Целью защиты лабораторной работы является проверка понимания полученных результатов. В процессе защиты работы студент должен по заданию преподавателя:
- объяснять суть изученных методов регулирования напряжения, демонстрировать знание принципиальных схемных решений методов;
- пояснять назначение элементов в схемах каждого из лабораторных экспериментов;
- выполнять сравнительный анализ результатов опытов, осуществленных в рамках каждого из экспериментов, с объяснением причин различия результатов.
Лабораторная работа №2. Исследование установившихся режимов
Работы разомкнутой распределительной электрической сети
Цель: Измерение параметров установившегося режима работы и исследование влияния параметров ЛЭП на параметры установившегося режима работы разомкнутой распределительной электрической сети.
Аппаратное обеспечение: Лабораторный стенд НТЦ–67 «Распределительные сети систем энергоснабжения».
Время выполнения: 4 часа.
Теоретические сведения
Под режимом работы электрической сети понимают совокупность процессов, происходящих в сети, и определяющих в любой момент времени ее состояние. Различают три основных режима:
- 
нормальный установившийся;
- послеаварийный установившийся;
- переходный.
В нормальном и послеаварийном установившихся режимах параметры – токи, напряжения и мощности – находятся в режиме стационарных колебаний. Они плавно изменяются по синусоидальным гармоническим законам с установившимися, не изменяющимися в течение длительного времени, амплитудами и фазами, т.е. по законам со стационарными характеристиками.
В комплексе задач моделирования и исследования условий работы сетей задача расчетаустановившихся режимов работы занимает важное место. Целями расчета являются:
- проверка допустимости параметров режима для элементов сети (проверка допустимости величин напряжений по условиям работы изоляции, величин токов – по условиям нагрева проводов, величин мощностей – по условиям работы источников активной и реактивной мощности);
- оценка качества электроэнергии путем сравнения отклонений напряжений в сети с нормально и предельно допустимыми отклонениями;
- определение экономичности режима по величине потерь мощности и электроэнергии в сети.
Переходные процессы возникают при переходе от одного установившегося режима работы к другому. Такой переход не совершается мгновенно, так как энергия магнитных и электрических полей, связанных с цепями, различна при различных установившихся режимах, а для конечного изменения энергии полей необходимо некоторое время. Изменение энергии полей сопровождается возникновением так называемых свободных полей и соответствующих им токов и напряжений, накладывающихся на токи и напряжения установившегося режима. Обычно в переходном режиме происходит значительное и быстротечное изменение параметров режима. Так, например, при переходных процессах результирующие токи, а также напряжения на отдельных частях обмоток трансформаторов и электрических машин могут значительно превышать те же величины при установившихся режимах, что необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации [10, 18].
Объектом исследования в лабораторной работе является разомкнутая распределительная электрическая сеть, показанная на рис. 64. Сеть состоит из питающей и двух распределительных линий электропередач. Для каждая ЛЭП может быть задано собственное значение активного сопротивления: для питающей – R л1; для 1-ой распределительной – R л3; для 2-ой распределительной – R л2. Для 1-ой распределительной линии также может быть задана реактивная составляющая ее собственного сопротивления L 3. Для каждой из распределительных линий могут быть заданы индивидуальные значения активной Rk, индуктивной Lk и емкостной Сk составляющей сопротивления нагрузки, где k – номер распределительной линии;
| Рис. 64 |
Ход выполнения работы
Эксперимент №1. Измерение параметров установившегося
режима работы трансформатора
1. Оформить и заполнить исходными данными для первого опыта таблицу эксперимента №1. Количество опытов n зависит от того, какой из параметров задан к изменению в процессе эксперимента индивидуальным вариантом, и составляет для R1 – 5 опытов, для L1 – 10 опытов, для C1 – число опытов зависит от числа возможных значений С1 в диапазоне, указанном в индивидуальном варианте;
| № опыта | Исходные данные | Результаты опыта | |||||
| R1, Ом | L1, Гн | C1, мкФ | первичная обмотка | вторичная обмотка | |||
| U1, В | I1, А | U2, В | I2, А | ||||
| … | |||||||
| n |
2. С использованием перемычек собрать схему эксперимента в соответствии с рисунком со стр. 18 описания лабораторного стенда.
3. Убедиться, что на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного эксперимента перемычки, а также в том, что:
- поворотный переключатель SA1 находится в положении «Uн» (вертикально);
- тумблеры SA4 и SA5 находятся в положении «0R» (нижнее);
- поворотный переключатель SA12 находится в положении «0»;
- тумблер SA1 находится в положении «Выкл» (нижнее);
4. Пригласить преподавателя для проверки схемы;
5. Подключить стенд к трехфазной сети – включить автоматический выключатель «СЕТЬ 3~380 В, 50 Гц»;
6. Поворотным переключателем SA7 установить начальное заданное индивидуальным вариантом значение активного сопротивления нагрузки линии R1, поворотным переключателем SA8 установить начальное заданное индивидуальным вариантом значение индуктивности нагрузки линии L1; тумблерами SA20…SA25 установить начальное заданное индивидуальным вариантом значение емкостной составляющей сопротивления нагрузки С1;
7. Подключить трансформатор Т2 к сети, переключив тумблер SA1 в положение «Вкл» (верхнее);
8. Занести в таблицу эксперимента значение тока (амперметр А11) и напряжения (вольтметр V11) первичной обмотки; значение тока (амперметр А21) и напряжения (вольтметр V21) вторичной обмотки.
9. Повторить пункты 6 и 8 для всех возможных значений параметра линии, заданного к изменению в процессе эксперимента индивидуальным вариантом (R1, L1 или C1). Важно! Если к изменению в процессе эксперимента задана емкость нагрузки C1, то ее значение следует изменять поочередным подключением тумблеров SA20…SA25 по одному, т.е. задавая значения из следующего ряда: 1, 2, 4, 8 и 16 мкФ. Только в том случае, когда верхний предел изменения не соответствует значениям из приведенного ряда, следует использовать параллельное включение двух конденсаторов: например, значение 12 мкФ обеспечивается одновременным включением тумблеров 4 и 8 мкФ;
10. По завершению эксперимента отключить трансформатор Т2 от сети, переключив тумблер SA1 в положение «Выкл» (нижнее); переключить поворотные переключатели SA7 и SA8 в нулевое положение, а тумблеры SA20…SA25 в положение «Выкл» (нижнее);
11. При оформлении отчета построить в общей системе координат графики зависимостей U1 и U2 от величины изменяемого параметра линии; I1 и I2 от величины изменяемого параметра линии. Для каждой пары зависимостей использовать при построении графиков общую систему координат. Сделать выводы о зависимости параметров установившегося режима работы трансформатора от величины изменяемого параметра линии.
Эксперимент №2. Исследование параметров установившегося режима разомкнутой распределительной электрической сети
12. Оформить таблицы эксперимента №2 и заполнить исходными данными первую таблицу:
| Исходные данные | ||||||||
| Rл1, Ом | Rл2, Ом | Rл3, Ом | R1, Ом | R2, Ом | L1, Гн | L2, Гн | С1, мкФ | С2, мкФ |
Результаты исследования параметров установившегося режима от
заданного к изменению активного сопротивления линии
| № опыта | Результаты опыта | ||||||
| изменяемый параметр Rлk | питающая линия | 1-я распределительная линия | 2-я распределительная линия | ||||
| Iп, А (А11) | Uп, В (V11) | Iр1, А (A21) | Uр1, В (V21) | Iр2, А (A31) | Uр2, В (V31) | ||
Результаты исследования параметров установившегося режима от
заданного к изменению значения составляющей сопротивления нагрузки линии
| № опыта | Результаты опыта | ||||||
| изменяемая составляющая сопротивления нагрузки распределительной линии | питающая линия | 1-я распределительная линия | 2-я распределительная линия | ||||
| Iп, А (А11) | Uп, В (V11) | Iр1, А (A21) | Uр1, В (V21) | Iр2, А (A31) | Uр2, В (V31) | ||
| … | |||||||
| n |
Количество опытов n зависит от того, какая из составляющих задана к изменению в процессе эксперимента индивидуальным вариантом, и составляет для Rk – 5 опытов, для Lk – 10 опытов и для Ck число опытов зависит от числа возможных значений Сk в диапазоне, указанном в индивидуальном варианте (k – номер линии);
13. С использованием перемычек собрать схему эксперимента в соответствии с рисунком со стр. 22 описания лабораторного стенда.
14. Убедиться, что на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного эксперимента перемычки, а также в том, что:
- поворотные переключатели SA1 и SA3 находятся в положении «Uн» (вертикально);
- тумблер SA1 находится в положении «Выкл» (нижнее);
- поворотные переключатели SA7–SA10 находятся в нулевом положении;
- тумблеры SA20…SA25 и тумблерами SA30…SA55 – в положении «Выкл» (нижнее);
15. Пригласить преподавателя для проверки схемы;
16. Тумблерами SA4, SA5, SA6 установить заданные индивидуальным вариантом значения активных сопротивлений линий Rл1, Rл2 и Rл3.
17. Установить поворотными переключателями SA7 и SA9 активные составляющие; SA8 и SA10 – индуктивные составляющие; тумблерами SA20…SA25 и SA30…SA55 – емкостные составляющие сопротивлений нагрузок линий 1 и 2;
18. Подключить линию 1 к сети, переключив тумблер SA1 в положение «Вкл» (верхнее);
19. Занести в таблицу эксперимента значение токов и напряжений в ветвях линии (амперметры А11, А21, А31; вольтметры V11, V21, V21);
20. Повторить п.16 и п.19 для всех возможных значений активного сопротивления линии, заданного к заданного к изменению в процессе эксперимента индивидуальным вариантом (Rл1, Rл2 или Rл3);
21. Оставить максимальное значение измененного в процессе выполнения п.20 значения активного сопротивления линии и повторить п.17 и п.19 для всех возможных значений составляющей сопротивления нагрузки линии, заданной к изменению в процессе эксперимента индивидуальным вариантом (Rk, Lk или Ck, где k – номер линии). Важно! Если к изменению в процессе эксперимента задана емкость нагрузки Ck, то ее значение следует изменять поочередным подключением тумблеров по одному, т.е. задавая значения из следующего ряда: 1, 2, 4, 8, 16 и 32 мкФ; Только в том случае, когда верхний предел изменения не соответствует значениям из приведенного ряда, следует использовать параллельное включение двух конденсаторов: например, значение 12 мкФ обеспечивается одновременным включением тумблеров 4 и 8 мкФ;
22. По завершению эксперимента переключить тумблер SA1 в положение «Выкл» (нижнее); поворотные переключатели SA7– SA10 в нулевое положение, тумблеры SA20…SA25 и SA30…SA55 в положение «Выкл» (нижнее), тумблеры SA4, SA5, SA6 в положение «0R» (нижнее);
23. При оформлении отчета построить в общей системе координат графики зависимостей напряжений и токов линий от величин изменяемых параметров. При построении графиков напряжений и при построении графиков токов использовать общую систему координат. Сделать выводы о зависимостях параметров установившегося режима работы разомкнутой распределительной сети от величин изменяемых параметров линии.
Варианты индивидуальных заданий
К эксперименту №1
| № | R1, Ом | L1, Гн | C1, мкФ | № | R1, Ом | L1, Гн | C1, мкФ |
| 1. | 1–5 | 2. | 1–16 | ||||
| 3. | 1–10 | 4. | 1–5 | ||||
| 5. | 1–8 | 6. | 1–10 | ||||
| 7. | 1–5 | 8. | 1–16 | ||||
| 9. | 1–10 | 10. | 1–5 | ||||
| 11. | 1–16 | 12. | 1–10 | ||||
| 13. | 1–5 | 14. | 1–16 | ||||
| 15. | 1–10 | 16. | 1–5 | ||||
| 17. | 1–16 | 18. | 1–10 | ||||
| 19. | 1–5 | 20. | 1–8 | ||||
| 21. | 1–10 | 22. | 1–5 | ||||
| 23. | 1–16 | 24. | 1–10 | ||||
| 25. | 1–5 | 26. | 1–8 | ||||
| 27. | 1–10 | 28. | 1–5 |
К эксперименту №2
| № | Rл1, Ом | Rл2, Ом | Rл3, Ом | R1, Ом | R2, Ом | L1, Гн | L2, Гн | С1, мкФ | С2, мкФ |
| 1. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 2. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 3. | 0–20 | 1–16 | |||||||
| 4. | 0–20 | 1–20 | |||||||
| 5. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 6. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 7. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 8. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 9. | 0–20 | 1–20 | |||||||
| 10. | 0–20 | 1–20 | |||||||
| 11. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 12. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 13. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 14. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 15. | 0–20 | 1–28 | |||||||
| 16. | 0–20 | 1–20 | |||||||
| 17. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 18. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 19. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 20. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 21. | 0–20 | 1–28 | |||||||
| 22. | 0–20 | 1–28 | |||||||
| 23. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 24. | 0–20 | 1–5 | |||||||
| 25. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 26. | 0–20 | 1–10 | |||||||
| 27. | 0–20 | 1–28 | |||||||
| 28. | 0–20 | 1–16 |
