ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СЕТЕЙ И...

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учрежден

высшего образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ,

СЕТЕЙ И СИСТЕМ

Практикум к лабораторным работам для подготовки

бакалавров направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,

профиль «Электроснабжение» энергетического и заочно-вечернего факультета

2-е издание, переработанное и дополненное

Составитель А. Л. Плиско

Ульяновск

УлГТУ

2016

2

УДК 621 (076)

ББК 31. 27я7

П 79

Рецензент канд. техн. наук, профессор Е. В. Бондаренко

Рекомендовано научно-методической комиссией энергетического факультета в качестве практикума

Проектирование электропередач, сетей и систем : практикум

к лабораторным работам / сост. А. Л. Плиско. – 2-е издание, пе-

реработанное и дополненное. – Ульяновск : УлГТУ, 2016. – 57 с.

Издание содержит сведения о конструкции, расчете и эксплуатации элек-

трических сетей и сетевого оборудования.

Разработка и монтаж лабораторных стендов выполнялись студентами

энергетического факультета с привлечением лаборантского состава кафед-

ры «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского

хозяйства».

Лабораторные стенды представляют собой модели электрических сетей

0,4-220 кВ, испытательные установки, демонстрационные стенды элемен-

тов сетевого оборудования.

В описаниях лабораторных работ даны различные варианты электриче-

ских сетей с целью их предварительного расчета и последующей проверки

расчетов на моделях этих сетей.

УДК 621 (076)

ББК 31. 27я7

© Плиско А. Л., составление, 2016

© Оформление. УлГТУ, 2016

П 79

3

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................ 4

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ,

РАБОТАЮЩИХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ ................ 5

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ

РАБОТ ........................................................................................................ 6

РАБОТА №1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ ............................................................................. 8

РАБОТА №2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

СТАЛЬНЫХ ПРОВОДОВ ...................................................................... 17

РАБОТА №3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ

В СИЛОВЫХ КАБЕЛЯХ ........................................................................ 24

РАБОТА №4. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

РАЙОННОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ...................................... 33

РАБОТА №5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

С ПОМОЩЬЮ ПОПЕРЕЧНОЙ И ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ,

ВЫПОЛНЕННОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БАТАРЕЙ СТАТИЧЕСКИХ

КОНДЕНСАТОРОВ ................................................................................ 42

РАБОТА №6. УСТРОЙСТВО ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ИХ

КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ................................................... 51

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................... 55

ПРИЛОЖЕНИЕ. ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА………………...57

4

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее второе, переработанное и дополненное, издание ука-

заний к лабораторным работам по курсу «Электропередачи, системы

и сети» содержит сведения о конструкции, расчете и эксплуатации

электрических сетей и сетевого оборудования.

Разработка и монтаж лабораторных стендов выполнялись сту-

дентами энергетического факультета с привлечением лаборантского

состава кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий,

городов и сельского хозяйства».

Лабораторные стенды представляют собой модели электриче-

ских сетей 0,4-220 кВ, испытательные установки, демонстрационные

стенды элементов сетевого оборудования.

В описаниях лабораторных работ даны различные варианты

электрических сетей с целью их предварительного расчета и после-

дующей проверки расчетов на моделях этих сетей.

5

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ

СТУДЕНТОВ, РАБОТАЮЩИХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ЛАБОРАТОРИЯХ

1. Общие положения

Несчастные случаи во время проведения лабораторных работ

происходят чаще всего из-за несоблюдения студентами изложенных

ниже правил техники безопасности.

1.1. Студенты допускаются к лабораторным занятиям только

после инструктажа по этим правилам, о чем должны свидетельство-

вать их личные подписи в специальном журнале.

Необходимо иметь в виду, что неаккуратность, невниматель-

ность, незнание аппаратуры, спешка и недостаточная подготовка

к лабораторным работам могут повлечь за собой несчастный случай.

Лица, не выполняющие правила техники безопасности или допус-

кающие их нарушение, привлекаются к ответственности.

1.2. От студентов, работающих в лаборатории, требуется не на-

рушать самим и останавливать других, не выполняющих правила тех-

ники безопасности при проведении лабораторных занятий.

Следует помнить, что опасны все движущиеся части и все обо-

рудование, находящееся под напряжением. Известно, что так назы-

ваемое «низкое напряжение» 127-220 В является, как правило, основ-

ным источником несчастных случаев со смертельным исходом.

1.3. Если с кем-либо произошел несчастный случай, замечены

неисправности или нарушение правил техники безопасности, необхо-

димо сообщить об этом руководителю работ или лаборанту, а постра-

давшему начать оказывать первую медицинскую помощь: освободить

из-под тока, провести массаж сердца, искусственное дыхание и т. д.

6

2. Строго воспрещается:

2.1. Касаться неизолированных проводников и частей аппарату-

ры, находящихся под напряжением.

2.2. Включать под напряжением схему без предварительной

проверки и разрешения руководителя.

2.3. Производить переключения в схемах, находящихся под на-

пряжением.

2.4. Оставлять без наблюдения включенную под напряжением

схему.

2.5. Заходить за ограждение лабораторных стендов.

2.6. Снимать или перевешивать предупреждающие плакаты.

2.7. Загромождать рабочее место сумками, портфелями и пр.

2.8. Ходить без дела и отвлекать товарищей и т. д.

3. При несчастном случае необходимо:

3.1. Снять напряжение со схемы путем ее отключения.

3.2. Сообщить о случившемся руководителю работ.

3.3. Немедленно приступить к оказанию помощи пострадавшему.

3.4. Вызвать по телефону 03 скорую помощь.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед выполнением лабораторной работы необходимо во вне-

учебное время провести к ней предварительную подготовку. Произ-

водится ознакомление с содержанием работы и выполняется домаш-

нее задание по варианту, соответствующему номеру студенческой

бригады. Для этого изучается теоретический материал, рекомендо-

ванный к данной работе. Производится изучение контрольных вопро-

7

сов, даваемых в конце описания к каждой работе. Составляется пред-

варительный отчет в объеме, определяемом требованием описания.

При выполнении лабораторных работ и монтаже испытательных

схем рекомендуется: последовательные цепи соединять одноцветны-

ми проводами, параллельные цепи выполнять разноцветными прово-

дами; в первую очередь собирать главную испытательную цепь, а за

ней – второстепенные. Регулировочные трансформаторы следует вы-

вести из работы путем поворота до упора против часовой стрелки их

рукоятки-регулятора.

Собранная схема предъявляется руководителю работ. После его

разрешения включается под напряжение. При включении следует

следить за поведением приборов: при резком отбрасывании стрелок

приборов, их ударах об ограничитель движения следует немедленно

выключить стенд и выяснить причины ненормальной работы.

После окончания работ результаты визируются преподавателем,

схема приводится в исходное положение и разбирается.

Отчет по проделанной работе составляется каждым студентом

в соответствии с указаниями данного руководства. При невыполне-

нии студент не допускается к последующим работам. Задолженность

ликвидируется в дни, назначенные кафедрой.

8

РАБОТА №1.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАВКИХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

1. Цель:

Ознакомление с плавкими предохранителями, их устройством,

время-токовыми характеристиками, выбором предохранителей для

защиты электрических сетей и сетевого оборудования.

2. Содержание работы:

2.1. Ознакомление с конструкцией предохранителей 0,4-35 кВ.

2.2. Изучение время-токовых характеристик предохранителей

и их практическое получение для плавких вставок из медной проволоки.

2.3. Определение области применения полученных плавких

вставок при защите двигателей, понижающих трансформаторов, ма-

гистральных линий, коммунальной электропроводки.

3. Краткие методические указания:

3.1. Известно, что номинальный ток плавкой вставки Iном, вс оп-

ределяется на основании полученных для нее наименьшего и наи-

большего испытательных токов. Первый составляет величину порядка

2Iном, вс, плавкая вставка перегорает за время до 1 ч. Второй равен

(1,3-1,5)Iном, вс, при его протекании плавкая вставка должна не перего-

рать в течение 2 ч.

Однако в лаборатории, из-за ограниченности учебного лабора-

торного времени, эти характеристики вставки определяются методом

экстраполяции, т. е. ориентировочно.

3.2. Каждый элемент электрической сети (провод, кабель, двига-

тель, трансформатор и т. д.), защищаемый от токов перегрузки и ко-

ротких замыканий, имеет свою характеристику термической стойко-

сти (кривая 1, рис. 1.1). Она показывает, за какое время при заданном

9

токе перегрузки или короткого замыкания изоляции элемента или

другие его части достигнут наибольшей допустимой температуры на-

грева. Превышение допустимого времени может вызвать необрати-

мые термические процессы в изоляции и материале, способные по-

влечь отказ в работе (аварию).

3.3. Защита двигателя обеспечивается, если плавкая вставка ус-

пеет перегореть раньше, чем температура двигателя достигнет пре-

дельного значения. Для этого необходимо плавкую вставку выбрать

так, чтобы ее время-токовая характеристика, совмещенная с характе-

ристикой термической стойкости двигателя, располагалась ниже и ле-

вее последней (рис. 1.1, кривая 2).

Вместе с тем плавкая вставка не должна перегорать при пусках

двигателя. Расчетной точкой при этом является точка «а» на рис. 1.1.

Для обеспечения пуска двигателя необходимо плавкую вставку вы-

брать так, чтобы ее время-токовая характеристика не опускалась ниже

точки «a» (как на рис. 1.1), где Iп – ток пуска; tп – время пуска.

3.4. Лицевая панель лабораторного стенда показана на рис. 1.2.

Принципиальная схема электрического соединения элементов стенда

представлена на рис. 1.3. Поворотом рубильника S1 в положение, по-

казанное пунктиром, включается питание установки. Предварительно

рукоятка регулятора автотрансформатора Т должна быть повернута

в исходное положение – против часовой стрелки, до упора. В этом

положении подаваемое на стенд напряжение равно нулю. Вращая ру-

коятку автотрансформатора Т, по вольтметру PV убеждаемся в появ-

лении питания в цепи установки.

Переключением рубильника S2 в положение, показанное пунк-

тиром, и нажатием на кнопочный выключатель SB производим регу-

лирование величин испытательного тока до нужного значения. Это

выполняется до установки испытуемой плавкой вставки между клем-

мами FU (рис. 1.2). Ток регулируется с помощью автотрансформатора Т.

10

Величина испытательного тока регистрируется амперметром РА,

включенным в цепь. После этого кнопочный выключатель S3 отпуска-

ется и между клеммами FU, включенными последовательно с путевым

выключателем S3 (рис.1.3), устанавливается плавкая вставка FU.

Один зажим устройства крепления плавкой вставки может быть

освобожден и передвинут. Это позволяет регулировать длину вставки.

Выключатель S2 возвращаем в первоначальное горизонтальное поло-

жение. Затем снова нажимаем на кнопку SB и удерживаем ее до пере-

горания вставки FU. При этом поддерживаем значение испытательно-

го тока неизменным регулировкой автотрансформатора Т. В момент

нажатия SB срабатывает реле тока КА и подключает секундомер РТ,

стрелка которого должна быть предварительно установлена в нулевое

положение. Необходимо помнить, что регулятором автотрансформа-

тора Т поддерживается в цепи плавкой вставки, через промежуточный

трансформатор TL, нужное значение испытательного тока Iисп. Для

точности измерения времени срабатывания плавкой вставки FU целе-

сообразно работу секундомера РТ контролировать по секундным

стрелкам часов, имеющихся у испытателей. Время более 30 с реко-

мендуется фиксировать секундной стрелкой наручных часов.

В момент перегорания плавкой вставки FU реле КA отключает

секундомер РТ. При проведении опытов нужно следить, чтобы пла-

стмассовый прозрачный колпак полностью закрывал испытуемую

плавкую вставку, обеспечивал замыкание нулевого контакта, не до-

пуская разбрызгивание за его пределы жидкого металла вставки.

Дроссель L обеспечивает приближение характеристик испытательной

установки к характеристикам реальной сети.

Можно рекомендовать следующий порядок проведения опыта.

Сначала устанавливается наибольший для испытательной установки

ток (примерно 50 А) и определяется время перегорания плавкой

вставки. Затем испытательный ток снижается на 10 А и снова измеря-

11

ется время перегорания и т. д. Опыты заканчивают, когда время пере-

горания плавкой вставки составит около 3-5 мин.

Рис. 1.1. Выбор защитных характеристик плавких вставок

Рис. 1.2. Вид лицевой панели лабораторного стенда

12

Рис. 1.3. Принципиальная схема стенда

3.5 Полученные результаты сводятся в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Результаты опытной проверки испытуемых плавких вставок

Вид плавкой вставки

Значение Iном.вс, А и времени плавления вставки tпл.вс, с

Ориентировочное время Iном.вс, А

Iисп1 tпл.вс1 Iисп2 tпл.вс2 Iисп3 tпл.вс3 1. Без метал-лургического эффекта

2. С метал-лургическим эффектом

Примечания: 1. В интервале времени до 4-5 минут снимается 5-6 точек.

2. Лабораторный стенд позволяет кратковременно пропускать ток до 60 А.

4. Задание:

4.1. Изготовить 15-20 шт. каждого типоразмера плавких вставок,

заданных преподавателем.

4.2. Снять их время-токовые характеристики: для каждого зна-

чения тока сделать два опыта, найти ток, при котором время перего-

13

рания плавкой вставки не менее 4-5 минут. Ориентировочно опреде-

лить значения наибольшего и наименьшего испытательных токов.

4.3. Аппроксимируя полученные результаты, построить время-

токовую характеристику для каждой плавкой вставки и примерно оп-

ределить ее номинальный ток.

4.4. Изготовить 10 шт. аналогичных плавких вставок, но с на-

пайкой посередине вставки диаметром 2-3 мм, т. е. получить вставки

с «металлургическим эффектом».

4.5. Снять время-токовые характеристики плавкой вставки с «ме-

таллургическим эффектом».

4.6. Определить, какие мощности двигателей, напряжением 0,4 кВ,

и трансформаторов, напряжением 35/10 кВ, можно защитить полу-

ченными плавкими вставками.

Номинальный ток плавкой вставки для защиты трансформатора

можно определить из выражения:

, ,(1,5 2)ном вс ном трI I ,

а для двигателя:

ном.двп,

(3 5)

(1,6 2,5) (1,6 2,5)ном всIII

.

4.7. Установить, какие сечения проводов в магистральных провод-

ках и магистральных сетях можно также защищать полученными плавки-

ми вставками. Согласно «Правилам устройства электроустановок» допус-

каемый ток по проводам и кабелям для бытовых сетей должен быть равен

или больше наименьшего испытательного тока плавкой вставки, т. е.:

,1, 25доп ном всI I ,

а в магистралях и ответвлениях промышленных сетей разрешается уста-

навливать плавкие вставки с номинальными токами, значительно боль-

шими допускаемых токов для проводов и кабелей, соблюдая следующее:

, 3ном вс допI I.

14

5. Содержание предварительного и исполнительного отчетов:

5.1. Предварительный отчет:

5.1.1. Рисунки в разрезе патронов следующих предохранителей:

типа ПР-2 – фибрового; типа ПК-6(10) – кварцевого; типа ПС-35МУ1

(или типа ПСН-35) – стреляющего (выхлопного).

5.1.2. Расчетные формулы плавких вставок, необходимые при

выборе предохранителей для защиты линий, трансформаторов, двига-

телей, коммунальных электрических сетей, магистральных линий

промышленных предприятий.

5.1.3. Таблицу для занесения результатов замеров и схемы по

рис. 1.2 и рис. 1.3 испытательного стенда с кратким описанием его

работы.

5.2. Окончательный отчет:

5.2.1. Материалы предварительного отчета.

5.2.2. Заполненная таблица результатов измерений.

5.2.3. Построенные на миллиметровке время-токовые характе-

ристики, в логарифмическом масштабе.

5.2.4. Рекомендации по применению полученных плавких вста-

вок для защиты двигателей 0,4 кВ, трансформаторов 35 кВ и линий

6-10 кВ (с указанием допустимой мощности и величины протекающе-

го тока).

6. Контрольные вопросы:

6.1. Устройство и работа фибрового предохранителя типа ПР-2.

6.2.Устройство и работа кварцевых предохранителей типов ПН-2

и ПК-10.

6.3. Устройство и работа стреляющего предохранителя типа

ПС-35МУ1 или ПСН-35.

6.4. Устройство и работа серийного управляемого предохрани-

теля (стреляющего) на 35 кВ типа УПС-35У1.

15

6.5. Причины возникновения перенапряжений в кварцевых пре-

дохранителях, например, типа ПК-10 и работа с ними.

6.6. Токоограничивающий эффект кварцевых предохранителей

и его технико-экономическая эффективность.

6.7. Безынерционные и инерционные плавкие вставки. Их дос-

тоинства и недостатки.

6.8. Выбор предохранителей для защиты трансформаторов.

6.9. Выбор предохранителей для защиты двигателей.

6.10. Выбор предохранителей для защиты магистральных линий

промышленных предприятий.

6.11. Выбор предохранителей для защиты электропроводки

в жилых домах, общественных зданиях и во взрыво- и пожароопас-

ных помещениях.

6.12. «Металлургический эффект», его физическая сущность,

область применения.

6.13. Причины, по которым кварцевый предохранитель на 10 кВ

типа БК-10 нельзя использовать вместо такого же предохранителя ти-

па ПК-6 в сетях 6 кВ.

6.14. Причины выполнения плавких вставок в предохранителях

ПК-6 и ПК-10 в виде спирали.

6.15. Практическая целесообразность использования при защите

понижающих трансформаторов управляемого предохранителя типа

УПС-35У1 вместо обычных стреляющих предохранителей на 35 кВ.

6.16. Время-токовые характеристики предохранителей и зоны их

разброса.

6.17. Выбор предохранителей с учетом зон разброса их время-

токовых характеристик.

16

Список литературы

1. [1, § 9-7].

2. [2, § 12-3].

3. [3, главы 1 и 2].

4. [4, §§ 4-1; 4-2; 4-3; 11-1; 11-2].

5. [5, с.47-50].

17

РАБОТА №2.

ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

СТАЛЬНЫХ ПРОВОДОВ

1. Цель:

Закрепить знания по расчету и выбору сечений проводов линий

электропередачи по допустимым потерям напряжения.


2.1. Ознакомиться с методом выбора сечения проводов в линиях

электропередачи по допустимой потере напряжения. Линия выполня-

ется проводом, изготовленным из стали или цветного металла.

2.2. Изучить причины зависимости активного и индуктивного

сопротивлений стальных проводов от величины протекающего тока.


3.1. Рассматриваемая электрическая сеть представлена на рис.

2.1. Перед выполнением лабораторной работы производится домаш-

ний расчет электрической сети по рис. 2.1 по данным, представлен-

ным в табл. 1.1. Номер варианта соответствует номеру студенческой

бригады.

Необходимо выбрать такое сечение провода (сначала стального,

а затем сталеалюминевого), при котором потери напряжения между

источником 1 и потребителем в точке 2 не выходят за пределы допус-

тимых, т. е.

,1 2 1 2допU U U .

Максимальная нагрузка потребителя S2 и его коэффициент мощ-

ности соsφЕ и прочие данные берутся из табл. 1.1. В начале расчета

можно принять U2 = Uном.

18

3.2. При выборе проводов из стали задаются предварительной

плотностью тока j = 0,5 А/мм2. Ввиду того, что активное сопротивле-

ние провода R1-2 и индуктивное сопротивление Х1-2 изменяются от ве-

личины протекающего тока, сечение стального провода подбирается

методом последовательных приближений, пока допустимые потери

напряжения не превысят потерь фактических. При этом сопротивле-

ния стального провода берутся из справочной литературы.

При выборе проводов из цветного металла (алюминия, меди

и т. д.) задаются погонной величиной индуктивного сопротивления:

х0 ≈ (0,35 ÷0,4) Ом/км.

Находят долю потерь напряжения на нем, а по доле напряжения,

падающей на активном сопротивлении, определяют сечение провода.

По нему определяют ближайшее стандартное и производят оконча-

тельную проверку величины суммарных потерь для конкретного при-

нятого сечения. Для алюминиевых и сталеалюминевых проводов

удельное сопротивление ρ0 = 31,5 Ом⋅мм2/км.

3.3. На рис. 2.2 показана лицевая панель стенда, на рис. 2.3 –

принципиальное соединение элементов схемы.

Питание подается приведением переключателя S в вертикальное

положение. Под ним смонтированы вывода концов двух стальных пе-

тель исследуемого провода: №1 – однопроволочный из провода марки

ПСО-3,5 и №2 – из проволоки марки ПС-25. Петли имеют длину 16 м

каждая и смонтированы над стендом и на стене лаборатории.

Под клеммами петель расположены клеммы нагрузочного транс-

форматора TL, питание которого осуществляется от автотрансформа-

тора Т, смонтированного слева под плоскостью стенда. В начальный

момент Т выводится из работы вращением его рукоятки против часо-

вой стрелки до упора. На первом этапе испытание петель ведется от

первой обмотки нагрузочного трансформатора: от начала H1 и конца

К1 обмотки. Для увеличения испытательного тока (при токе более 20

19

А) используются две обмотки нагрузочного трансформатора. При этом

первая и вторая обмотки соединяются последовательно: K1 присоеди-

няется к Н2 и питание в петли П подается от клемм H1 и К2 и т. д.

Подача питания в петлю от Т осуществляется вращением по ча-

совой стрелке рукоятки (peгулятора) трансформатора Т. Вольтметр

PV1 включен в цепь автотрансформатора. Желательно, чтобы выход-

ное напряжение не превышало 150 В. Подача тока в петлю должна

производиться кратковременно – только для производства замеров.

В середине стенда (лицевой панели) смонтирован трансформа-

тор тока ТА: его первичные клеммы Л1 и Л2 и клеммы вторичной –

измерительной обмотки И1 и И2. Между клеммами указаны соответ-

ствующие коэффициенты трансформации по току – K1: I5/5; 30/5,

100/5 и т. д. При использовании трансформатора тока показания ам-

перметра (PA1, РА2) будут показывать значения тока в К1 раз мень-

ше, чем в действительности протекает через исследуемую петлю.

Вольтметры PV2 и PV3 используются для замера напряжения,

подводимого к П. При токах до 15 А используется настольный аво-

метр для измерения малых напряжений – до 3-5 В. Вольтметр PV1

показывает напряжение, подводимое к TL, он непосредственно вклю-

чен в испытательную схему. Для определения потребляемой петлею

П активной мощности Рп используется настольный ваттметр PW (рис.

2.3). При испытаниях многопроволочной петли ток может составлять

49-50 А, поэтому присоединительные провода должны состоять из

удвоенных лабораторных проводников. Диапазон испытательных то-

ков: для петли №1 – от 3 до 25 А, №2 – от 15 до 50 А. Интервал изме-

рений должен составлять 5 А.

3.4. Данные замеров и расчета сводятся в табл. 2.2.

20

Таблица 2.2

Данные опытов и расчетов сопротивлений стальных петель

Вид петли Кол-во замеров

Измерено Вычислено, Ом Iп КI Uп Рп Rп Хп′′ Zп

Петля однопроволочная

№1

1 2 … 10

Петля многопроволочная

№2

1 2 … 10

Рис. 2.1. Расчетная схема электрической сети

Рис. 2.2. Вид лицевой панели стенда

21

Рис. 2.3. Принципиальная схема лабораторного стенда

3.5 Активное сопротивление петли:

2, ,П

ПП

PR ОмI

где Iп – ток, измеренный соответствующим амперметром, увеличенный

соответственно значению коэффициента трансформации по току – K1.

Активная мощность, потребляемая петлей, также умножается нa K1.

Полное сопротивление петли:

,ПП

П

UZI

где Uп – напряжение, приложенное к петле; ток Iп учитывает коэффици-

ент К1. Петли №1 и №2 выполнены бифилярными, т. е. имеют прямой

и обратный провод. Это позволяет уничтожить наружное индуктив-

ное сопротивление петли, т. е. Х′п = 0.

Индуктивное сопротивление петли, обусловленное внутренним

электромагнитным полем ПX , определяется как:

2 2 .П П ПX Z R

3.6. Для проверки результатов расчета можно по справочнику

найти сопротивление 1 км провода марки ПСО-3,5 и ПС-25 (в зави-

22

симости от величины протекающего тока) и пересчитать его на длину

16 м – на длину петель №1 и №2.

4. Задание:

4.1. Рассчитать сечение стального и цветного провода по допус-

тимой потере напряжения для линии по рис. 2.1 и данным из табл. 2.3.

Номер варианта соответствует номеру студенческой бригады.

4.2. Определить опытным путем для одной из петель (по заданию

преподавателя) сопротивления: активное, индуктивное, полное и по-

строить графическую зависимость от величины испытательного тока.

5. Содержание предварительного и испытательного отчетов:


5.1.1. Выполненное домашнее задание по выбору проводов для

рис. 2.1. Расчетные данные берутся из табл. 2.3.

5.1.2. Рисунок электрических соединений стенда (рис. 2.3), табл. 2.2.

Таблица 2.3

Расчетные данные для выполнения домашнего задания

Номер бригады

Номинальное Напряжение в точке 1, рис. 2.1, кВ

Длиналинииl1-2, км

Допустимыепотери

∆Uдоп,1-2, кВ

S2, кВ⋅ А cosφЕ Среднегеометриче-

ское расстояние Dср,см

1 10 15 1 240 0,8 150 2 6 20 0,8 150 0,85 160 3 10 30 1,5 300 0,7 200 4 10 25 1,2 400 0,9 140 5 6 10 0,7 160 0,87 210 6 35 30 2,5 850 0,83 300 7 35 50 3,1 500 0,85 280

5.2. Исполнительный отчет:

5.2.1. Материалы предварительного отчета и заполненную табл. 2.2.

5.2.2. Результаты расчета сопротивлений и графики

Rп = ƒ(Iп); Хп′′ = φ(Iп).

23


6.1. Порядок расчета алюминиевых проводов по ∆Uдоп.

6.2. То же, но стальных.

6.3. Выражение для расчета индуктивного сопротивления провода.

6.4. Влияние расположения проводов на индуктивное сопротив-

ление.

6.5. Конструкция проводов воздушных ЛЭП – линий электропе-

редачи.

6.6. Марки голых проводов и металлы, используемые для них.

6.7. Цель расщепления фазных проводов у воздушных ЛЭП.

6.8. Учет расщепленных при расчете индуктивного сопротивления.

6.9. Транспозиция проводов, транспозиционные опоры: цель

применения.

6.10. Причины низкого индуктивного сопротивления в кабель-

ных ЛЭП.

6.11. Причины недопустимости контактирования меди с алюминием.

6.12. Виды зажимов и соединителей для воздушных ЛЭП.

6.13. Причины коронирования голых проводов и борьба с короной.

6.14. Кабельные линии, конструкция кабелей и кабельных муфт.

6.15. Область применения стальных проводов, достоинства и не-

достатки.

6.16. Способы борьбы с изломом проводов в месте подвески.

6.17. Способы снижения сопротивления стальных проводов.


1. [1, глава 1: §§ 3-4, 3-5, 3-6].

2. [6, глава 2: §§ 3-1, 3-2].

3. [7, §§ 1-2, 2-2].

4. [8, с. 39-48].

24

РАБОТА №3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ

В СИЛОВЫХ КАБЕЛЯХ

1. Цель:

В процессе выполнения работы студенты приобретают знания

по вопросам выявления причин повреждаемости кабельных линий

и обучаются методам отыскания мест повреждения в кабелях.


2.1. Описать виды повреждения кабельных линий и методы оп-

ределения мест повреждения.

2.2. Собрать и опробовать схему модели акустического метода.

2.3. Выполнить настройку прибора ЭМКС-58 с указанием по-

рядка включения в испытываемую цепь, произвести измерения на мо-

дели кабельной линии.

2.4. Ознакомиться с конструкцией кабельного моста КМ-50. При

этом необходимо выяснить следующее:

- тип прибора и его паспортные данные;

- принцип действия и основные элементы;

- порядок использования прибора в различных схемах измере-

ний (по «схеме Муррея», по «схеме Варлея», определение моста об-

рыва в кабеле).


3.1. Схема модели акустического метода собрана на лицевой па-

нели лабораторного стенда (схема «а»). Для определения поврежден-

ной фазы кабеля отходящий конец искрового промежутка FV соеди-

няют последовательно с фазами А, Б, С. Питание включают поворо-

том выключателя QI в положение «включено» с последующим нажа-

25

тием кнопки S1. Кнопку S1 во включенном положении удерживают

15-20 с (до начала мигания лампы).

Если поврежденная фаза определена верно, то загораются лам-

почки имитации «искрового разряда» в искровом промежутке FV

и в месте замыкания фазы на землю.

3.2. Питание прибора ЭМКС-58 производится от розетки, рас-

положенной в правом нижнем углу лабораторного стенда. Питание

к розетке подается через переключатель Q2. Два изолированных кон-

ца двигателя напряжения, смонтированного в основании лицевой па-

нели лабораторного стенда, соединяют с ЭМКC-58. Соединение вы-

полняется по схеме, изображенной на крышке прибора.

После настройки прибора определяют расстояние до места по-

вреждения. Для чего нажимают кнопку S2 (на 0,5-1 с) и по показаниям

ЭМКС-58 определяют расстояние, измерение повторяют до трех раз.

3.3. При работе по «схеме Муррея» прибором КМ-50 переключа-

тель Q3 внизу лицевой панели лабораторного стенда (схема «б») ста-

вится в положение «R»:

- определяется, какая из фаз кабеля в схеме «б» имеет замы-

кание на землю. Измерение производится по методу Витстона соглас-

но инструкции на КM-50. На стенде используется клемма «4», соот-

ветствующая клемме «земля», и поочередно фазы А, Б и С;

- измеряют сопротивление жилы кабеля и по данным табл. 3.1

определяют длину кабельной линии;

- дальнейшие операции по определению места повреждения по

«схеме Муррея» производятся согласно инструкции КМ-50.

3.4. Измерения по «схеме Варлея» выполняются по аналогии

с «методом Муррея», с использованием инструкции КМ-50.

26

4. Задание:

4.1. Ознакомиться с работой модели акустического метода.

4.2. Изучить работу прибора ЭМКС-58 (метод колебательного

разряда).

4.3. Ознакомиться с конструкцией кабельного моста КМ-50.

4.4. Изучить использование КМ-50 для определения поврежде-

ний в кабельных линиях (петлевой метод).

5. Содержание предварительного и испытательного отчетов:

5.1. Предварительный отчет должен содержать:

5.1.1. Краткое описание мест повреждения в кабелях.

5.1.2. Схему включения прибора ЭМКС-58.

5.1.3. Схемы методов измерения кабельным мостом КМ-50

и формулы, необходимые для расчета.

5.1.4. Таблицу для записей результатов измерений.

5.2. Исполнительным отчетом служит предварительный отчет,

содержащий результаты измерений.

Таблица 3.1

Характеристики исследуемого кабеля

Номер варианта

1, 2 3, 4 5, 6 7, 8 9, 10

Марка кабеля АСБ-35 АСБ-50 АСБ-70 АСБ-95 АСБ-120Удельное

сопротивление, Ом/км

0,91 0,63 0,45 0,33 0,27


6.1. Конструкция силовых кабелей 0,4-35 кВ.

6.2. Конструкция газонаполненных и маслонаполненных кабелей.

6.3. Причины повышенной повреждаемости кабельных муфт

в весенне-осенний период.

6.4. Конструкции низковольтных кабельных муфт.

27

6.5. Конструкция высоковольтных кабельных муфт.

6.6. Опасность блуждающих токов для кабельных линий.

6.7. Отличие низковольтных кабелей от высоковольтных.

6.8. Принцип действия кенотронных установок.

6.9. Виды повреждения кабельных линий и определение харак-

тера повреждения.

6.10. Методы определения места повреждения в силовых кабе-

лях и требования, предъявляемые к ним.

6.11. Измерение сопротивлений по схеме моста Витстона. Воз-

можности кабельного моста КМ-50.

6.12. Порядок и способы прокладки кабельных линий.

6.13. Нагревание кабелей при повторно-переменных нагрузках

и под действием длительно протекающего тока.

6.14. Методы определения мест повреждения в кабелях с помо-

щью кабельного моста КМ-50.

6.15. Порядок прокладки кабелей вблизи зданий, трубопроводов

при пересечении с другими кабелями.

6.16. Конструкции, типы и область применения силовых кабелей

напряжением 35-220 кВ.

Приложение

(к лабораторной работе №3)

Инструкция для работы с кабельным мостом типа КМ-50

1. Измерение омических сопротивлений (схема Витстона).

При измерении омических сопротивлений по схеме Витстона,

измеряемое сопротивление подключить к зажимам «R» и «СR», ручку

«Схема» поставить в положение «МВ». В зависимости от порядка ве-

личины измеряемого сопротивления, пользоваться напряжениями ис-

точника питания моста, рекомендованными в таблице.

28

Если же порядок измеряемого сопротивления неизвестен, то из-

мерение следует начинать с внутренней батареи или равной ей по на-

пряжению внешней батареи, в том и другом случаях ручку «Питание»

необходимо поставить в положение «–».

В зависимости от порядка величины измеряемого сопротивле-

ния ручку плеч отношений (первая ручка слева, находящаяся в верх-

нем ряду) ставить в соответствующее положение.

При помощи четырех ручек декад сравнительного плеча набрать,

примерно, такую величину, которая, будучи умноженной на отношение

плеч отношений, дала бы порядок измеряемого сопротивления.

После этого ручку «Гальв» ставят в положение «Грубо» и, вра-

щая ручки декад сравнительного плеча, добиваются установления

стрелки гальванометра на нуль, затем переводят ручку «Гальв» в по-

ложение «Точно» и снова уравновешивают мост.

Если стрелка гальванометра не сходит с нулевой отметки при

переключении ручки четвертой декады сравнительного плеча «R», то

это значит, что источник питания имеет напряжение меньше, чем это

указано в табл. прил. 1.

Измерение сопротивлений выше 100 Ом рекомендуется произ-

водить при питании KМ от внешней батареи.

Таблица прил.1

Напряжение питания прибора КМ-50

Измеряемое сопротивление в омах

Напряжение батарей в вольтах

Положение переключателя плеч

отношений 0-1 2 1:1000 2-10 4 1:1000

10-100 4 1:100 100-1000 8 1:10

1000-10000 14 1:1 10000-100000 20 10:1

100000-1000000 40 100:1

29

Величина измеряемого сопротивления находится по формуле:

,x

x

rR Rr

(1)

где R – отсчет по лимбам декад сравнительного плеча; r/rх – значение

плеч отношений, указанное на лимбе первой слева декады моста,

причем r приводится в числителе, а rx – в знаменателе.

2. Определение мест повреждения кабеля по схеме Муррея

Метод петли Муррея применяется для определения мест повреж-

дения кабеля в том случае, когда имеется заземление фазы без ее об-

рыва, причем сопротивление заземления может достигнуть 10000 Ом.

Рассмотрим один из случаев определения мест повреждения кабеля.

Сопротивление отрезка жилы кабеля до места повреждения на-

ходится по формуле:

,x

A rRA R

(2)

где r – общее сопротивление, которое находится по данным кабеля:

сечению, длине и удельному сопротивлению; А – отсчет на декаде

отношений. Он может быть: 1000 для M1000, 100 для M100 и 10 для

М10. В формулу подставляется численное значение. R – величина

сравнительного плеча в Омах.

Расстояние от места измерения до места повреждения опреде-

ляется по формуле:

2 ,x

AL LA R

(3)

где L – длина участка кабеля. Измерение необходимо произвести,

дважды меняя на мосте места концов кабеля.

30

Расстояние от места измерения до места повреждения во вто-

ром случае определяется по формуле:

1

1 1

2 ,yAL L

A R

(4)

где А1 и R1 – данные при втором измерении.

Необходимо, чтобы

2 .x yL L L

(5)

Если сумма Lх+Lу значительно отличается от двойной длины ка-

беля, то измерение произведено неправильно и его следует повторить,

проверив надежность контактов схемы.

Следует (по возможности) произвести такие замеры с противопо-

ложного конца кабеля. При замерах с противоположного конца кабе-

ля получается расстояние Lх1, при этом:

1 1.x xL L L (6)

Истинное расстояние до места повреждения будет:

1' ,

2x xL LL L

(7)

или

1

1 .2x x

L LL L

(8)

При измерении сопротивления участка кабеля до места заземле-

ния необходимо:

а) подключить исправную жилу к зажиму R, поврежденную жи-

лу к зажиму «CR»;

б) землю подключить к зажиму «З»;

в) закоротить на противоположном конце участка поврежден-

ную и исправную жилы;

31

г) ручку «Схема» поставить в положение «ПМ»;

д) ручку «Плеч отношений» поставить в положение М1000,

М100 или M10 в зависимости от сопротивления измеряемого участка;

е) включить ручку «Гальв» на «Грубо» и ручками сравнительно-

го плеча и плеч отношений уравновесить мост, после чего ручку

«Гальв» перенести на «Точно» и окончательно уравновесить мост.

Измерение произвести три раза.

Измеряемое сопротивление на расстоянии до места поврежде-

ния определяется по формулам: (2), (3), (4), (5), (6), (7), (8).

3. Измерение расстояния до места повреждения кабеля по схеме

Варлея.

При работе по схеме Варлея необходимо произвести следующие

операции:

а) подключить к зажимам «R» и «CR» исправную и поврежден-

ную жилы, предварительно закороченные на противоположном конце

кабеля;

б) заземление (клемма «4») присоединить к зажиму «3»;

в) ручку «Схема» поставить в положение «ПВ»;

г) установить ручку декада плеч отношений в положение 1:1

и ручку сравнительного плеча в положение, которое, примерно, соот-

ветствует ожидаемому по величине измеряемому сопротивлению;

д) уравновесить мост сначала при включении гальванометра на

«Грубо», а затем – на «Точно».

Результат измерения подсчитать по формуле:

1

( ),x x

A R rr LA B

где А – числитель дроби на декаде плеч отношений; В – знаменатель

этой дроби; R – сопротивление плеча сравнения (показание 4-х де-

кад); r – общее сопротивление кабеля (двух жил).

32

Расстояние до места повреждения кабеля определять по формуле:

,xx

r SL

где S – сечение кабеля, мм2; ρ – удельное сопротивление кабеля,

Ом/мм2⋅км.


1. [12, §§ 1-1, 1-2, 1-5, 1-6, 3-1, 3-3].

2. [3].

3. [13].

4. [14].

33

РАБОТА №4.

АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ РАЙОННОЙ

ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

1. Цель:

Закрепить знания по разделам расчета и построения схем заме-

щения и векторных диаграмм тока и напряжений районной линии

электропередачи. Выполнить расчет напряжений в начале и в конце

заданной линии (см. табл. 4.1) как под нагрузкой, так и на холостом

ходу.


2.1. Изучить порядок расчета районной линии электропередачи

напряжением 110-220 кВ «по данным конца».

2.2. Освоить правила построения векторных диаграмм токов

и напряжений.

2.3. Проверить результаты расчета на макете линии, собранной

на лабораторном стенде.


3.1 Вариант исследуемой электрической сети (с указанием мощ-

ности потребителей, номинального напряжения и проч.) представлен

в табл. 4.1. Номер варианта, принимаемого к расчету, совпадает с но-

мером бригады.

34

Таблица 4.1

Варианты расчетных параметров исследуемой сети

№ варианта

Напряжение в конце линии, кВ

Протяженностьлинии l, км

Коэфф.cosϕЕ

Мощностьнагрузки РЕ, МВт

Дср, см

Экономичес-кая

плотность тока jэ, А/мм

1 110 150 1 70 600 1,2 2 220 250 1 150 900 1,1 3 220 280 1 170 900 1,3 4 150 220 1 90 600 1,1 5 110 220 1 100 500 1,2 6 150 250 1 130 600 1,4 7 220 280 1 150 900 0,9 8 220 300 1 120 900 1,0

3.2. Лабораторная модель исследуемой линии (рис.4.1) содержит

индуктивные и активные сопротивления и емкостную проводимость

сети. Причем на стенде указывается только индуктивные сопротивле-

ния сети. Соответствующие значения активных сопротивлений пред-

полагаются заложенными в проводах моделей индуктивных сопро-

тивлений (катушек), представленных на стенде. Поэтому учет актив-

ных сопротивлений в проводах моделируемой линии становится обя-

зательным.

Сопротивление нагрузки потребителей RЕ, питаемое линией, на-

бирается активным сопротивлением с помощью реостата, располо-

женного с правой стороны лабораторного стенда.

3.3. Заданный вариант лабораторной работы рассчитывается до-

ма, по расчетам строятся векторные диаграммы токов и напряжений

заданной линии под нагрузкой и на холостом ходу.

3.4. Вид лабораторного стенда представлен на рис. 4.1. Стенд

состоит из выключателя S, двух амперметров РА1 и РА2, двух вольт-

метров PV1 и PV2, переносного ваттметра PW, двух магазинов кон-

денсаторов CI и С2, снабженных регуляторами (движками), позво-

ляющих при их перемещении набирать нужную емкость конденсато-

35

ров. Снизу, под магазинами, выведены соответствующие клеммы

«Начало» (Н) и «Конец» (К) каждого магазина.

Индуктивные сопротивления линий с включенными в них ак-

тивными сопротивлениями представлены горизонтальным магазином

индуктивностей XL (Ом), состоящим из отдельных катушек. Величина

индуктивного сопротивления катушки указана на панели между ее

верхней (И) и нижней (К) клеммами. Магазин активного сопротивле-

ния (нагрузка) RЕ прикреплен к стенду с правой стороны стола. Регу-

лирование подаваемого напряжения U1 осуществляется автотранс-

форматором Т, расположенным в левом нижнем углу стенда. Движок

трансформатора Т в исходном положении (перед включением S) дол-

жен быть выведен против часовой стрелки до упора в ограничитель.

Вращением рукоятки по часовой стрелке будет производиться подача

на стенд нужной величины напряжения.

Сборка рабочей схемы осуществляется подключением с помо-

щью переносных лабораторных проводников источника питания: U1 к

клеммам: вольтметров, амперметров, ваттметра PW, индуктивностей

XL, конденсаторов CI и С2 в последовательности, которая указана на

схеме, изображенной на лицевой панели стенда. При снятии диаграм-

мы напряжений, соответствующей холостому ходу линии, нагрузка

RЕ полностью отключается от схемы сети. Сопротивление нагрузки в

этом случае становится равным бесконечности.

Работа стенда осуществляется на напряжение, как правило,

127 или 220 В, выставленном с помощью Т на вольтметре PV2.

3.5. Для моделирования заданной линии сначала определяют

значения сопротивлений XL и RL и проводимостей GL и BL. После это-

го вычисляют истинные значения сопротивления нагрузки RЕ. Оно

находится по выражению (при cosϕЕ = 1): 2

310 ,[ ],номE

E

UR ОмP

36

где РЕ – мощность потребителей, заданная в табл. 4.1, кВт; Uном – но-

минальное напряжение сети, заданное в табл. 4.1, кВ.

На модели набираются действительные сопротивления рассмат-

риваемой линии, т.е. коэффициент модели по сопротивлению КZ = 1.

То же самое сохраняется и для коэффициента по проводимости. Од-

нако коэффициенты по току KI и по напряжению КU будут значитель-

но отличаться от единицы. Следует помнить, что фазный ток дейст-

вительной сети IФ(Д) равен линейному IД.

Это же будет относиться и к модели, т. е.:

IФ(М) = IМ.

Рис. 4.1. Вид лицевой панели и принципиальная схема лабораторного стенда

Если на модели использовать фазное напряжение, номинальное

линейное напряжение действительной сети, то коэффициент модели

по напряжению:

37

3( )

( ) ( )

/ 3 220 10 / 3 1000.

220 3Ф А Д

UФ М Ф М

U UK

U U

Масштабный коэффициент по току КI будет определяться через

коэффициенты напряжения и сопротивления:

UI U

Z

KK KK

.

При переходе от результатов модели к действительным пара-

метрам будет производиться следующий пересчет:

( ) ( ) ( ).Ф Д Ф М I UP P K K

Это можно найти и другим путем. Так, для трех фаз сети дейст-

вительная мощность РД будет равна:

( ) ( ) ( )3 3 3( ) ( )Д ф Д ф Д Д ф М U М IP P U I U K I K .

Аналогично определяется и действительная мощность ∆QС, ге-

нерируемая линией. Она находится по емкостному току модели IС(М),

определяемому наличием в линии емкостной проводимости. Здесь ко-

эффициент модели и по емкостному току будет сохраняться равным

KI. Можно записать: 2 2

( )( 3 )C Д ф М UQ U B l U K B l .

3.6. В соответствии с рис. 4.1 измерительные приборы, установ-

ленные на стенде, включаются в испытательную сеть с помощью на-

ружных проводников, соединявших источник питания U1 с соедини-

тельными клеммами приборов. В работе используются также пере-

носные ваттметр PW и авометр, устанавливаемые непосредственно на

столе лабораторного стенда.

Приборы PA1 и PV1 служат для определения тока и напряжения

в начале сети: со стороны источника питания; РА2 и PV2 – для изме-

рений в конце сети. Следует обратить внимание, что именно в конце

сети напряжение должно соответствовать значению, заданному

в табл. 4.1 (графа 2). С помощью авометра измеряется падение на-

38

пряжения на модели линии, а также токи в емкостях и ток в начале

линии при работе ее на холостом ходу.

На магазине сопротивлений RЕ устанавливается сопротивление

нагрузки. Требуемое индуктивное сопротивление XL сети набирается

последовательным соединением нужного числа катушек из магазина

индуктивных сопротивлений путем последовательного соединения

конца «К» первой катушки с началом «Н» второй катушки и т. д.

Величина суммарных значений емкостей CI и С2 набирается

дискретно, т. е. прерывисто, путем перемещения вниз на соответст-

вующее деление переключателей (движков) магазинов CI и С2, через

которые они вводятся в исследуемую сеть. Предполагается, что наби-

раемая линия имеет заданное значение активного сопротивления Rr. Оно заложено в проводах катушек соответствующих индуктивностей

модели, служащих для набора сопротивления провода.

3.7. Движок автотрансформатора Т перед включением стенда в

работу должен быть выведен из роботы вращением против часовой

стрелки до упора регулятора автотрансформатора.

Подача на стенд напряжения производится выключателем – его

переводом в положение «Включено». После этого вращением рукоят-

ки Т по часовой стрелке производится плавная подача соответствую-

щего напряжения, фиксируемого по вольтметру PV2.

3.8. При опыте, соответствующем правоте линии под нагрузкой,

повышение напряжения с помощью автотрансформатора Т произво-

дится до тех пор, пока не установятся предельные показания ваттмет-

ра PW (около 150 Вт). После этого фиксируются показания вольтмет-

ра PV2, которые принимаются за UФ2(М).

При опыте холостого хода линии подаваемое напряжение на

модель устанавливается на уровне, соответствующем определенному

из опыта работы линии под нагрузкой напряжению в конце линии,

39

т. е. в обоих опытах напряжение в конце линии (вольтметр PV2)

должно быть одинаковым.

4. Задание:

4.1. Выбрать сечение проводов по экономической плотности то-

ка и проверить его по допустимой потере напряжения в нормальном

режиме работы из условия, что допустимые потери напряжения

∆Uдоп≤0,15Uном.

4.2. Рассчитать параметры XL, R, G, B и RЕ заданной линии и со-

ставить по ним П-ю схему замещения.

4.3. Определить значения токов в проводах и в проводимостях.

4.4. Определить падение напряжения на сопротивлениях линии

как от тока нагрузки, так и от тока проводимостей, протекающего по

линии.

4.5. Рассчитать емкостной ток в линии при работе линии на хо-

лостом ходу, когда RЕ равно бесконечности.

4.6. Построить на миллиметровке векторную диаграмму токов

и напряжений для линии под нагрузкой и при работе на холостом ходу.

4.7. Перевести параметры действительной сети к параметрам

модели, собрать лабораторную работу и результаты расчета действи-

тельной линии, сопоставить с результатами, полученными на модели.



5.1.1. Рисунок схемы замещения.

5.1.2. Расчет сечения проводов и параметров П-образной схемы

замещения.

5.1.3. Векторную диаграмму токов и напряжений линии элек-

тропередачи при работе под нагрузкой и на холостом ходу.

5.1.4 Расчет коэффициентов модели по току и напряжению.

40


5.2.1. Материалы предварительного отчета.

5.2.2. Данные измерений.

5.2.3. Уточненную векторную диаграмму токов и напряжений.

5.2.4. Перерасчет результатов модели (тока, напряжения и мощ-

ности) на действительную сеть.


6.1. Существующие схемы замещения районных и местных

электрических сетей.

6.2. Активная проводимость воздушных и кабельных линий и по-

рядок ее расчета.

6.3. Емкостная проводимость воздушных и кабельных линий и ее

вычисления.

6.4. Определение величины реактивной мощности, генерируе-

мой линиями электропередачи.

6.5. Расчет потерь и падений напряжений в линиях электропередачи.

6.6. Что понимается под «потерей» и «падением» напряжения?

6.7. Формулы для расчета «потерь» и «падения» напряжения.

6.8. Векторная диаграмма напряжений районной линии электро-

передачи при работе под нагрузкой.

6.9. Векторная диаграмма токов районной линии электропереда-

чи при работе на холостом ходу.

6.10. Векторная диаграмма напряжений районной линии элек-

тропередачи при работе на холостом ходу.

6.11. Векторная диаграмма токов районной линии электропере-

дачи при работе под нагрузкой.

6.12. Влияние емкостной мощности на величину потерь напря-

жения в районной линии электропередачи при работе на нагрузку,

имеющую cosϕЕ<<1.

41

6.13. Влияние поперечной составляющей вектора падения на-

пряжения в районной сети.

6.14. Явление короны, ее физическая сущность.

6.15. Борьба с коронированием проводов в районных линиях

электропередачи.

6.16. Влияние расщепления проводов на величину индуктивно-

го сопротивления.

6.17. В чем выражается взаимное влияние цепей районных

двухцепных линий электропередачи?


1. [1, §§ 2-2, 2-4, 3-4, 3-5, 3-6].

2. [6, §§ 3-2, 3-3, 3-1].

3. [7, §§ 2-2, 2-3].

4. [8, с. 5-8, 36-41, 50-55, 62-67, 97-103].

42

РАБОТА №5.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

С ПОМОЩЬЮ ПОПЕРЕЧНОЙ И ПРОДОЛЬНОЙ

КОМПЕНСАЦИИ, ВЫПОЛНЕННОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

БАТАРЕЙ СТАТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Цель:

Изучить способы повышения напряжения у удаленных потреби-

телей без конструкции сети, например, путем установки батареи кон-

денсаторов, включаемых параллельно (продольная компенсация) со-

противлению нагрузки потребителей.


2.1. Ознакомление с теорией снижения потерь напряжения в се-

ти при установке поперечной компенсации.

2.2. Ознакомление с теорией повышения напряжения у отдален-

ных потребителей способом введения продольной компенсации.

2.3. Изучение векторных диаграмм токов и напряжений при вве-

дении продольной и поперечной компенсации в электрической сети.

2.4. Изучение порядка расчетов потерь мощности и напряжения

в радиальной сети с несколькими нагрузками.

2.5. Проверка на лабораторной модели сети теоретических ис-

следований первых пунктов.


3.1. Поперечная компенсация с помощью батарей статических

конденсаторов (СВ) показана на рис. 5.1. При заданных значениях ко-

эффициента мощности нагрузки cosϕЕ, мощности потребителей

SЕ = PЕ + jQЕ и требуемом напряжении U2 снижения потерь напряже-

ния в лини можно добиться за счет СВ, генерирующей QК и снижаю-

щей на эту величину QЕ.

43

3.2 При введении продольной компенсации УПК (рис. 5.2) про-

исходит снижение как QЕ на величину QУПК, так и индуктивного со-

противления Х1-2 линии на величину ХС – сопротивления батареи

конденсаторов СВ.

3.3. Номинальное напряжение конденсаторов UУПК, используемых

для УПК, выбирается не по номинальному напряжению сети UНОМ,

а исходя из падения напряжения на его (конденсатора) выводах, рав-

ного произведению рабочего тока Iраб потребителя на реактивное со-

противление конденсатора (см. рис. 5.2):

, .ном УПК УПК М МU U U U

3.4. Исследуемая сельская электрическая сеть, представленная

на рис. 5.3, получает электрическую энергию от сети 10 кВ. Потреби-

тели присоединены к линиям Л1, Л2, Л3. В работе рассматривается

линия Л2. Для подъема напряжения у потребителей самой удаленной

подстанции с трансформатором Т4 применена продольная компенса-

ция УПК. Для этого в рассечку проводов линии между точками 3 и 4

устанавливается батарея конденсаторов СВ.

Рис. 5.1. Расчетная схема поперечной компенсации

44

Рис. 5.2. Расчетная схема продольной компенсации

Определяется уровень напряжения в точке 4 до компенсации

и после установки УПК.

3.5. На рис. 5.4 представлена однофазная схема замещения ли-

нии Л2. На ней параллельно сопротивлениям трансформаторов и на-

грузке потребителей на каждой из подстанций, показанных суммар-

ным сопротивлением XЕ,i и RЕ,i, могут включаться батареи конденса-

торов СВ1, СВ2, СВ3, СВ4 поперечной компенсации.

На рис. 5.4 представлена модель, в которой сопротивления уча-

стков линии, трансформаторов и нагрузки не изменены и равны со-

противлениям действительной сети. Сопротивления трансформато-

ров, ввиду их малости, введены в сопротивления нагрузки.

3.6. Все сопротивления определялись по номинальному напря-

жению сети и отнесены к стороне высшего напряжения – к 10 кВ. Та-

ким образом, коэффициент модели по сопротивлению KZ = 1.

Выполнение лабораторной работы производится при напряже-

нии, соответствующем данным табл. 5.1. На стенде собрана только

одна фаза, поэтому это напряжение модели считается фазным (UФ(М)).

Отсюда по аналогии с работой №4 определяем коэффициент модели

по напряжению KU. Получаем:

45

( )

3Ф М

I U

UK K

.

Это дает основание от мощности, полученной на модели, перей-

ти к мощности реальной сети.

По аналогии могут быть рассчитаны действительные значения

реактивной мощности и потерь напряжения.

3.7. Каждый участок модели может быть введен или выведен из

работы с помощью соответствующих переключателей: S1, S2, S3.

Включение конденсаторов поперечной компенсации осуществ-

ляется переключателями S10, S11, S12, S13. Включение продольной

компенсации выполняется с помощью переключателя S5. Каждый по-

требительский трансформатор к сети подключается также соответст-

вующим переключателем: S6, S7, S8, S9.

3.8. В модели имеются линейные разрывы: 1-1, 2-2, 3-4 и 4-4,

позволяющие включать в сеть измерительные приборы: амперметр,

токовую цепь ваттметра, а также один конец вольтметра. По рабочему

току, протекающему через конденсатор продольной компенсации на

участке 3-4, и по падению на нем напряжения ∆UС можно определить

ХС и QУПК.

3.9. Исследуя эти данные и измерения для определения напря-

жения в точке 3 и 4 до и после введения ХС, можно получить все не-

обходимые сведения для построения векторной диаграммы напряже-

ний, представленной на рис. 5.6 (построение будет выполняться по

значениям U4(Ф); U3(Ф); U//

3(Ф) и отрезкам ас и ас1).

46

Рис 5. 3. Принципиальная схема исследуемой сельской распределительной сети 10 кВ

Рис. 5.4. Однофазная принципиальная схема замещения исследуемой

электрической сети

Рис. 5.5. Примерный вид векторной диаграммы мощностей

при поперечной компенсации

47

Рис. 5.6. Примерный вид векторной диаграммы мощностей

при продольной компенсации

3.10. Для построения диаграммы мощностей по рис. 5.5 для со-

ответствующей подстанции производится (до введения QК) измере-

ние активной мощности тока, протекающего через XЕi, RЕi, и суммар-

ного падения напряжения на этих сопротивлениях. Через значения

приложенного напряжения и полного тока можно определить полную

мощность:

Si = Uм⋅Iмi.

По измеренной активной мощности можно определить Qi. Это

вычисляется для моментов: до и после введения QK.

3.11. Количество включенных подстанций в варианте, соответ-

ствующему номеру студенческой бригады, представлено в табл. 5.1

Таблица 5.1

Характеристика исследуемого варианта сети

Номер варианта

Напряжение на вводе модели, В

Номера включенных подстанций

Номер рассчитываемой подстанции из условия

установки СВ

1 105 1, 2, 3, 4 1 2 108 1, 3, 4 2 3 110 1, 2, 4 3 4 103 2, 3, 4 4 5 110 1, 2, 3, 4 2 6 105 1, 3, 4 2

48

Примечание: в каждом варианте исследуется участок 3-4 линии электропе-

редачи на предмет введения в него продольной компенсации УПК.

4. Задание:

4.1. Изучить методы расчета поперечной и продольной компенсации.

4.2. Снять на модели заданного варианта сети значения токов,

мощности и напряжения до и после введения соответствующей ком-

пенсации.

4.3. Определить по результатам измерений, какая действитель-

ная величина QK, QУПK, ХС была введена в линию.

По полученным результатам для соответствующей подстанции

построить на миллиметровой бумаге диаграмму мощностей (рис. 5.5),

а для участка 3-4 – диаграмму напряжений (рис. 5.6). Диаграммы долж-

ны отражать состояние сети до и после введения соответствующей ком-

пенсации.



5.1.1. Схему заданного варианта, выполненную на основании

рис. 5.4.

5.1.2. Расчетные формулы для определения значений величин,

входящих в диаграммы по рис. 5.5 и 5.6.


5.2.1. Результаты измерений.

5.2.2. Диаграммы по рис. 5.5 и 5.6, перестроенные как до, так

и после введения компенсации.

5.2.3. Значения токов, напряжений и мощности, переведенные

с модели на действительную трехфазную сеть напряжением 10 кВ.

49


6.1. Перечислить способы регулирования напряжения в сельских

сетях.

6.2. В чем заключается нежелательность низкого коэффициента

мощности у потребителя.

6.3. Основные источники реактивной мощности.

6.4. В чем заключается положительный регулирующий эффект

синхронных компенсаторов и синхронных двигателей.

6.5. Смысл отрицательного регулирующего эффекта батареи ста-

тических конденсаторов.

6.6. Что дает переключение батареи со звезды на треугольник?

6.7. Синхронные двигатели как источник емкостной реактивной

мощности.

6.8. Как определяется емкостная мощность, генерируемая линией?

6.9. К чему приводит избыточная реактивная мощность в длин-

ной линии, работающей на холостом ходу?

6.10. Естественные и искусственные способы повышения коэф-

фициента мощности.

6.11. Достоинства и недостатки синхронных компенсаторов.

6.12. Как влияет поперечная компенсация на снижение потерь

активной энергии в линиях электропередачи?

6.13. На какое напряжение выбираются конденсаторы при про-

дольной компенсации (УПК)?

6.14. Величина потерь активной мощности в конденсаторах

и синхронных компенсаторах.

6.15. Что называется экономическим эквивалентом реактивной

мощности?

6.16. Можно ли производить перераспределение мощности с по-

мощью батарей конденсаторов?

6.17. Пути совершенствования статических конденсаторов.

50


1. [1, §§ 6-3, 8-7, 9-8].

2. [8, §§ 5-2, 5-3].

3. [10, глава VII].

4. [11, глава XIV].

51

РАБОТА №6.

УСТРОЙСТВО ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ИХ

КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1. Цель:

Закрепление знаний студентов по разделам: устройство воздуш-

ных и кабельных линий электропередачи; линейная арматура; конст-

рукция кабелей, голых и изолированных проводов, область их приме-

нения.


2.1. Ознакомление с линейной арматурой воздушных линий элек-

тропередачи и области ее применения.

2.2. Изучение конструкции кабелей, голых и изолированных

проводов, особенностей их работы.


3.1. Линейная арматура линий делится на:

- поддерживающую, служащую для закрепления проводов и тро-

сов на промежуточных опорах;

- натяжную, используемую для закрепления проводов и тросов

на опорах анкерного типа;

- сцепную, служащую для соединения подвесных изоляторов

в гирлянду, для образования нескольких параллельных гирлянд, при-

соединение гирлянд к траверсам опор, сцепления натяжных и под-

держивающих гирлянд с траверсами опор;

- соединительную, служащую для соединения концов проводов

и защитных тросов;

- защитную, обеспечивающую защиту поверхностей изоляторов

от ожогов электрической дуги;

52

- антивибрационную, предохраняющую провода и тросы от воз-

действия вибрации;

- фиксирующую, служащую для фиксации расщеплений в фаз-

ных проводах воздушных линий.

Линейная арматура изучается по учебнику, учебным пособиям,

макетам, стендам, плакатам, размещенным в лаборатории.

3.2. Голые провода изготавливаются из меди, алюминия и стали.

Они не имеют изолированных покровов, их можно прокладывать

только в условиях, исключающих случайные прикосновения к ним

людей и животных.

По мере развития городов и их благоустройства вопрос об от-

крытой прокладке электрических сетей приобретает особое значение.

Это становится возможным благодаря широкому развитию кабельных

сетей.

Устройство кабелей, шнуров и проводов изучается по учебнику,

учебным пособиям и стенду с образцами проводов и кабелей, разме-

щенным в лаборатории.

3.3. В марках проводов и кабелей отражаются характеристики

материалов проводящей части и изоляции, сечение и область приме-

нения, определяемая специфическими условиями эксплуатации.

4. Задание:

4.1. Ознакомиться с линейной арматурой, принципами построе-

ния воздушных линий электропередачи, конструкцией изоляторов.

4.2. Изучить устройство кабелей, проводов, шнуров, их марки-

рование и способы прокладки в земле, в цехах, в жилых помещениях.



53

5.1.1. Эскизы линейной арматуры, краткое описание области при-

менения.

5.1.2. Эскизы типовых опор воздушных линий.

5.1.3. Разрез кабеля до 1000 В и описание его конструкции.

5.1.4. Вид анкерного пролета воздушной линии.


5.2.1. Краткое описание назначения 10 любых именований го-

лых и изолированных проводов и области их применения.

5.2.2. Краткое описание конструкции и области применения 2-х

образцов кабелей и кабельных муфт, представленных в лаборатории.


6.1. Вид промежуточных опор воздушных линий электропере-

дачи (ВЛ).

6.2. Вид анкерных опор ВЛ.

6.3. Конструкция поддерживающих зажимов.

6.4. Конструкция глухих зажимов.

6.5. Защитная арматура ВЛ.

6.6. Конструкция изоляторов подвесных гирлянд.

6.7. Конструкция штыревых изоляторов до 1000 В.

6.8. Причины, требующие мягкой подмотки на крюки в штыре-

вых изоляторах до 1000 В.

6.9. Причины, требующие увеличения числа изоляторов в на-

тяжных гирляндах, по сравнению с подвесными.

6.10. Срок службы деревянных опор из различных пород дерева

при использовании и отсутствии искусственной антикоррозийной

пропитки.

6.11. Область применения металлических и железобетонных опор.

6.12. Конструкции и марки голых проводов для воздушных линий.

54

6.13. Конструкция и область применения различных марок изо-

лированных проводов.

6.14. Способы прокладки кабелей в земле, блоках, трубах.

6.15. Различные типы кабелей и область их применения.

6.16. Вид и назначение транспозиционных опор.

6.17. Принципиальные отличия конструкции кабелей 110 - 500

кВ и кабелей до 10 кВ.


1. [1, §§ 1-1, 1-2, 1-4, 1-5, 1-7, 1-8, 1-9, 1-10, 1-11].

2. [6, §§ 2-1, 2-2, 2-3, 2-4].

3. [7, § 1-2].

4. [9, раздел 18].

55

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Андреев, В. А. Релейная защита, автоматика и телемеханика

в системах электроснабжения / В. А. Андреев, Е. В. Бондаренко. – М. :

Высшая школа, 1975.

2. Боровиков, В. А. Электрические сети и системы / В. А. Борови-

ков и др. – М. : Энергия, 1968.

3. Будзко, И. А. Электрические сети / И. А. Будзко. – М. : Колос,

1967.

4. Глазунов, А. А. Электрические сети и системы / А. А. Глазу-

нов, А. А. Глазунов. – М. : Госэнергоиздат, 1960.

5. Гогичайшвили, П. Ф. Подстанции без выключателей на выс-

шем напряжении / П. Ф. Гогичайшвили. – М. : Высшая школа, 1965.

6. Дементьев, В. С. Как определить место повреждения в силовом

кабеле / В. С. Дементьев. – М. : Энергия, 1966.

7. Зотов, А. Я. Автогазовый выключатель на 35 кВ типа УПС-

35У1 для защиты понижающих трансформаторов // Электрические

станции. – 1977. – №5. – С. 47–50.

8. Мельников, Н. А. Электрические сети и системы / Н. А. Мель-

ников. – М. : Энергия, 1969.

9. Михалков, А. В. Электрические сети и системы в примерах

и задачах / А. В. Михалков. – М. : Энергия, 1967.

10. Привязенцев, В. А. Силовые кабели и высоковольтные кабель-

ные линии / В. А. Привязенцев, Э. Г. Дарина. – М. : Энергия, 1970.

11. Солдаткина, Л. А. Электрические сети и системы / Л. А. Сол-

даткина. – М. : Энергия, 1978.

12. Справочник по электроснабжению промышленных предпри-

ятий. Электроснабжение, электрооборудование и автоматизация / под

ред. А. А. Федорова и Т. Б. Сербиновского. – М. : Энергоиздат, 1981.

56

13. Электрическая часть станций и подстанций / под ред. А. А. Ва-

сильева. – М. : Энергия, 1980.

14. Электрические системы. В 7 т. Т. 2. Электрические сети / под

ред. В. А. Веникова. – М. : Высшая школа, 1971.

57

ПРИЛОЖЕНИЕ

ОБРАЗЕЦ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Отчет по лабораторной работе №______

по дисциплине «Передача и распределение электроэнергии»

Выполнил (а) студент (ка)_______ (Ф. И. О)

Факультет____________________

Курс_________________________

Группа_______________________

Ульяновск 20___

58

Учебное электронное издание

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ, СЕТЕЙ И СИСТЕМ

Практикум к лабораторным работам

Составитель ПЛИСКО Александр Леонидович

ЭИ № 749. Объем данных 0,99 Мб.

Редактор Е. Б. Полякова

Печатное издание Подписано в печать 27.09.2016. Формат 60×84/16.

Усл. печ. л. 3,37. Тираж 50 экз. Заказ 851.

Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32.

ИПК «Венец» УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32. Тел.: (8422) 778-113

E-mail: [email protected] http://www.venec.ulstu.ru

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СЕТЕЙ И...

Documents