Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

Для оценки темпов усадки был проведен эксперимент, в процессе которого образец выдерживался при постоянной температуре 65 °С.

На рис. 4 представлена зависимость изменения размеров образца 1 от времени. Эксперимент проводился при температуре 65 °С. Из графика видно, что при воздействии установленной температуры на­ блюдается сжатие образца, при этом в первые 50 мин оно происходит с большей скоростью, затем скорость снижается, но процесс усадки продолжается.

Таким образом, воздействие прямых солнечных лучей на обо­ лочку эксплуатирующегося кабеля может привести к ее разгермети­ зации в результате усадки материала.

Библиографический список

1.Шах В. Справочное руководство по испытаниям пластмасс

ианализу причин их разрушения. - СПб.: Научные основы и техно­ логии, 2009. - 732 с.

2.ASTM. Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials With a Vitreous Silica Dilatometer. E 228-95.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Студентка гр. МЭ-11-16 И.С. Елькина

Научный руководитель - канд. техн. наук, доцент А.В. Казаков Пермский национальный исследовательский политехнический университет

В наше время программы моделирования электронных цепей и устройств имеют вид виртуальных лабораторий, включающих в себя объемные библиотеки электронных компонент. Они позволяют проверить, удовлетворяет ли сконструированное устройство требова­ ниям, предъявляемым к нему, когда используются реальные компо­ ненты с характеристиками, отличающимися от идеальных. Наиболее часто студенты электротехнических специальностей имеют в качест­ ве задания и дальнейшего исследования принципиальную схему уст­ ройства, именно поэтому применение моделирования с использова­ нием средств и методов вычислительной техники стало столь акту­ ально в современном мире.

Наиболее подходящими для использования в учебном процессе будут следующие программы: Micro-CAP - для создания и редакти­ рования принципиальных схем аналоговых и цифровых устройств; Pspice - модификация программы анализа электронных цепей SPICE; на сегодняшний день ее считают эталонной программой моделирова­ ния электронных цепей и устройств; MatLab со средствами Simulink - для построения моделей физических устройств и анализа процессов в них; а также программа, получившая популярность в учебных заве­ дениях за счет ее легкого освоения, Electronics Workbench - для мо­ делирования электронных схем.

Далее рассмотрим поподробнее виртуальную лабораторию Electronics Workbench (EWB) [1].

Применение Electronics Workbench для моделирования элек­ тронных схем. Электронная система моделирования Electronics Workbench (EWB) отличается простым и понятным пользовательским интерфейсом. В учебном процессе EWB может использоваться в ка­ честве лабораторного практикума по целому ряду предметов (физика, основы элекгротехники и электроники, основы вычислительной тех­ ники и автоматики и т.д.).

Электронная система моделирования EWB имитирует реальное рабочее место исследователя - лабораторию, оснащенную измери­ тельными приборами, работающими в реальном масштабе времени.

Библиотеку компонент можно разделить на следующие группы:

-базовые элементы (узел, заземление);

-источники (постоянного и переменного напряжения и тока);

-линейные пассивные элементы (резистор, конденсатор, ка­ тушка индуктивности);

-индикаторы;

-ключи, а также нелинейные элементы.

Для хорошего понимания принципов работы с электронной ла­

бораторией Electronics Workbench необходимо:

-знание основных принципов работы ОС Windows;

-понимание принципов работы основных измерительных при­ боров (амперметр, вольтметр и т.д.);

-знание отдельных элементов радиоэлектронных устройств.

Рассмотрение работы схемы в EWB на примере задачи. Иде­

альный источник постоянной ЭДС. Собрать схему (рис. 1).

			SOURCE	L0A°		;; I 1
I	][	I	Ь	I	I
Е1	Е2	ЕЗ		1	1	'
-г-3 v -12 v--10 v - 5 v				Н4гН”

Рис. 1. Базовая схема для исследования идеального источника постоянной ЭДС

Задание для рассматриваемой работы состоит в снятии вольтамперной характеристики с помощью амперметра и вольтметра. Сле­ дует подключить идеальный источник постоянной ЭДС на систему из нескольких нагрузочных резисторов. Размыкая и замыкая перемычки у резисторов и измеряя ток и напряжение, заполняем таблицу «Ре­ зультаты эксперимента».

Строим внешние характеристики идеальных источников ЭДС (рис. 2, а-г).

		И сто ч н и ке!				Источник Е2
									— \ j
-40	-30	-20	-10 ^ (	10	-150	-100	-50	_	-> СГ.	50
/,Д			^		/, А				2
					---------------------------------------				_4_
			1 с		...........................		. —	. -	- ..
			£				-------------— 8
			2.5		-------------------------------------				-1 0 -
			-3,5		---------------------------------------				14—
				Ц В					Ц В
			а				б

	Ц В	Источник ЕЗ			6	иг>В	Источник Е4
	10
	8
—6-					--- 7	н
—4-					£
—	-2-				1
I,А	0				/, А 0	()
-20	20	40	60 80	100 120	-10		10 20 30 40 50 60

Рис. 2. Внешние характеристики источников ЭДС Е1-Е4

Обозначение элементов в программе

Соединяющий узел	•
. .	1
Вольтметр	V
	г
Амперметр	А
_	1 _
Заземление

	Резистор	Л Л /V
	Источник постоянного напряжения	_1
		“Г

Соединяющий узел применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каждому узлу может подсоединять­ ся не более четырех проводников.

Вольтметр используется для измерения переменного и посто­ янного напряжения. Выделенная толстой линией сторона прямо­ угольника, изображающего вольтметр, соответствует отрицатель­ ной клемме.

При измерении переменного синусоидального напряжения (АС) вольтметр будет показывать действующее значение напряжения {/д, определяемое по формуле

где Um- амплитудное значение напряжения.

Амперметр используется для измерения переменного и постоян­ ного тока. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника, изо­ бражающего амперметр, соответствует отрицательной клемме.

При измерении переменного синусоидального тока (АС) ампер­ метр будет показывать его действующее значение /д, определяемое по формуле

_ ь _ ~ Л ’

где 1т- амплитуда переменного тока.

Заземление имеет нулевой потенциал и таким образом обеспечи­ вает исходную точку для отсчета потенциалов. Любая схема, содер­ жащая операционный усилитель, трансформатор, управляемый ис­ точник, осциллограф, должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.

Резистор - элемент, рассеивающий электрическую энергию в окружающую среду в виде тепла, в схемах применяется для пере­ распределения и регулирования электрической энергии между эле­ ментами. Сопротивление резистора измеряется в омах и задается производными величинами (от Ом до МОм).

Источник постоянного напряжения. ЭДС источника постоянно­ го напряжения или батареи измеряется в вольтах и задается произ­ водными величинами (от мкВ до кВ). Короткой жирной чертой в изо­ бражении батареи обозначается вывод, имеющий отрицательный по­ тенциал по отношению к другому выводу [2].

Впроцессе выполнения задания, размыкая и замыкая перемычки

урезисторов и измеряя ток и напряжение, заполняем таблицу.

Результаты эксперимента

Сопротивление, Ом	0,1	1	10	100	1000
Ток источника Е1, А	-29,7	-2,997	-0,3	-0,03	-0,003
Напряжение на Е1, В	-3	-3	-3	-3	-3
Ток источника Е2, А	-118,8	-11,99	-1,2	-0,12	-0,012
Напряжение на Е2, В	-12	-12	-12	-12	-12
Ток источника ЕЗ, А	99,01	9,99	1	0,1	0,01
Напряжение на ЕЗ, В	10	10	10	10	.10
Ток источника Е4, А	49,51	4,995	0,5	0,05	0,005
Напряжение на Е4, В	5	5	5	5	5

По результатам измерений строятся графики (зависимости тока от напряжения U= Д7)).

Внешние характеристики идеальных источников ЭДС.

Анализ схем. Электронная лаборатория EWB с виртуальными измерительными приборами облегчает проведение самого сложного этапа - расчета процессов, протекающих в радиоэлектронном устройстве. После составления схемы и подключения к схеме изме­ рительных приборов для начала анализа цепи достаточно нажать кнопку Activate/Stop, расположенную в верхнем правом углу экрана.

Рассчитанные значения токов, напряжений или сопротивлений показываются на экранах измерительных приборов. Подобный поря­ док работы существует в практической лаборатории с реальными измерительными приборами.

На втором этапе моделирования можно изменить параметры элементов, а также удалить или добавить радиоэлементы, подклю­ чить приборы к другим контрольным точкам схемы и т.п. После та­ ких изменений необходимо снова активизировать цепь.

EWB обладает очень большими возможностями при эксперимен­ тальном исследовании различных схем по двум основным причинам:

-во-первых, здесь исключаются аварийные нештатные ситуации (перенапряжения, перегрузки, короткие замыкания), возникающие на реальном оборудовании и приводящие к выходу элементов из строя;

-во-вторых, по набору различных электронных компонентов библиотеки, измерительных приборов и диапазону их изменения вир­

туальная лаборатория намного превосходит реальную, что гаранти­ рует существенную экономию материальных ресурсов, кроме того, требуется меньше времени на исследования.

Выводы. В данной работе была рассмотрена программа компью­ терного моделирования для расчета и проектирования электрических схем Electronics Workbench (EWB), также были испробованы возмож­ ности EWB на персональном компьютере.

Виртуальная лаборатория открывает для технических учебных заведений широчайшие возможности совершенствования учебного процесса, а главное обеспечивает безопасность при неверных расче­ тах параметров электрических схем.

Библиографический список

1.Ермолаев Ю.В. Компьютерное моделирование в учебном процессе // Современные наукоемкие технологии. - 2005. - № 2 -

С.52-52.

2.Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: в 2 т. Т. 1. Электро­ техника. - М.: Додэка, 1999. - 304 с.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

НА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ОСНОВЕ

ДЛЯ ОТКРЫТОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ 500 кВ

Студенты гр. АЭП-136 Н.С. Карнаухов, А.С. Мингалева, гр. Э-10 А.В. Шубников

Научный руководитель - доцент В.Г. Лопатин

Березниковский филиал Пермского национального

исследовательского политехнического университета

В связи с длительным сроком эксплуатации, моральным и физиче­ ским старением оборудования, несоответствием современным нормам и правилам условий эксплуатации оборудования на подстанции «Калино» требуется проведение полной реконструкции релейной защиты [1,2].

Реконструкция релейной защиты представляет собой сложный процесс принятия решений по схемам электрических соединений, составу электрооборудования и его размещению, связанных с произ­ водством расчетов, пространственной компоновкой, оптимизацией фрагментов и объекта в целом.

Для этого были выбраны и просчитаны токи короткого замыкания, т.е. такие токи, в которых электрооборудование и проводники находят­ ся в наиболее неблагоприятных условиях. Значения токов короткого замыкания в дальнейшем необходимы для выбора электрооборудова­ ния, средств ограничения токов короткого замыкания и для расчета ус­ тавок релейной защиты и противоаварийной автоматики. В данной ра­ боте была рассмотрена оценка возможных режимных ситуаций в сети 500 кВ при нормальной работе и при проведении реконструкции.

Релейная защита и автоматика сети 500 кВ. На ВЛ 500 кВ «Калино» - Пермская ГРЭС 1, 2 цепи, «Калино» - Буйская в качестве основной быстродействующей защиты предусматривается диффе­ ренциально-фазная защита линии со связью между полукомплектами по высокочастотному каналу. Со стороны ПС 500 кВ «Калино» пре­ дусматривается два комплекта резервных защит. В состав каждого комплекта резервных защит входят: трех-шестиступенчатая дистан­ ционная защита, четырех-семиступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности, междуфазная токовая отсечка и защита от неполнофазного режима. На ВЛ 500 кВ «Калино» - Перм­ ская ГРЭС 1, 2 цепи, «Калино» - Буйская, в одном из комплектов резервных защит (ДЗ и ТНЗНП), проектом предусматривается орга­

низация телеускорения с использованием разрешающих сигналов (по

четыре сигнала в обе стороны).

На ВЛ 500 кВ «Калино» - Тагил с обеих сторон предусматрива­ ется замена основных и резервных защит ВЛ. В качестве основной быстродействующей защиты предусматривается продольная дифференциальная защита линии со связью между полукомплектами по

волоконно-оптическому каналу.

Для каждого выключателя 500 кВ ПС «Калино» предусматрива­ ется терминал автоматики управления с функциями УРОВ, ОАПВ, ТАЛВ с контролем напряжения и синхронизма.

Технические требования к защите шин 500 кВ. ОРУ 500 кВ ПС «Калино» выполнено по схеме прансформаторы - шины с при­ соединением линий через два выключателя.

Для обеспечения требований ближнего резервирования на каждую систему шин устанавливаются по два комплекта защиты: ДЗШ1 - пер­ вый комплект и ДЗШ2 - второй комплект.

ДЗШ должна выполняться с торможением для отстройки от токов небаланса установившегося и переходного режимов при внешнем КЗ.

Технические требования к терминалам защит шин 500 кВ

Функции, их характеристика

1. Дифференциальная токовая с торможением защита (ДЗШ)

(два комплекта)

1.1.Количество аналоговых проходных входов для подключе­ ния трехфазных групп трансформаторов тока, не менее

1.2.Программное выравнивание токов входов без ограничений

1.3.Погрешность выравнивания, не более (% от наибольшего из /„ом присоединений)

1.4.Контроль цепей переменного тока с действием на сигнал

и блокирование защиты. Контроль дифференциального тока

внормальном режиме

1.5.Диапазон регулирования тока срабатывания органа контро­ ля цепей переменного тока

1.6.Диапазон регулирования выдержки времени органа контро­ ля цепей переменного тока на блокирование защиты, с

1.7.Диапазон регулирования минимального тока срабатывания защиты /с.ташшш

1.8.Диапазон регулирования коэффициента торможения К торм

1.9.Диапазон регулирования тока «начала торможения» 7*торм. 1ИЧ

1.10.Время срабатывания ДЗШ при токе > 2/с заЩ1шп, с, не более

Требуемое

значение

параметра

Да

6

Да

±2

Да

(0,04.. .0,2)/|ОМздщ

0-10

(0,2.. . 1,5)4™.. защ

0,2-0,8

1,0-1,5

0,03

Общие технические требования к терминалам РЗА. Все уст­ ройства РЗА должны быть выполнены с использованием микропро­ цессорных устройств.

Общие технические требования к терминалам РЗА

Функции, их характеристика

1.1.Номинальный ток, А

1.2.Ток термической стойкости (длительно)

1.3.Ток односекундной стойкости

1.4.Рабочий диапазон

1.5.Потребление на фазу при / |0м, ВА

1.6.Устройства должны правильно работать с принятым време­ нем срабатывания при КЗ в зоне с периодической составляющей

до 30/,ом при максимальной апериодической составляющей с постоянной времени до 0,3 с, если токовая погрешность транс­ форматоров тока не превышает 50 % в установившемся режиме при активной нагрузке

2.Цепи переменного напряжения устройств

2.1.Линейное номинальное напряжение, В

2.2.Напряжение термической стойкости (длительно)

2.3.Напряжение односекундной стойкости

2.4.Напряжение термической стойкости 3£/о

2.5.Напряжение односекундной стойкости 3 Uo

2.6.Рабочий диапазон напряжений

2.7.Потребление на фазу при Ц|ом, ВА

2.8.Потребление по 3 Uo при Ц|ом, ВА

3.Терминалы должны:

3.1.Иметь программируемую логику как между различными функ­ циями защиты, управления и контроля, входящими в состав МП устройств, так и между этими функциями и внешними устройствами защиты, управления и контроля

3.2.Предусматривать синхронизацию от внешнего источника точного времени (при отсутствии протокола МЭК61850 через отдельный вход)

3.3.Иметь непрерывную диагностику

3.4.Иметь возможность установки любой группы уставок по дискретным входным сигналам

3.5.Иметь местную светодиодную сигнализацию и контактную сигнализацию действия на отключение и неисправности

Требуемое

значение

параметра /гам —1 и 5 2/|ОМ 1004», (0,1...30)4», не более 0,5

Да

и„„м= 100

1,514»

2,514», 1 ,5 U iЮМ

2,5(4»,

(0,001...1,5)(4>м

<0,5

< 1

Да

Да

Да

Да

Пример расчета уставок дифференциально-фазной защиты ВЛ 500 кВ «Калино» - Буйская показан в таблице.