практикум ПиКЭЭ 2015

№ варианта

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Таблица 2.1 – Исходные данные для моделирования.

Параметры
источника	Параметры линии передач
f 50 Гц
	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом
E1, B	L1, мГн	L2, мГн	L3, мГн
	С1, мкФ	С2, мкФ	С3, мкФ
	1	1	1
240
	50	50	50
	4	4	4
	1	1	1
230
	30	20	20
	2	2	2
	0,8	0,8	0,8
220
	30	30	30
	3	3	3
	0,5	0,5	0,5
110
	20	20	20
	1	1	1
	0,5	0,5	0,5
120
	10	10	10
	2	2	2
	0,3	0,3	0,3
127
	15	15	15
	1,5	1,5	1,5
	1,2	1,2	1,2
380
	55	55	55
	3	3	3
	1,5	1,5	1,5
400
	60	60	60
	4	4	4
	1,2	1,2	1,2
660
	40	30	30
	2	2	1,5

Параметры элементов приемников

	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом
	L4, мГн	L5, мГн	L6, мГн
			f р.п. , Гц
	400	400	150
	50	50	200
			5
	350	350	200
	30	30	150
			4
	450	450	220
	20	20	100
			6
	350	350	150
	15	15	100
			3
	400	400	220
	80	80	150
			2
	350	350	200
	50	50	100
			4,5
	500	500	300
	40	40	200
			3,5
	450	450	250
	45	45	180
			2,5
	700	700	300
	55	55	250
			5,5

11

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

«Исследование отклонения частоты в электрической сети»

Краткие теоретические сведения

Отклонение частоты – это разность, усредненная за 10 минут между фактическим значением основной частоты и номинальным её значением. Отклонение частоты от номинального значения в нормальном режиме работы допускается в пределах ±0,1 Гц. Кратковременные отклонения могут достигать

±0,2 Гц.

f fнаиб fнаим ,

f % fнаиб fнаим 100% . fном

Нарушение баланса между мощностью, вырабатываемой генератором электростанции или энергосистемы, и мощностью, требуемой промышленными предприятиями, приводит к изменению частоты тока электросети.

Основной причиной возникновения колебаний частоты являются мощные приемники электроэнергии с резкопеременной активной нагрузкой (тиристорные преобразователи главных приводов прокатных станов). Активная мощность этих приемников изменяется от нуля до максимального значения за время менее 0,1 с, вследствие чего колебания частоты могут достигать больших значений.

Изменения частоты даже в небольших пределах влияют на работу электросетей и приемников электроэнергии. Понижение частоты тока приводит к увеличению потерь мощности и напряжения в электросетях и к недовыработке продукции. Влияние снижения частоты на потребляемую мощность электроприемников различно:

1.Потребляемая мощность приемниками электроосвещения, электропечами сопротивления и дуговыми электропечами практически незначительно зависит от частоты;

2.Мощность, забираемая механизмами с постоянным моментом на валу (металлорежущие станки, поршневые насосы, компрессоры и др.), пропорциональна частоте;

12

3.Потери мощности в сети пропорциональны квадрату частоты;

4.Потребляемая механизмами с вентиляторным моментом сопротивления (центробежные насосы, вентиляторы, дымососы и др.) мощность пропорциональна частоте в третьей степени;

5.У центробежных насосов, работающих на сеть с большим статическим напором (противодавлением), например у питательных насосов

котельных, потребляемая мощность пропорциональна частоте в степени выше третьей.

Изменение частоты существенно влияет на работу приборов и аппаратов, применяемых в телевидении, вычислительной технике.

Разгрузка энергосистемы при образовавшемся недостатке мощности осуществляется устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР) или вручную персоналом энергосистемы путем отключения потребителей по питающим линиям (трансформаторам) в соответствии со специально разработанным так называемым аварийным графиком (АГ). Устройства АЧР предназначены для разгрузки энергосистемы при авариях, вызванных большим дефицитом мощности. Величина АЧР принимается не менее 50% нагрузки энергосистемы с разбивкой на очереди с различными объемами разгрузки и различными уставками автоматов по частоте и выдержке времени.

Разгрузка энергосистемы персоналом вручную по АГ применяется также в случае возникновения дефицита мощности из-за аварии. АГ разрабатывается в размере 15% нагрузки системы с разбивкой на очереди по мощности.

Частотная разгрузка применяется совместно с частотным автоматическим повторным включением (ЧАПВ), восстанавливающим электроснабжение отключенных потребителей.

Устройства автоматического включения резерва АВР используются на предприятиях без учета общих интересов электроснабжения потребителей при возникающих дефицитах мощности в энергосистеме. Резервирование потребителями отключенной АЧР нагрузки с помощью АВР на оставленные в работе линии снижает эффективность АЧР, что может привести к развитию аварии в энергосистеме.

13

Правильное использование АВР в сетях потребителей может быть обеспечено за счет рационального размещения АВР и согласования действия АВР с действиями АЧР.

Описание схемы электрической сети

Исследуемая электрическая сеть представляет собой разомкнутую систему с односторонним питанием (рисунок 3.1). Приемники присоединены с линии электропередач.

Рисунок 3.1 – Структурная схема исследуемой электрической сети

Схема замещения линии электропередач состоит из продольных элементов R1…R3, L1…L3. Схема замещения приемников электрической энергии, работающих в установившемся режиме собрана на элементах R4 - L4 и R5 - L5 и R4 - L4 (рисунок 3.2). Среднеквадратичные значения напряжений и токов приемников контролируется соответственно вольтметрами PV1…PV3 и амперметрами PA1…PA3.

Рисунок 3.2 - Исследуемая компьютерная модель электрической сети

14

Параметры элементов определяются вариантом задания и определяются строкой в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Исходные данные для моделирования

		Параметры					Параметры элементов
	варианта	источника	Параметры линии передач
								приемников
		0
							R4, Ом
	№	E1, B	R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом				R5, Ом	R6, Ом
			L1, мГн	L2, мГн	L3, мГн		L4, мГн		L5, мГн	L6, мГн
	1.	220	0,4	0,4	0,4	360			360		360
			100	100	100	300			300		300
	2.	240	0,5	0,5	0,5	400			400		400
			80	80	80	200			150		150
	3.	230	0,8	0,8	0,8	350			400		400
			100	100	100	250			250		250
	4.	380	0,8	0,8	0,8	450			500		500
			150	150	100	250			200		250
	5.	110	0,2	0,2	0,2	200			250		250
			50	50	50	80			100		80
	6.	400	1	1	0,8	500			500		550
			200	180	150	200			150		200
	7.	127	0,3	0,3	0,2	300			380		400
			60	80	60	150			180		150
	8.	660	1,2	1,2	1	600			650		550
			150	100	80	200			250		300
	9.	690	1,0	0,8	0,8	450			500		500
			150	80	80	180			200		150

15

Выполнение компьютерного моделирования:

1Собрать компьютерную модель исследуемой электрической сети (рисунок

3.2).

Виртуальные компоненты:

источник синусоидального напряжения (библиотека Sources – источник ЭДС частотой 50 Гц );

модели линии передач электрической энергии и нагрузки – резистор и индуктивности (библиотека Basic – резистор , индуктивность )

2 Подключить в цепь приемников 1, 2 и 3 виртуальные измерительные приборы (библиотека Indicators – измерительные приборы: вольтметры ,

амперметры ). Режим работы измерительных приборов выставить в режим

AC.

3 Согласно заданному варианту выставить параметры элементов из таблицы исходных 3.1.

4 Провести моделирование, изменяя частоту источника ЭДС с шагом 1 Гц. При этом занести показания приборов трех приемников в таблицу 3.2.

5 Найти значения отклонения частоты f и полную мощность S приемников (Таблица 3.2)

6Сделать выводы по работе и ответить на контрольные вопросы.

7Оформить протокол исследования.

16

	Таблица 3.2 – Экспериментальные и расчетные данные
№	f , Гц	U1 , В	U 2 , В	U 3 , В	f , Гц	f , %	S1 ,	S2 ,	S3 ,
							В·А	В·А	В·А
		I1 , А	I 2 , А	I3 , А
1	40
2	42
3	44
4	46
5	48
6	50
7	52
8	54
9	56
10	58
11	60

Контрольные вопросы:

1Дайте понятие отклонения частоты.

2Что является причинами, вызывающих изменение частоты?

3Перечислите основные виды электроприемников, которые вызывают колебания частоты?

4Как влияют изменения частоты на работу различного электрооборудования?

5Что происходит в энергосистеме при резком снижении частоты?

6Какие автоматические системы управления отслеживают изменения частоты в энергосистеме? Почему нельзя обойтись ручным управлением?

17

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

«Исследование несинусоидальности напряжения в электрической сети»

Краткие теоретические сведения

Несинусоидальность напряжения — искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

В процессе выработки, преобразования, распределения и потребления электроэнергии имеют место искажения формы синусоидальных токов и напряжений. Источниками искажений являются:

основное электрооборудование электрических сетей (синхронные генераторы электростанций, силовые трансформаторы), работающее при

повышенных значениях магнитной индукции в сердечнике (при повышенном напряжении на их выводах);

преобразовательные устройства переменного тока в постоянный;

электрические приемники с нелинейными вольт - амперными

характеристиками (ВАХ) – нелинейные нагрузки.

Искажения, создаваемые синхронными генераторами и силовыми трансформаторами, малы и не оказывают существенного влияния на систему электроснабжения и на работу электроприемников. Главной причиной искажений являются вентильные преобразователи, электродуговые сталеплавильные и руднотермические печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, ряд электронных технических средств (телевизионные приемники, ПЭВМ), газоразрядные лампы и другие. Электронные приемники электроэнергии и газоразрядные лампы создают при своей работе невысокий уровень гармонических искажений на выходе, но общее их количество – велико.

Например, мощные управляемые вентильные преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, и вызывают наиболее серьезные нарушения качества электроэнергии в электрической сети (рисунок 4.1).

18

Рисунок 4.1 – Форма напряжения при работе полупроводниковых преобразователей

Из курса математики известно, что любую несинусоидальную функцию, удовлетворяющую условию Дирихле можно представить в виде суммы постоянной величины и бесконечного ряда синусоидальных величин с кратными частотами. Такие синусоидальные составляющие, называются гармоническими составляющими или гармониками. Синусоидальная составляющая, период которой равен периоду несинусоидальной периодической величины, называется основной или первой гармоникой. Остальные составляющие синусоиды с частотами со второй по n - ую называют высшими гармониками.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

коэффициентом n - ой гармонической составляющей напряжения. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения

определяется по выражению:

	N
	U(2n)
Ku %	n 2		100% ,
	U(1)
где U(n) – действующее значение		n-ой гармонической составляющей

напряжения, В;

n – порядок гармонической составляющей напряжения,

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N = 40;

19

U(1) – действующее значение напряжения основной (первой) частоты, В.

Допускается определять по выражению:

N

U(2n)

Ku % n 2 100% ,

Uном

где Uном – номинальное напряжение сети, В.

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения равен:

KU (n) % U(n) 100% .

U(1)

Для вычисления необходимо определить уровень напряжения отдельных гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения Ku в точке общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, %

Нормально допустимое значение при						Предельно допустимое значение при
	Uном , кВ							Uном , кВ
0,4	6…20		35		110…330	0,4		6…20	35	110…330
8,0	5,0		4,0		2,0	12,0		8,0	6,0	3,0
Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической
составляющей напряжения вычисляют по формуле:
				KU (n) пред % 1,5 KU (n) норм,
где	KU (n) норм		– нормально допустимые				значения		коэффициента n-ой

гармонической составляющей напряжения, определяемые по таблице 4.2.

20