10KV besleme otomatik voltaj düzenleyicisinin tasarım ve uygulama yönleri nelerdir?

Kırsal elektrik şebekesi yenileme projesinden sonra, kırsal dağıtım ağı önemli ölçüde iyileşmiştir. Ancak, arazi, manzara ve yatırım ölçeği gibi kısıtlamalar nedeniyle düzen düzenlemesi optimal değildir. Bu nedenle, bazı 10 kV iletim hatlarının güç tedarik yarıçapı makul aralığı aşmaktadır. Mevsimlerin ve gündüz-gece değişiklikleriyle birlikte, anlamlı gerilim dalgalanmalarına neden olur, bu da standart altında kalma, nispeten yüksek hatt kaybı gibi sorunlara yol açarak çiftçilerin yaşamını ve üretimi ciddi şekilde etkiler. Bu nedenle, bu makale yeni tip bir gerilim düzenleme cihazı tasarlamıştır: besleme otomatik gerilim düzenleyici.

1 Gerilim Düzenleyicinin Çalışma Prensibi

Otomatik gerilim düzenleyici, giriş gerilimindeki değişiklikleri otomatik olarak izleyerek sabit bir çıkış gerilimi sağlamak için kullanılan bir cihazdır. 6 kV, 10 kV ve 35 kV güç tedarik sistemlerinde yaygın olarak kullanılabilir ve giriş gerilimini %20 oranında otomatik olarak ayarlayabilir. Cihazı hatın başlangıcından itibaren 1/2 veya 2/3 mesafesine monte ederek, hat gerilim kalitesini sağlayabilirsiniz.

Yük altındaki gerilim düzenleme yeteneğine sahip olmayan ana transformatörlerin bulunduğu yerlerde, otomatik gerilim düzenleyici, ana transformatörün çıkış hat tarafına monte edilerek yük altındaki gerilim düzenleme sağlanabilir. Transformatörün ikincil tarafında birkaç tap bulunmaktadır. Mikro bilgisayar kullanılarak tiristörlerin açık-kapalı kontrol edilmesi, farklı seviyelerde gerilim düzenleme sağlar, böylece besleme gerilim düzenleme amacı sağlanır.

2 Gerilim Düzenleyicinin Tap Değiştirme Eylem Geriliminin Ayarlanması

Besleme gerilim düzenleyici, farklı yük koşullarına göre tapları ayarlayabilir ve hat gerilimine bağlı olarak dönüşüm oranını değiştirerek gerilim düzenleme sağlayabilir. 7 tap'a ve %30'luk bir gerilim düzenleme aralığına sahiptir, bu da kırsal gerilim düzenleme gereksinimlerini iyi şekilde karşılamasını sağlar.

2.1 Gerilim Düzenleyicinin Tap Değiştirme Geriliminin Ayarlanmasının Prensibi

Yük değişikliklerinden dolayı, hat sonundaki gerilim değişecektir. Farklı gerilim düşüşleri için, gerilim düzenleyicinin tap ayarlarının düzenlenmesi gerekir. Şekil 1, tipik bir kırsal iletim şebekesini göstermektedir. Burada, hat uzunluğu L km olarak ayarlanmıştır ve hat sonundaki güç S = P + jQ MVA olarak belirlenmiştir.

Tap değiştirmenin gereklilikleri: Hat sonundaki gerilimin %7 aralığında değişmesini sağlayın; genellikle tap atlaması yapılmamalıdır; tap değişim sayısı mümkün olduğunca az olmalıdır.

Dönüşüm oranı K, hat başındaki gerilim U₀, hat sonundaki gerilim U₁, gerilim düzenleyicinin giriş gerilimi U_in ve çıkış gerilimi U_out olsun, U_out = K * U_in olduğunu varsayalım.

Göreli model, aşağıdaki denklemi sağlar: U₁ = U_out - ΔU₁.

Burada, ΔU₁ gerilim düzenleyicinin monte edildiği noktadan hat sonuna kadar olan gerilim düşüşüdür ve x, gerilim düzenleyicinin monte edildiği noktadan hat başlangıcı arasındaki mesafedir. Böylece:

(U₀ - U_in) hat başından gerilim düzenleyicinin monte edildiği noktaya kadar olan gerilim düşüşüdür. α = U₀/U_out gerilim düzenleyicinin monte edildiği noktanın öncesinde ve sonrasında olan hat gerilim düzeyi oranıdır. (L - x)/x = K₁ ve bunu yerine koyarsak:

Hat sonundaki gerilim U₁, 9.7 < U₁ < 10.7 şartını sağlamalıdır. Bu formülde, K bilindiği durumda U_in aralığı elde edilebilir. Ancak, U₀/U_out nedeniyle tek değişkenli ikinci dereceden bir denklem çözülmesi ve yanıltıcı kökler sorunu ortaya çıkar. Bu makale, bu denklemi basitleştirir.

α = U₀/U_out analizi için, U_out ve U₁ aynı artan veya azalan eğilimdedir. U₀ sabit olduğundan, U_out ve U₁ ters orantılıdır. Ayrıca, U₁ = 9.3 olduğunda, α ≈ 1; ve U₁ = 10.7 olduğunda, α biraz 1'den küçüktür. Bu nedenle, kısıtlama denklemi şu şekilde yazılabilir:

Yani:

2.2 Ayar Örneği

Formül (5)'ten görüldüğü gibi, geriye doğru eylem sadece gerilim düzenleyicinin giriş gerilimi U_in ve gerilim düzenleyicinin monte edildiği noktadan hat uzunluğuna olan mesafe oranı K_t ile ilgilidir. Hat sonundaki gerçek yükün ölçülmesi gerekmemektedir, bu da mühendislik uygulamasını büyük ölçüde kolaylaştırır.

Belirli bir gerçek iletim hattını örnek alalım. Hala Şekil 1'deki modeli kullanıyoruz. İletim hattının uzunluğu 20 km'dir. Gerilim düzenleyici genellikle hatın ortasına monte edilir. Burada, hat başlangıcından itibaren mesafe x = 9 km ve K_t = 11/9 olarak alınmıştır. Formül (5)’e yerleştirirsek, şu sonucu elde ederiz:

Belli bir tap konumu için, hat sonundaki elektrik enerjisinin kalite gerekliliklerini sağlayan giriş gerilim aralığı üst ve alt sınırları vardır, bu sınırlar o tap için çalışma gerilimleridir (tap gerilimleri). Her tap, buna karşılık gelen bir çalışma gerilime sahiptir ve bu ilişki sayı ekseninde daha somut olarak görülebilir.

Tap 1 normal koşullarda giriş geriliminin bu tapın üst sınırını aşmayacağından kullanılmaz. Tap 1, tek faz toprak kısa devre sırasında toleranslı çalışmayı dahil olmak üzere özel işlemler için kullanılabilir. Aşağıda, tap eylem gerilimine ulaştığında geçiş koşulları açıklanmıştır:

Tap 4'ten aşağıya geçiş yaparken, doğrudan tap 2'ye geçiş yapılması gerektiğini unutmamak gerekir. Bu, tap 3 ve tap 4'ün alt eylem limitlerinin oldukça yakın olması nedeniyledir. Eğer gerilim büyük ölçüde değişirse, tap 4'ten tap 3'e geçiş yaptıktan sonra hemen tap 2'ye geçiş yapmak gerekebilir, bu da eylem sayısını artırır. Bu nedenle, eylem sayısını azaltmak için çapraz tap geçişi izin verilir.

3 Tap Geçiş Kontrolcüsünün Tasarımı

Şu anda yaygın olarak kabul edilen tap geçiş yöntemi, motor kullanarak tap anahtarı hareket ettirmektir. Ancak, motorun hızlı ve hassas döndürülmesini nasıl sağlayacağı her zaman bir sorun olmuştur. Daha iyi bir kontrol etkisi elde etmek için, bu makale tiristor kontrol sisteminin kullanılmasını önerir.

3.1 Tiristor Kontrol Prensibi

Tiristorlar, zayıf akımlarla yüksek güç devrelerinin kontrolünü gerçekleştirebilir. Besleme gerilim düzenleyici, Şekil 2'de gösterildiği gibi, 7 çift çift yönlü tiristor kullanarak tapları kontrol eder. Her çift tiristor, transformatörün farklı sarımlarına bağlanır, böylece farklı dönüşüm oranlarına karşılık gelir.

3.2 Tek Çip Mikrobilgisayarlı Tap Geçiş Kontrolcüsünün Tasarımı

Çift yönlü tiristorların kontrolü, TTL kapı devrelerinden gelen gerilim sürümüyle mümkündür ve tek çip mikrobilgisayarın çıkış portuna doğrudan bağlanabilir. Çıkış portlarını tasarruf etmek için sadece 3 port kullanılır ve dışarıdan 3-to-8 dönücü eklenerek 7 tap pozisyonunun kontrolü sağlanır, Şekil 3'te gösterildiği gibi.

4 Akıllı Kontrol Sisteminin Tasarımı

Sadece otomatik gerilim düzenleme işlevine sahip bir gerilim düzenleyici, tek çip mikrobilgisayarın performansını tam anlamıyla kullanamaz. Bir tam kontrol sistemi, Şekil 4'te gösterildiği gibi, klavye girişi, göstergeli devre, kablosuz iletişim, dış saat, dış depolama ve hata koruması da dahil olmak üzere diğer özellikler içerir.

Klavye girişi, programı ayarlamanıza olanak tanır, kablosuz iletişim gerilim düzenleyicinin işlemesini gerçek zamanlı olarak izlemenize olanak tanır. Dış saat, tek çip mikrobilgisayarın güç kesintisi sırasında zaman kaydını sağlar. Dış depolama, geniş sistem işlem verilerini güvenli bir şekilde saklar, gelecekteki araştırmalar için. Hata koruması, anormal koşullarda tek çip mikrobilgisayarın özel bir işlem moduna girerek güç iletim görevlerini yerine getirir, hatalar sırasında hasar görmesini önler ve röle koruma cihazlarıyla birlikte iletim hatlarını korur.

5 Sonuç

İletim hattı modelinin oluşturulması ve yük akışı hesaplamaları, gerilim düzenleyici tap eylem geriliminin ayar kurallarını belirler. Transformatör tap kontrolü için, mekanik kontrol yerine daha kullanışlı ve hızlı bir tiristor kontrolü kullanılmıştır, basit tasarım ve iyi kontrol etkisi sunar. Besleme otomatik gerilim düzenleyici, geniş bir gerilim düzenleme aralığına sahiptir ve iletim hatlarının gerilim kalitesini etkili bir şekilde sağlar.