raios.

2 Princípio de Funcionamento do Regulador de Tensão

O regulador automático SVR possui um circuito principal (autotransformador trifásico + mudador de derivação sob carga, estrutura na Figura 1) e uma unidade de controle. Seu núcleo tem bobinas de derivação, série e de controle de tensão:

• Bobina de série: Multi-tapada, conectada entre entrada/saída através do mudador de derivação, ajusta a tensão de saída.

• Bobina de derivação: Bobinagem comum, gera campos magnéticos de transferência de energia.

• Bobina de controle de tensão: Enrolada na bobina de derivação, alimenta o controlador/motor e fornece tensão de medição.

Lógica de funcionamento: As posições de derivação na bobina de série (através do mudador de derivação sob carga) alteram as relações de espiras de entrada-saída, ajustando a tensão de saída. Os interruptores sob carga geralmente têm 7 ou 9 engrenagens (selecionáveis pelo usuário conforme as necessidades). A relação de espiras primária-secundária do regulador corresponde aos transformadores, isto é:

3 Exemplo de Aplicação

3.1 Status da Linha

Uma linha de 10 kV tem um comprimento de tronco principal de 15,138 km, utilizando dois modelos de condutor: LGJ-70mm² e LGJ-50mm². A capacidade total dos transformadores de distribuição é de 7260 kVA. Durante períodos de carga pico, a tensão no lado de 220V dos transformadores de distribuição nas seções média e posterior da linha cai para tão baixo quanto 175V.

Para a linha LGJ-70, a resistência por quilômetro é 0,458 Ω e a reatância por quilômetro é 0,363 Ω. Então, a resistência e a reatância da linha da subestação até o poste 97# do tronco principal são, respectivamente:

R = 0,458 × 6,437 = 2,95 Ω

X = 0,363 × 6,437 = 2,34 Ω

De acordo com a capacidade e a taxa de carga dos transformadores de distribuição da linha, a queda de tensão da subestação até o poste 97# do tronco principal pode ser calculada como:

• Δu — Queda de tensão da linha, unidade: kV.

• R — Resistência da linha, unidade: Ω.

• X — Reatância da linha, unidade: Ω.

• r — Resistência por unidade de comprimento, unidade: Ω.

• x — Reatância por unidade de comprimento, unidade: Ω.

• P — Potência ativa da linha, unidade: kW.

• Q — Potência reativa da linha, unidade: kvar.

Então, a tensão no poste 97# do tronco principal é apenas: 10,4 - 0,77 = 9,63 kV no poste 178 pode ser calculada como: 8,42 kV. A tensão no final da linha é: 8,39 kV.

3.2 Soluções

Para garantir a qualidade da tensão, os principais métodos e medidas de regulação de tensão em redes de distribuição de média e baixa tensão incluem os seguintes aspectos:

• Construir uma nova subestação de 35 kV para encurtar o raio de fornecimento de linhas de 10 kV.

• Substituir a seção transversal do condutor para reduzir a taxa de carga da linha.

• Instalar compensação de potência reativa para a linha. Este método tem um efeito de regulação pobre para situações com linhas longas e cargas grandes.

• Instalar um regulador automático de tensão de alimentação SVR. Ele tem um alto grau de automação, bom efeito de regulação de tensão e uso flexível. Abaixo, três métodos são usados para comparar soluções para melhorar a qualidade da tensão no final da linha de bloco de 10 kV.

3.2.1 Esquema de Construção de uma Nova Subestação de 35 kV

Análise de Efeito Esperado: Construir uma nova subestação pode encurtar o raio de fornecimento, melhorar a tensão terminal de linhas mais longas e melhorar a qualidade do fornecimento de energia. Este esquema pode resolver bem o problema de tensão, mas o investimento é relativamente grande.

3.2.2 Esquema de Reconstrução da Linha Principal de 10 kV

Alterar parâmetros da linha envolve principalmente aumentar a seção transversal do condutor. Para linhas com usuários dispersos e seções transversais de condutor pequenas, o componente de resistência na perda de tensão representa uma proporção relativamente grande. Portanto, reduzir a resistência do condutor pode alcançar um certo efeito de regulação de tensão. A tensão terminal de 10 kV pode ser ajustada de 8,39 kV para 9,5 kV.

3.2.3 Esquema de Instalação de um Regulador Automático de Tensão de Alimentação SVR

Instalar 1 conjunto de reguladores automáticos de tensão de 10 kV para resolver o problema de baixa tensão no terminal da linha após o poste 161.

Análise de Efeito Esperado: A tensão terminal de 10 kV pode ser ajustada de 8,39 kV para 10,3 kV.

Após análise comparativa, a terceira solução é a mais econômica e prática. O conjunto completo de dispositivo de regulação automática de tensão de alimentação SVR alcança a estabilidade da tensão de saída ajustando a relação de espiras do autotransformador trifásico e tem as seguintes principais vantagens:

• Pode realizar regulação de tensão totalmente automática e sob carga. O próprio transformador adota um autotransformador trifásico estrela, que tem grande capacidade e pequeno volume e pode ser erigido entre dois postes (S ≤ 2000 KVA).

• A faixa de regulação de tensão é geralmente -10% ~ +20%, o que pode atender aos requisitos de tensão.

De acordo com cálculos teóricos, recomenda-se instalar um regulador automático de tensão de alimentação SVR com o modelo SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) na linha principal. Após a instalação do regulador, a tensão máxima do poste 141 pode ser ajustada para:

U₁₆₁=U×10/8=10,5 kV

Na fórmula:

• U₁₆₁ — A tensão no ponto de instalação após a instalação do regulador.

• 10/8 — A relação de espiras máxima do regulador com uma faixa de regulação de 0 ~ +20%.

A operação real provou que a função e o desempenho do conjunto completo de dispositivo de regulação automática de tensão de alimentação SVR, que acompanha automaticamente as mudanças na tensão de entrada para garantir uma tensão de saída constante, são muito estáveis e eficazes no gerenciamento de baixa tensão.

3.2.4 Análise de Benefícios

Usar o regulador de tensão SVR na linha economiza uma grande quantidade de fundos em comparação com a construção de uma nova subestação ou a substituição de condutores. Não só a tensão da linha é aumentada para atender aos regulamentos nacionais relevantes, resultando em bons benefícios sociais; quando a carga da linha permanece inalterada, o aumento da tensão da linha reduz a corrente da linha, reduzindo, em certa medida, as perdas da linha, atingindo o objetivo de redução de perdas e economia de energia, e melhorando os benefícios econômicos da empresa.

4 Conclusão

Para áreas com potencial de crescimento de carga limitado, especialmente redes elétricas rurais com linhas longas de 10 kV — onde os pontos de fornecimento de energia são insuficientes, os raios de fornecimento são grandes, as perdas de linha são altas, as cargas estão sobrecarregadas e não há fornecimento de energia de subestações de 35 kV próximas disponível no curto a médio prazo — o regulador automático de tensão de alimentação SVR oferece uma solução. Ele aborda a baixa qualidade de tensão e as altas perdas de energia elétrica sem a necessidade de construir ou adiar a construção de subestações de 35 kV.

Esta abordagem proporciona benefícios sociais e econômicos significativos. Além disso, com um custo de investimento aproximadamente um décimo do de construir uma nova subestação de 35 kV, o SVR é altamente recomendado para aplicações em redes elétricas rurais.