практикум ПиКЭЭ 2015

Таблица 4.2 – Значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, %

Высшие гармоники тока и напряжения вызывают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения:

в линиях электропередачи;

трансформаторах;

электрических машинах;

статических конденсаторах.

Вконденсаторах, предназначенных для компенсации реактивной мощности, даже небольшие напряжения высших гармоник могут вызвать значительные протекающие токи. На предприятиях с большим удельным весом нелинейных нагрузок батареи конденсаторов или отключаются защитой от перегрузки по току или за короткий срок выходят из строя из-за вспучивания корпуса конденсатора.

21

Высшие гармоники вызывают:

ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, кабелей;

ухудшение коэффициента мощности электрических приемников;

ухудшение или нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, компьютерной техники и других устройств с элементами электроники;

погрешности измерений индукционных счетчиков электроэнергии, которые приводят к неполному учету потребляемой электроэнергии;

нарушение работы самих вентильных преобразователей при высоком уровне высших гармонических составляющих.

Описание схемы электрической сети

Исследуемая электрическая сеть представляет собой разомкнутую систему с односторонним питанием (рисунок 4.1). Приемники присоединены с линии электропередач.

Источник		Линия
питания 1		передачи

Приемник 1Приемник 2Приемник 3

Рисунок 4.1 – Структурная схема исследуемой электрической сети

Схема замещения линии передач состоит из продольных элементов R1…R3, L1…L3 и поперечных элементов С1…С3. Схема замещения приемников электрической энергии с линейной ВАХ реализуется на элементах R4 - L4 и R5 - L5 (рисунок 4.2). Элементы R6 – L6 и генератор синусоидальных напряжений E6 моделируют работу приемника с нелинейной ВАХ. Среднеквадратичные значения напряжения приемников контролируется вольтметрами PV1…PV3. Форма напряжения наблюдается с помощью осциллографа XCS1.

22

Рисунок 4.2 - Компьютерная модель исследуемой электрической сети

Параметры элементов задаются вариантом задания и определяются строкой в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Исходные данные для моделирования

№ варианта

1.

2.

3.

	Параметры
	источника	Параметры линии передач			Параметры элементов приемников
	f 50 Гц
		R1, Ом	R2, Ом	R3, Ом	R4, Ом	R5, Ом	R6, Ом	E(n), B
	E1, B	L1, мГн	L2, мГн	L3, мГн				f(n) , Гц
					L4, мГн	L5, мГн	L6, мГн
		С , мкФ	С , мкФ	С , мкФ					(n)	,
		1	2	3
		1	1	1	350	350	350		70
	240
		80	80	80	300	300	300		150
		3	3	3					0
		0,8	0,8	1	400	400	400		60
	230
		100	100	150	250	250	250		100
		4	4	5					45
		1,2	1,2	1,0	320	320	360		60
	220
		120	120	100	250	250	300		200
		2	2	3					90

23

		1,5	1,5	1,0	550	500	500	50
4.	660
		200	200	150	320	300	300	250
		3	4	3				30
5.	380	1,1	1,0	1,2	400	450	450	40
		150	120	180	250	300	250	300
		3	2	3				70
		1,5	1,2	1,5	600	550	600	40
6.	690
		250	200	250	300	220	280	350
		3	3	4				60
		1,2	1,0	1,0	450	450	380	50
7.	400
		220	200	200	350	350	300	100
		4	4	4				30
		0,8	0,8	1,0	180	180	180	55
8.	127
		120	120	200	200	200	250	150
		1	1	3				90
		0,6	0,8	0,5	120	120	150	45
9.	110
		100	200	150	250	250	180	200
		2	4	3				60

Выполнение компьютерного моделирования:

1 Собрать компьютерную модель исследуемой электрической сети (рисунок

4.2).

Виртуальные компоненты:

источник синусоидального напряжения (библиотека Sources – источник

ЭДС частотой 50 Гц	);
модели линии передач электрической энергии и нагрузки – резисторы,
индуктивности и конденсатор (библиотека Basic – резистор		, индуктивность
, конденсатор	);

24

2 Подключить в цепь приемников 1, 2 и 3 виртуальные измерительные приборы PV1, PV2 и PV3 (библиотека Indicators – измерительные приборы:

вольтметры ). Режим работы измерительных приборов выставить в режим

AC.

3 Источник ЭДС, моделирующий высшие гармоники подключить к электрическому приемнику 3. Согласно заданному варианту выставить параметры элементов из таблицы исходных 4.3.

4 Провести моделирование электрической сети, при работе приемника с нелинейной ВАХ. Показания трех вольтметров (UV Uном), отображающие напряжения на приемниках занести в таблицу 4.4.

5 Выставить значение источника ЭДС E1 0 В. Провести моделирование электрической сети от действия n-ой гармонической составляющей напряжения.

Показания трех			вольтметров		(UV U(n) ), отображающие напряжения на
приемниках занести в таблицу 4.4.
	6 Источник ЭДС, моделирующий высшие гармоники подключить к
электрическому приемнику 2 и повторить пункты исследования 4 и 5.
	7 Источник ЭДС, моделирующий высшие гармоники подключить к
электрическому приемнику 1 и повторить пункты исследования 4 и 5.
	Таблица 4.4 – Экспериментальные и расчетные данные
							Ku1 ,%
№	Uном1 , В		Uном2 , В		Uном3 , В	Ku1 ,%		Ku1 ,%
							KU (n) 2 ,%
	U(n)1, В		U(n) 2 , В		U(n) 3 , В	KU (n)1 ,%		KU (n) 3 ,%
1

2

3

25

8 Найти расчетным путем коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения по приближенной форме и n-ой гармонической составляющей напряжения.

9 Сделать выводы по работе и ответить на контрольные вопросы. Показатели качества соответствуют ли требованиям ГОСТ?

10 Оформить протокол исследования.

Контрольные вопросы:

1Дайте понятие несинусоидальности напряжения.

2Какими параметрами характеризуется несинусоидальность напряжения?

3Перечислите основные виды электроприемников, которые вызывают несинусоидальности напряжения?

4Как влияют высшие гармоники на работу различного электрооборудования?

5Назовите мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения в электрической сети?

26

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

«Регулирование напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторной батареи»

Цель работы:

изучить способ регулирования напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей;

проверить работу регулирования напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей на компьютерной модели электрической сети.

Описание схемы электрической сети

Исследуемая электрическая цепь представляет собой трехфазную электрическую цепь при соединении источников и приемников в схему «звезда» (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1 - Компьютерная модель исследуемой электрической сети

Схема замещения трехфазной линии передач состоит из элементов RЛ1…RЛ3, LЛ1…LЛ3. Схема замещения фаз приемников электрической энергии реализуется на элементах Rа, Rb, Rс и Lа, Lb, Lс. Параллельно каждой фазе

27

нагрузки включены емкости, моделирующие конденсаторные батареи. Среднеквадратичные значения фазных напряжений приемников контролируется вольтметрами PV1…PV3.

Параметры элементов задаются вариантом задания и определяются строкой в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Исходные данные для моделирования

		Параметры					Параметры элементов
	варианта	источника		Параметры линии передач
							фазных приемников
		f	50 Гц
								Rb, Ом
	№		EФ, B	RЛ1, Ом	RЛ2, Ом	RЛ3, Ом	Ra, Ом		Rc, Ом
				LЛ1, мГн	LЛ2, мГн	LЛ3, мГн	La, мГн	Lb, мГн	Lc, мГн
	1.		220	3	3	3	150	200	120
								250
				180	180	180	200		150
								120
	2.		230	3,5	3,5	3,5	200		150
				200	200	200	220	160	200
								150
	3.		240	3,2	3,2	3,2	100		200
				150	150	150	120	200	250
								140
	4.		110	1,3	1,3	1,3	100		180
				120	120	120	140	180	200
								100
	5.		127	1,2	1,2	1,2	180		150
				100	100	100	220	120	160
								210
	6.		400	4,0	4,0	4,0	300		180
				280	280	280	280	200	160
								120
	7.		380	3,8	3,8	3,8	180		250
				220	220	220	200	100	200
								200
	8.		100	1,0	1,0	1,0	160		100
				110	110	110	160	180	120
								90
	9.		200	2,8	2,8	2,8	210		140
				160	160	160	250	160	180

28

Выполнение компьютерного моделирования:

1Собрать компьютерную модель исследуемой электрической сети (рисунок

5.1).

Виртуальные компоненты:

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

модели линии передач электрической энергии и нагрузки – резисторы,

индуктивности	и конденсатор	(библиотека Basic – резистор	,
индуктивность	, конденсатор	);

подключить к фазным приемникам a, b и c виртуальные измерительные приборы PV1, PV2 и PV3 (библиотека Indicators – измерительные приборы:

вольтметры ). Режим работы измерительных приборов выставить в

режим AC.

2Задать значения фазных ЭДС и параметров элементов электрической цепи, согласно варианту (таблица 5.1).

Фазные ЭДС источника:

e		E	sin( t 0 )
	A	Ф
		EФ sin( t 120			)
eB
e		E	sin( t 240 ) E			sin( t 120 )
		Ф			Ф
C

3 Изменяя величину конденсаторов С1…С3, осуществить поперечную компенсацию реактивной мощности фазных потребителей. Контролируемые фазные напряжения занести в таблицу 5.2.

4 Найти расчетным путем отклонение напряжения каждого фазного приемника и занести в таблицу 5.2

5 Построить зависимости отклонения напряжения от величины емкости конденсаторных батарей. Отметить зону допустимых и предельных отклонений напряжения.

29

6Сделать выводы по работе и ответить на контрольные вопросы.

7Оформить протокол исследования.

	Таблица 5.2 – Экспериментальные и расчетные данные
№	C, мкФ	Фазные напряжения				Отклонение напряжения
		U a , В	U b , В	Uc , В	Ua	Ub	Uc	Ua %	Ub %	Uc %
1	0
2	2
3	4
4	6
5	8
6	10
7	12
8	14
9	16

1018

1120

1222

1324

1426

1528

1630

Контрольные вопросы:

1В чем заключается способ регулирования напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей?

2Как включаются конденсаторные батареи при регулировании напряжения путем поперечной компенсации реактивной мощности?

3Области предпочтительного применения регулирования напряжения путем поперечной и продольной компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей?

30