Моделирование сельской коммунально-бытовой распределительной сети 0,38 кВ с нелинейной нагрузкой, генерирующей токи частотой 150 Гц

В настоящее время происходит насыщение узлов нагрузки электронной бытовой техникой. Как известно, большинство бытовых приборов являются нелинейной нагрузкой. Энергосберегающие лампы, телевизоры, компьютеры, микроволновые печи и другие потребители искажают форму кривой тока сети. Наиболее значимой из вносимых гармоник является третья, так как она является преобладающей в спектре как фазных токов, так и в спектре тока нулевого провода.

Характер распределения тока основной частоты в сети давно известен и изучен. Распределение токов высших гармоник несколько отличается от распределения тока основной частоты. Расположение источников высших гармоник, увеличение индуктивного и снижение емкостного сопротивлений, повышенное сопротивление нулевой последовательности сети и трансформаторов — всё это оказывает влияние на характер распределения токов высших гармоник. Проведение измерений токов высших гармоник по участкам действующей сети 0,38 кВ является трудновыполнимой задачей, вследствие чего распределение токов высших гармоник по участкам сети остается малоизученным.

В связи с вышеизложенным была разработана модель среднестатистической сельской коммунально-бытовой сети 0,38 кВ с нелинейной нагрузкой, генерирующей токи частотой 150 Гц.

Модель среднестатистической сельской коммунально-бытовой сети была со- ставлена в среде Multisim 10.1. Снимок экрана рабочего окна программы Multisim 10.1 с загруженной моделью представлен на рисунке 1. Протяженность линии принята 500 м. Номинальная мощность подстанции - 250 кВА, схема соединения обмоток «звезда - звезда с нулем», сечение и марка провода - А50, расстояние между опорами -25 м.

Узлы нагрузки представлены сопротивлениями основной гармоники и источником тока 3-й гармоники, соединенными параллельно. Параметры нагрузки были получены из исследований электроприемников коммунально-бытового сектора [1]. В качестве нагрузки потребителей использовались два ноутбука, музыкальный центр, три телевизора разной мощности, холодильник, морозильник, микроволновая печь, стиральная машина, пылесос, утюг, электрочайник, вентилятор, сплит-система, четыре энергосберегающих лампы и четыре лампы накаливания.

Также учитывались емкостные проводимости между проводами, между проводами и землёй, которые были сосредоточены в начале и конце участков длиной по 75 м. Учтено сопротивление нулевой последовательности трансформатора:

R0 = 9-lbRi, Хо = б-8-Х1 [2].

Адекватность модели проверена путем сравнения значений токов частотой 50 и 150 Гц на головном участке сети, полученных в результате моделирования, со значениями, полученными в результате измерений на реальных головных участках сети 0,38 кВ.

При моделировании вечернего максимума нагрузки потребителей включены с учётом наибольшей вероятности в период вечернего максимума. На рисунках 2 и 3 представлены графики распределения токов частотой 50 и 150 Гц, соответственно по участкам сети в зависимости от длины линии.

♦ ew>w. ім- i»*.»wN

Рис. 1. Окно программы Multisim 10.1 с загруженной моделью сельской коммунально-бытовой распределительной сети 0,38 кВ на частоте 50 Гц

Далее было смоделировано распределение тока частотой 150 Гц одного мощного нелинейного источника. Для этого в фазе А в начале, середине и в конце линии поочередно включалась микроволновая печь, являющаяся наиболее мощной нагрузкой из представленных в моделировании. Во всех остальных узлах нагрузки была включена маломощная линейная нагрузка - лампа накаливания. На рисунках 4, 5 и 6 представлены графики распределения тока частотой 150 Гц микроволновой печи по участкам сети в зависимости от длины линии, при подключении нелинейной нагрузки соответственно в начале, середине и конце линии.

Рис. 2. График распределения токов вечернего максимума нагрузки частотой 50 Гц по участкам сети

Рис. 3. График распределения токов вечернего максимума нагрузки частотой 150 Гц по участкам сети

Рис. 4. График распределения тока частотой 150 Гц микроволновой печи, подключенной в начале линии, по участкам сети в зависимости от длины линии

Рис. 5. График распределения тока частотой 150 Гц микроволновой печи, подключенной в середине линии, по участкам сети в зависимости от длины линии

Рис. 6. График распределения тока частотой 150 Гц микроволновой печи, подключенной в конце линии, по участкам сети в зависимости от длины линии

Выводы

Г Фазные токи частотой 150 Гц увеличиваются от конца линии к началу. Таким образом, токи частотой 150 Гц текут преимущественно от потребителей в сторону источника питания.

• 2.    Распределение тока в нулевом проводе частотой 150 Гц носит переменный характер, возрастая или убывая в зависимости от симметричности подключения потребителей. На некоторых участках сети ток частой 150 Гц в нулевом проводе превышал соответствующее значение на головном участке линии.

• 3.    Наибольшая часть тока частотой 150 Гц нелинейного потребителя замыкается через сопротивление трансформатора, которое является наименьшим по сравнению с сопротивлением нагрузок, что объясняет характер протекания тока частотой 150 Гц от потребителя к источнику питания сети 0,38 кВ

• 4.    Разработанная компьютерная модель среднестатистической сельской коммунально-бытовой сети 0,38 кВ с нелинейной нагрузкой, генерирующей токи частотой 150 Гц, может быть использована для изучения характера распределения токов при подключении компенсирующих и фильтрующих устройств на различных участках сети.