Simuladores WIA SOOM

Distribución eléctrica do barrio Modelo en directo

Operas o transformador de 500 kVA e o alimentador de baixa tensión que abastecen 150 vivendas e os seus vehículos eléctricos. A sobrecarga quenta o illamento e envellécelo rápido; un alimentador longo deixa caer a tensión no extremo. Un paso son 5 minutos.

O que aprenderás

Simulador

Tempo 0 min
Temperatura do punto quente do bobinado 59 °C · Nivel de carga do transformador 42% · Tensión ao final do alimentador 100,0% · Potencia de carga de VE 0 kWSubministro MT✓ 59°42%500 kVAONAN⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂Tensión no transformador 100,9% → Tensión ao final do alimentador 100,0% · Toma do regulador de tensión 0🚗 0 kW · 🌡 30,8 °C · Perdas 3,1 kW⊣⊢Nivel de carga do transformador veciño 42%⏱ 14:00 · Enerxía non subministrada 0 kWh
  • Punto quente do transformador por debaixo de 110 °C
  • Punto quente 110–120 °C (envellecemento máis rápido)
  • Punto quente por riba de 120 °C
  • Vivendas con tensión no rango
  • Vivendas preto do límite de tensión
  • Fóra de rango ou sen subministro
  • Ventiladores / condensador en servizo
  • Ao redor de tres VE cargando

Controis

Os ventiladores elevan a potencia de refrixeración ao redor dun terzo; o aceite fica máis fresco para a mesma carga.

Os modos xestionados só se aplican aos condutores inscritos no programa; os demais cargan ao chegar.

Pecha o interruptor de enlace para parte do alimentador. O veciño ten o seu propio límite (120 %) e o enlace longo fai caer a tensión.

150 kvar de apoio reactivo: sube a tensión ao final da liña e reduce un pouco a corrente.

Cada paso sube todas as tensións un 1,25 % — con carga lixeira pode empurrar o extremo próximo por riba de +5 %.

Control directo de carga de quentadores de auga e aires acondicionados: un bloque de −15 % da carga doméstica durante 60 min, e despois 2 horas de bloqueo mentres se recuperan. A metade da enerxía desconectada volve despois.

Indicadores

Temperatura do punto quente do bobinado
59°C
normal
Nivel de carga do transformador
42%
normal
Peor desvío de tensión
0,9%
normal
Factor de aceleración do envellecemento
0,00×
normal
Temperatura do aceite superior53 °C
Temperatura exterior30,8 °C
Vida do illamento consumida (horas equivalentes)0,0 h
Carga do transformador202 kW
Potencia de carga de VE0 kW
Tensión no transformador100,9 %
Tensión ao final do alimentador100,0 %
Perdas3,1 kW
Enerxía non subministrada0 kWh
Carga desconectada polo control0 kWh
Enerxía de VE aínda faltante0 %
Nivel de carga do transformador veciño42 %
Factor de recuperación de carga en frío1,00 ×

Tendencia

Temperatura do punto quente do bobinado: — °C1600

Escenarios de crise

Nivel 1 · Punta de VE nunha tardiña de onda de calor

Unha tarde de onda de calor: os aires acondicionados funcionan en todas as casas e 100 vehículos eléctricos enchufaranse entre as 17:00 e as 20:00 — ademais da punta doméstica da noitiña. Só o 70 % dos condutores están inscritos na carga xestionada. Chega ata as 07:00 sen sobrequentar nin disparar o transformador, e sen apoiarte no deslastre de carga.

  • Punto quente nunca por riba de 110 °C
  • Vida do illamento consumida ≤ 17 h (non máis rápido que o normal)
  • Ningún cliente perde o subministro
  • Carga desconectada ≤ 60 kWh

Nivel 2 · Falla do veciño: asumir os seus clientes

Ás 17:00 falla o transformador veciño. A metade das súas vivendas pásanse ao extremo do teu alimentador polo cable de enlace longo. A corrente extra percorre todo o teu alimentador: mantén cada vivenda a ±5 % da tensión nominal (ANSI C84.1 Rango A) e evita sobrecargar o teu propio transformador.

  • Todas as tensións a ±5 % (a partir de 10 min despois da falla)
  • Ningún cliente perde o subministro
  • Punto quente nunca por riba de 120 °C
  • Carga desconectada ≤ 60 kWh

Nivel 3 · Recuperación de carga en frío tras unha interrupción

Unha caída de seis horas nunha noitiña xeada remata ás 18:00. Todos os quentadores estiveron apagados e todos os VE esperan para cargar. Cando a brigada pecha o interruptor, a carga volve moi por riba do normal — se se perde a diversidade, o transformador dispara de novo. Restablece sen unha segunda caída, mantén a tensión no rango e a redución pequena.

  • Sen segunda interrupción (enerxía non subministrada = 0)
  • Todas as tensións a ±5 % (a partir de 10 min despois da reposición)
  • Carga desconectada ≤ 120 kWh
  • Todos os VE cargados ás 07:00 (≤ 2 % faltante)
  • A carga do transformador queda por debaixo do arranque do relé do 150 % unha vez pechado o interruptor (desde as 18:05)

Base — o modelo detrás dos números

Todas as relacións que usa o simulador, coa súa fonte. As constantes marcadas como suposicións son calibracións ilustrativas.

A demanda doméstica segue un perfil diario e o tempo; cada VE carga a 7,2 kW ata encherse.
P_homes = 150 × 2.0 kW × shape(h) × [1 + 0.025·max(0, θa−24) + 0.02·max(0, 15−θa)] × CLPU(t); P_EV = Σ 7.2 kW while plugged and not full[9]Suposición: o perfil de carga, as cifras de VE, as impedancias do alimentador, os parámetros de carga en frío e a potencia dos ventiladores son valores ilustrativos para un alimentador suburbano xenérico, non datos dunha rede real.
A elevación da temperatura do aceite superior achégase exponencialmente ao seu valor final para a carga actual, cunha constante de tempo de horas.
Δθ_TO,U = 55 K · [(K²R+1)/(R+1)]ⁿ; Δθ_TO ← Δθ_TO,U + (Δθ_TO − Δθ_TO,U)·e^(−Δt/τ_TO), τ_TO = 180 min (ONAN) / 150 min (ONAF); R = P_k/P₀ at the rating K is referred to: 5 (ONAN), 5 × 1.33² ≈ 8.8 (ONAF)[1][2]
O punto quente do bobinado está por riba do aceite e segue a corrente en minutos.
Δθ_H,U = 25 K · K^(2m); Δθ_H ← Δθ_H,U + (Δθ_H − Δθ_H,U)·e^(−Δt/(k22·τw)), k22·τw = 8 min; θ_H = θ_A + Δθ_TO + Δθ_H[1][2]Simplificación: a subida do punto quente segue unha única exponencial (k21 = 1, constante de tempo k22·τw). O breve sobrepasamento do f2(t) de dous termos da IEC 60076-7 tras un salto brusco de carga non está modelado, así que o punto quente pode ler brevemente uns poucos kelvin de menos.
Etapa de refrixeración: os ventiladores cambian os expoñentes e a potencia á que se refire a carga.
ONAN n = 0.8, m = 0.8; ONAF n = 0.9, m = 0.8 (IEEE C57.91), with K and R referred to the ONAF rating (1.33 × ONAN, R ≈ 8.8)[1][3]Suposición: o perfil de carga, as cifras de VE, as impedancias do alimentador, os parámetros de carga en frío e a potencia dos ventiladores son valores ilustrativos para un alimentador suburbano xenérico, non datos dunha rede real.
Envellecemento do illamento respecto da referencia de 110 °C; duplícase aproximadamente cada 6–7 K.
F_AA = exp(15000/383 − 15000/(θ_H + 273)); aged hours = Σ F_AA·Δt; F_EQA = Σ F_AA·Δt / Σ Δt; normal life 180 000 h[1][3][2]
Perdas en baleiro máis perdas en carga que medran co cadrado da corrente.
P_loss = P₀ + P_k·K² + r_f·S_b·(|s_d|²/3 + Re(s_d·s_p*) + |s_p|²) + r_tie·S_b·|s_tie|², s_d = distributed load, s_p = far-end block (incl. capacitor); P₀ = 1 kW, P_k = 5 kW[7][2]
Caída de tensión aproximada ao longo do transformador e do alimentador.
ΔV ≈ p·r + q·x (pu); distributed load drops ½ of the lumped value; capacitor Q_c raises V by Q_c·x; V_src = 1.02 + 0.02·(0.5 − shape) + tap × 1.25 %[7]Suposición: o perfil de carga, as cifras de VE, as impedancias do alimentador, os parámetros de carga en frío e a potencia dos ventiladores son valores ilustrativos para un alimentador suburbano xenérico, non datos dunha rede real.
Rangos de tensión de servizo das normas de tensión.
target |V − 1| ≤ 5 % (ANSI C84.1 Range A); Range B −8.3 % / +5.8 %; EN 50160: ±10 % for 95 % of 10-min means[4][5][6]
Protección: cando desparan o transformador e o veciño.
trip if K ≥ 1.5 for 30 min (accumulated), K ≥ 2.0 at once, or θ_H ≥ 140 °C; neighbour trips if K_B ≥ 1.2 for 30 min; re-energised after 60 min[2]Suposición: o axuste de sobrecarga de 30 minutos, o elemento instantáneo a 2,0 pu e o disparo do punto quente a 140 °C son axustes ilustrativos baseados nos límites da IEC 60076-7 para transformadores de distribución (1,5 pu cíclico normal, 2,0 pu emerxencia de curta duración, 140 °C de punto quente). A protección real usa curvas de fusibles ou relés.
Despois dunha interrupción, as cargas termostáticas conéctanse todas á vez; a carga extra decae exponencialmente.
M0 = 1 + 1.4·(1 − e^(−D/90 min)); CLPU(t) = 1 + (M0 − 1)·e^(−t/60 min)[8][1]Suposición: o perfil de carga, as cifras de VE, as impedancias do alimentador, os parámetros de carga en frío e a potencia dos ventiladores son valores ilustrativos para un alimentador suburbano xenérico, non datos dunha rede real.
Outras constantes que usa o modelo.
500 kVA transformer, 30 °C rated ambient (55 K oil + 25 K gradient → 110 °C) · 60 EVs, 6–20 kWh need, arrival ≈ N(18:30, 1 h), depart 07:00 · curtailed charging 3.6 kW · transformer r = 1 %, x = 4 %; feeder r = 4 %, x = 2 %; tie r = 10 %, x = 4 % (500 kVA base) · neighbour 400 kVA, 120 homes, transfer ≤ 40 % · capacitor 150 kvar · tap ±4 × 1.25 % · shedding one 15 % block for 60 min, 120 min lockout, 50 % payback · fans 0.4 kW · ±3 % load noise, ±5 % daily scaleSuposición: o perfil de carga, as cifras de VE, as impedancias do alimentador, os parámetros de carga en frío e a potencia dos ventiladores son valores ilustrativos para un alimentador suburbano xenérico, non datos dunha rede real.

Aleatoriedade: un xerador mulberry32 con semente; distribucións usadas — uniforme, exponencial (CDF inversa), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). A semente móstrase e pódese compartir.

Fontes

  1. IEEE Std C57.91-2011 — IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators (clause 5 ageing, clause 7 temperature, Annex on cold-load pickup) — IEEE, 2011
  2. IEC 60076-7:2018 — Power transformers, Part 7: Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers — IEC, 2018
  3. Comparison of Loading Guide Standards (IEEE C57.91 and IEC 60076-7): ageing equations, exponents n/m by cooling mode, 180 000 h normal life — IEEE PES Transformers Committee, C57.91 working group
  4. ANSI C84.1 — Electric Power Systems and Equipment: Voltage Ratings (60 Hz); Range A service voltage ±5 % (114–126 V on 120 V), Range B 110–127 V — NEMA / ANSI (summarised in USDA Rural Utilities Service guidance), 2020
  5. EN 50160:2022 — Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks, clause 4 low-voltage supply characteristics (clause 4 is not in the free preview, which ends at the scope) — CENELEC, CLC/TC 8X (official preview of the English text via the Slovak national standards body ÚNMS SR, STN EN 50160:2023), 2022
  6. A. Klajn, M. Bątkiewicz-Pantuła — Application Note: Standard EN 50160, Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks (LV supply voltage variations: Un ± 10 % for 95 % of the 10-min mean rms values of each week) — European Copper Institute / Leonardo ENERGY, Publication No. Cu0147, 2013
  7. W. H. Kersting — Distribution System Modeling and Analysis (approximate voltage drop, uniformly distributed load, line losses) — CRC Press, 2017
  8. C. Hachmann et al. — Cold load pickup model parameters based on measurements in distribution systems (exponential decay model, CLPU factors ≈ 1.9–2.8) — IET Generation, Transmission & Distribution 13(23), 2019
  9. SAE J1772 — Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler (AC Level 2 charging, e.g. 32 A × 240 V ≈ 7.7 kW) — SAE International, 2017

Quen se dedica a isto

Modelo educativo — non apto para decisións operativas. Os emprazamentos reais calibran cada constante segundo o seu propio equipamento e datos.