Apa aspek desain dan aplikasi dari pengatur tegangan otomatis umpan 10KV?

Setelah proyek renovasi jaringan listrik pedesaan, jaringan distribusi pedesaan telah mengalami peningkatan yang signifikan. Namun, karena keterbatasan seperti medan, lanskap, dan skala investasi, tata letaknya tidak optimal. Akibatnya, radius pasokan listrik beberapa garis transmisi 10 kV melebihi rentang yang wajar. Dengan perubahan musim dan siang-malam, terjadi fluktuasi tegangan yang signifikan, menyebabkan masalah seperti kualitas tenaga listrik yang tidak memenuhi standar dan kerugian garis yang relatif tinggi, yang sangat mempengaruhi kehidupan dan produksi petani. Oleh karena itu, makalah ini merancang perangkat pengatur tegangan jenis baru: pengatur tegangan otomatis feeder.

1 Prinsip Kerja Pengatur Tegangan

Pengatur tegangan otomatis adalah perangkat yang secara otomatis melacak perubahan tegangan input untuk memastikan tegangan output yang stabil. Perangkat ini dapat digunakan secara luas dalam sistem pasokan listrik 6 kV, 10 kV, dan 35 kV, dan dapat menyesuaikan tegangan input secara otomatis dalam rentang 20%. Pemasangan perangkat pada 1/2 atau 2/3 jarak dari awal garis dapat memastikan kualitas tegangan garis.

Untuk gardu induk di mana transformator utama tidak memiliki kemampuan pengaturan tegangan beban, pengatur tegangan otomatis juga dapat dipasang pada sisi garis keluar dari transformator utama gardu induk untuk mencapai pengaturan tegangan beban. Ada beberapa tap di sisi sekunder transformator. Dengan menggunakan mikrokomputer tunggal untuk mengontrol on-off thyristor, disediakan beberapa tingkat pengaturan tegangan, sehingga mencapai tujuan pengaturan tegangan feeder.

2 Penyetelan Tegangan Aksi Tap Pengatur Tegangan

Pengatur tegangan feeder dapat menyesuaikan tap sesuai dengan kondisi beban yang berbeda dan mengubah rasio transformasi berdasarkan tegangan garis untuk mencapai pengaturan tegangan. Pengaturan ini memiliki 7 tap dan rentang pengaturan tegangan 30%, memungkinkannya untuk memenuhi dengan baik persyaratan pengaturan tegangan pedesaan.

2.1 Prinsip Penyetelan Tegangan Tap Pengatur Tegangan

Karena fluktuasi beban, tegangan di ujung garis akan berubah. Untuk penurunan tegangan yang berbeda, diperlukan penyesuaian pengaturan tap pengatur tegangan. Gambar 1 menggambarkan jaringan transmisi listrik pedesaan yang typikal. Di sini, panjang garis ditetapkan sebagai L km, dan daya di ujung garis ditetapkan sebagai S = P + jQ MVA.

Persyaratan untuk pergantian gigi: Pastikan bahwa tegangan di ujung garis bervariasi dalam rentang 7%; umumnya, loncatan gigi tidak diperbolehkan; jumlah pergantian gigi harus sedikit mungkin.

Anggap rasio transformasi adalah K, tegangan di awal garis adalah U₀, tegangan di ujung garis adalah U₁, tegangan input pengatur tegangan adalah U_in, dan tegangan output adalah U_out, dengan U_out = KU_in.

Berdasarkan model, persamaan berikut berlaku: U₁=U_out−ΔU_1.

Di mana ΔU₁ adalah penurunan tegangan dari titik pemasangan pengatur tegangan ke ujung garis, dan x adalah jarak dari titik pemasangan pengatur tegangan ke awal garis. Dengan demikian:

(U₀ - U_in) adalah penurunan tegangan dari awal garis ke titik pemasangan.α = U₀/U_out adalah rasio tingkat tegangan garis sebelum dan setelah titik pemasangan pengatur tegangan. Misalkan (L-x)/x=K₁, dan dengan mensubstitusikannya, kita mendapatkan:

Di antaranya, tegangan U₁ di ujung garis perlu memenuhi kondisi batas 9.7 < U₁ < 10.7. Dengan mensubstitusikannya ke dalam rumus di atas, rentang U_in di bawah kondisi K yang diketahui dapat diperoleh. Namun, jelas, karena adanya U₀/U_out, diperlukan penyelesaian persamaan kuadrat satu variabel, dan akan ada masalah akar palsu. Makalah ini menyederhanakan persamaan tersebut.

Untuk analisis &alpha;=U₀/U_out, U_out dan U₁ memiliki tren meningkat atau menurun yang sama. U₀ adalah konstan, sehingga &alpha;=U₀/U_out, U_out berbanding terbalik dengan U₁. Juga dapat dianalisis bahwa ketika U₁ = 9.3, &alpha;&asymp;1; dan ketika U₁=10.7,&alpha; sedikit kurang dari 1. Oleh karena itu, persamaan batas dapat ditulis sebagai:

Yaitu:

2.2 Contoh Penyetelan

Seperti yang dapat dilihat dari Rumus (5), sebenarnya, penyetelan aksi pergantian gigi hanya berkaitan dengan tegangan input U_in pengatur tegangan dan rasio K_t jarak dari titik pemasangan pengatur tegangan ke panjang garis. Tidak perlu mengukur beban aktual di ujung garis, yang sangat menyederhanakan kesulitan teknik nyata.

Ambil contoh garis transmisi tertentu. Masih gunakan model seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Panjang garis transmisi adalah 20 km. Pengatur tegangan biasanya dipasang di tengah garis. Di sini, jarak dari awal garis diambil sebagai x = 9, km, dan K_t = 11/9. Substitusikan ke dalam Rumus (5), dan kita dapatkan:

Untuk posisi gigi tertentu, rentang tegangan input yang memenuhi persyaratan kualitas energi listrik di ujung memiliki batas atas dan bawah, yang merupakan tegangan operasi (tegangan pergeseran) untuk gigi tersebut. Setiap gigi memiliki tegangan operasi yang sesuai, dan hubungan ini dapat dilihat lebih intuitif pada sumbu angka.

Di antaranya, Gigi 1 tidak digunakan karena dalam kondisi normal, tegangan input tidak akan melebihi batas atas gigi ini. Gigi 1 dapat digunakan sebagai kondisi operasi khusus, seperti operasi toleran saat terjadi short circuit tanah fase tunggal. Berikut ini menjelaskan kondisi perubahan saat gigi mencapai tegangan aksi:

Perlu dicatat bahwa ketika turun dari gigi 4, langsung turun ke gigi 2. Ini karena batas aksi bawah gigi 3 dan gigi 4 relatif dekat. Jika perubahan tegangan besar, setelah turun dari gigi 4 ke gigi 3, mungkin perlu segera turun ke gigi 2, yang meningkatkan jumlah aksi. Oleh karena itu, untuk mengurangi jumlah aksi, perpindahan lintas gigi diperbolehkan.

3 Desain Pengontrol Pergantian Gigi

Saat ini, metode pergantian gigi yang umumnya diterapkan adalah menggunakan motor untuk menggerakkan perpindahan pisau switch gigi. Namun, bagaimana memastikan putaran motor yang cepat dan akurat selalu menjadi masalah. Untuk mencapai efek kontrol yang lebih baik, makalah ini menggunakan sistem kontrol thyristor.

3.1 Prinsip Kontrol Thyristor

Thyristor dapat digunakan untuk mengontrol rangkaian daya tinggi dengan arus lemah. Pengatur tegangan feeder menggunakan 7 pasang thyristor bidirectional untuk mengontrol gigi, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Setiap pasang thyristor terhubung ke belitan transformator yang berbeda, sehingga sesuai dengan rasio transformasi yang berbeda.

3.2 Desain Pengontrol Pergantian Gigi Mikrokomputer Tunggal

Kontrol thyristor bidirectional hanya membutuhkan penggerak tegangan dari rangkaian gerbang TTL dan dapat langsung terhubung ke port output mikrokomputer tunggal. Untuk menghemat port output, hanya 3 port yang digunakan, dan decoder eksternal 3-ke-8 dihubungkan untuk mengontrol 7 posisi gigi, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.

4 Desain Sistem Kontrol Cerdas

Untuk pengatur tegangan dengan chip kontrol, hanya memiliki fungsi pengaturan tegangan otomatis saja tidak cukup, dan juga tidak memanfaatkan sepenuhnya kinerja mikrokomputer tunggal. Sistem kontrol lengkap, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4, juga termasuk input keyboard, sirkuit tampilan, komunikasi nirkabel, jam eksternal, penyimpanan eksternal, dan perlindungan kesalahan.

Input keyboard memungkinkan penyesuaian program, komunikasi nirkabel memungkinkan pemantauan real-time operasi pengatur tegangan. Jam eksternal memastikan pencatatan waktu selama kegagalan daya mikrokomputer tunggal. Penyimpanan eksternal menyimpan data operasi sistem secara aman untuk penelitian masa depan. Perlindungan kesalahan membuat mikrokomputer tunggal memasuki mode operasi khusus dalam kondisi abnormal untuk memenuhi tugas transmisi daya, melindunginya dari kerusakan selama kesalahan, dan bekerja sama dengan perangkat perlindungan relai untuk melindungi garis transmisi.

5 Kesimpulan

Dengan membangun model garis transmisi dan melakukan perhitungan aliran beban, aturan penyetelan tegangan aksi gigi pengatur tegangan ditentukan. Untuk kontrol tap transformator, kontrol mekanis tradisional digantikan dengan kontrol thyristor yang lebih mudah dan lebih cepat, dengan desain sederhana dan efek kontrol yang baik. Pengatur tegangan feeder otomatis memiliki rentang pengaturan tegangan yang luas, secara efektif memastikan kualitas tegangan garis transmisi.