Rural Dağıtım Ağlarında SVR (Besleme Otomatik Gerilim Düzenleyicileri) Uygulamaları

1 Giriş

Ulusal ekonominin istikrarlı büyümesiyle birlikte elektrik talebi artmaktadır. Kırsal ağlar için, yüklerin artması, güç dağıtımının dengesiz olması ve ana şebekeye voltage düzenleme olanaklarının sınırlı olması, bazı uzun 10 kV hatları (ulusal yarıçap standartlarını aşan) uzak/güçsüz şebeke bölgelerinde düşük voltaj kalitesi, düşük güç faktörü ve yüksek kayıplarla karşı karşıya bırakır. Maliyet ve yatırım kısıtlamaları nedeniyle, geniş çapta yüksek gerilim düğümleri veya şebeke genişletmesi mümkün değildir. 10 kV besleme otomatik voltaj düzenleyici, uzun yarıçaplı, düşük voltajlı sorunlara yönelik teknik bir çözüm sunar.

2 Voltaj Düzenleyicinin Çalışma Prensibi

SVR otomatik düzenleyicide, ana devre (üç fazlı ototransformator + yük altında tapyapıcı, Şekil 1'deki yapı) ve kontrol birimi bulunur. Çekirdeği paralel, seri ve kontrol voltaj bobinlerinden oluşur:

• Seri bobin: Çoklu tapyapıcı, giriş/çıkış arasında tapyapıcı aracılığıyla bağlanır, çıkış voltajını ayarlar.

• Paralel bobin: Ortak sarım, enerji transferi manyetik alanları oluşturur.

• Kontrol voltaj bobini: Paralel bobin üzerinde sarılır, kontrolcü/motoru çalıştırır ve ölçüm voltajı sağlar.

Çalışma mantığı: Seri bobindeki tapyapıcı pozisyonları (yük altında tapyapıcı aracılığıyla) giriş-çıkış sarım oranlarını değiştirerek çıkış voltajını ayarlar. Yük altında anahtar genellikle 7 veya 9 dişlide (kullanıcı ihtiyaçlarına göre seçilebilir). Düzenleyicinin birincil-ikincil sarım oranı transformatörlere benzerdir, yani:

3 Uygulama Örneği

3.1 Hat Durumu

10 kV hatın ana dalı 15.138 km uzunluğunda olup, iki iletken model kullanılmaktadır: LGJ - 70mm² ve LGJ - 50mm². Dağıtım transformatörlerinin toplam kapasitesi 7260 kVA'dır. Zirve yük dönemlerinde, hatın orta ve arka bölümlerindeki dağıtım transformatörlerinin 220V tarafındaki voltaj en düşük 175V'ye düşebilmektedir.

LGJ - 70 hatı için kilometre başına direnç 0.458 Ω ve kilometre başına reaktans 0.363 Ω'dur. O zaman, alttaki iletim hatından ana hatın 97# direğine kadar olan hat direnci ve reaktansı sırasıyla şu şekilde olacaktır:

R = 0.458 × 6.437 = 2.95Ω

X = 0.363 × 6.437 = 2.34Ω

Hatın dağıtım transformatörü kapasitesine ve yük oranına göre, alttaki iletim hatından ana hatın 97# direğine kadar olan voltaj kaybı hesaplanabilir:

• Δu — Hat voltaj düşüşü, birim: kV.

• R — Hat direnci, birim: Ω.

• X — Hat reaktansı, birim: Ω.

• r — Birim uzunluk başına direnç, birim: Ω.

• x — Birim uzunluk başına reaktans, birim: Ω.

• P — Hat aktif gücü, birim: kW.

• Q — Hat reaktif gücü, birim: kvar.

O zaman, ana hatın 97# direğindeki voltaj sadece: 10.4 - 0.77 = 9.63 kV 178 numaralı direkte hesaplanabilir: 8.42 kV. Hattın sonundaki voltaj: 8.39 kV.

3.2 Çözümler

Voltaj kalitesini sağlamak için orta ve düşük voltajlı dağıtım ağlarında temel voltaj düzenleme yöntemleri ve önlemler şunları içerir:

• Yeni 35 kV bir alttaki iletim hatı inşa etmek, 10 kV hatlarının güç sağlama yarıçapını kısaltmak.

• Hattın yük oranını azaltmak için iletken kesitini değiştirmek.

• Hat için reaktif güç kompansasyonu kurmak. Bu yöntem, uzun hatlar ve büyük yükler için düzenleme etkisi zayıftır.

• Bir SVR besleme otomatik voltaj düzenleyici kurmak. Yüksek derecede otomasyona sahiptir, iyi voltaj düzenleme etkisi ve esnek kullanım sağlar. Aşağıda, 10 kV blok hattının sonundaki voltaj kalitesini iyileştirmek için üç yöntem karşılaştırılır.

3.2.1 Yeni 35 kV Alttaki İletim Hatı İnşa Etme Şeması

Beklenen Etki Analizi: Yeni bir alttaki iletim hatı inşa etmek, güç sağlama yarıçapını kısaltır, daha uzun hatların terminal voltajını artırır ve güç sağlama kalitesini geliştirir. Bu şema voltaj sorununu iyi çözemez, ancak yatırım oldukça yüksektir.

3.2.2 10 kV Ana Hatı Yeniden Yapılandırma Şeması

Hat parametrelerini değiştirmek genellikle iletken kesit alanını artırmayı içerir. Kullanıcıları dağılmış ve iletken kesit alanı küçük olan hatlar için, voltaj kaybında direnç bileşeni önemli oranda yer alır. Bu nedenle, iletken direncini azaltarak belirli bir voltaj düzenleme etkisi elde edilebilir. 10 kV terminal voltajı 8.39 kV'dan 9.5 kV'ye ayarlanabilir.

3.2.3 SVR Besleme Otomatik Voltaj Düzenleyici Kurma Şeması

1 set 10 kV otomatik voltaj düzenleyici kurularak, 161 numaralı direkten sonraki hat ucundaki düşük voltaj sorunu çözülebilir.

Beklenen Etki Analizi: 10 kV terminal voltajı 8.39 kV'dan 10.3 kV'ye ayarlanabilir.

Karşılaştırmalı analiz sonucunda, üçüncü çözüm en ekonomik ve pratiktir. SVR besleme otomatik voltaj düzenleme tam set cihazı, üç fazlı ototransformatorun sarım oranını ayarlayarak çıkış voltajının stabilliğini sağlar ve aşağıdaki önemli avantajlara sahiptir:

• Tamamen otomatik ve yük altında voltaj düzenleme gerçekleştirebilir. Transformator kendisi, yıldız bağlantılı üç fazlı ototransformatördür, büyük kapasiteye ve küçük hacime sahiptir ve iki direk arasında dikilebilir (S ≤ 2000 KVA).

• Voltaj düzenleme aralığı genellikle -10% ~ +20% arasındadır, bu da voltaj gereksinimlerini karşılar.

Teorik hesaplamalara göre, ana hat üzerinde SVR-5000/10-7 (0 ~ +20%) modeli SVR besleme otomatik voltaj düzenleyici kurulmasını öneriyoruz. Voltaj düzenleyici kurulduktan sonra 141 numaralı direkte maksimum voltaj şu şekilde ayarlanabilir:

U₁₆₁=U×10/8=10.5 kV

Formülde:

• U₁₆₁ — Voltaj düzenleyici kurulduktan sonraki kurulum noktasındaki voltaj.

• 10/8 — 0 ~ +20% voltaj düzenleme aralığında voltaj düzenleyicinin maksimum sarım oranı.

Gerçek işlemler, SVR besleme otomatik voltaj düzenleme tam set cihazının, giriş voltajındaki değişiklikleri otomatik olarak takip ederek sürekli bir çıkış voltajı sağlaması konusunda çok kararlı olduğunu ve düşük voltaj yönetiminde etkili olduğunu kanıtlamıştır.

3.2.4 Fayda Analizi

Hat üzerinde SVR voltaj düzenleyici kullanılması, yeni bir alttaki iletim hatı inşa etmeye veya iletkenleri değiştirmeye kıyasla büyük miktarda fon tasarrufu sağlar. Sadece hat voltajının ilgili ulusal düzenlemelere uygun seviyeye çıkarılması ve toplumsal faydalar sağlanması değil, aynı zamanda hat yükünün sabit kalması durumunda, hat voltajının artırılması hat akımını azaltır, dolayısıyla hat kayıplarını belirli bir ölçüde azaltır, kayıp azaltma ve enerji tasarrufu amacına ulaşır ve işletmenin ekonomik faydalarını geliştirir.

4 Sonuç

Yük artış potansiyeli sınırlı olan bölgeler, özellikle 10 kV uzun hatları olan kırsal şebekeler—gücü sağlama noktaları yetersiz, sağlama yarıçapları büyük, hat kayıpları yüksek, yükler aşırı yüklenmiş ve yakın dönemde 35 kV alttaki iletim hatı güç sağlama imkanı olmadığı—için SVR besleme otomatik voltaj düzenleyici bir çözüm sunar. Bu, düşük voltaj kalitesi ve yüksek elektrik enerjisi kayıplarını, 35 kV alttaki iletim hatları inşa etmeden veya inşasını geciktirmeden ele alır.

Bu yaklaşım, önemli sosyal ve ekonomik faydalar sağlar. Ayrıca, yeni bir 35 kV alttaki iletim hatı inşa etme maliyetinin yaklaşık onda biri ile SVR, kırsal şebeke uygulamalarında yüksek düzeyde teşvik edilmesi gerekmektedir.