Выбор средств регулирования напряжения

Напряжения в узлах сети обычно отличаются от среднего уровня, причем это отличие связано со многими факторами: конфигурацией сети, значениями нагрузок и т.д. В нормальных режимах напряжение на шинах потребителя может изменяться в пределах от . В послеаварийных режимах его отклонение не должно превышать . При изменении величины отклонения напряжения больше допустимого значения необходимо осуществить его регулирование, которое может быть централизованным и местным. При централизованном регулировании в питающем узле одновременно поддерживаются допустимые уровни напряжения в целом для группы потребителей района. Местное регулирование предполагает поддержание требуемых уровней напряжения непосредственно на шинах потребителя. Средствами регулирования напряжения являются:

- генераторы на электростанциях;

- трансформаторы с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) и без нагрузки (ПБВ);

- вольтодобавочные трансформаторы и линейные регуляторы;

- компенсирующие устройства, вырабатывающие реактивную мощность (батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы в перевозбужденном режиме);

- компенсирующие устройства, потребляющие реактивную мощность (реакторы, синхронные компенсаторы в недовозбужденном режиме).

Регулирование напряжения может осуществляться и изменением конфигурации сети. Некоторое участие в регулировании напряжения принимают и нагрузки, снижающие потребление активной и особенно реактивной мощности при снижении напряжения на их шинах.

Методические указания для выполнения лабораторных работ

Лабораторная работа № 1
Исследование влияния компенсации реактивной мощности на потери мощности в линии

Цели работы

1.1 Исследование токораспределения в трехфазной линии электропередачи в нормальном режиме работы.

1.2 Изучение методики определения коэффициента мощности нагрузки (двигателя).

1.3 Определение потерь напряжения и мощности в линии.

1.4 Исследование влияния компенсации реактивной мощности путем установки конденсаторных батарей вблизи нагрузки на потери в линии.

Лабораторная установка

2.1 Лабораторная установка (рисунок 5) содержит модель «питающий трансформатор— кабельная линия — электродвигатель», размещенную на стенде, амперметр РА, вольтметр РV и ваттметр РW.

Рисунок5 – Схемалабораторной установки

В состав модели входят также автоматические выключатели SA1, SA2, SA3, предназначенные для подключения стенда к сети 380 В и включения присоединения «кабельная линия электродвигатель» соответственно.

2.2 Кабельная линия служит средством передачи электрической энергии от источника (трансформатора) в нагрузку (электродвигатель). П-образная схема замещения кабельной линии представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема замещения кабельной линии

Она состоит из продольных и поперечных элементов. Активное сопротивление R обуславливает потери активной мощности в проводах при протекании электрического тока вследствие столкновения электронов с ионами кристаллической решетки проводника и зависит от материала проводника и сечения. Индуктивное сопротивление Х _L отражает влияние ЭДС самоиндукции, пропорциональной частоте тока в проводе и его индуктивности. Емкостная проводимость b _с свидетельствует о наличии тока смещения через изоляцию, вызванного поляризацией диэлектрика при подаче напряжения. Емкостная проводимость зависит от сечения кабельной линии.

Протекающий по вышеперечисленным элементам ток обуславливает соответствующие потери напряжения и мощности, причем потери электроэнергии растут с увеличением параметров схемы замещения линии.

2.3 Обмотка электродвигателя, упрощенная схема замещения которой показана на рисунке 7 обладает активным и индуктивным сопротивлениями. Активное сопротивление отражает активную мощность Р, потребляемую из сети. Индуктивное сопротивление характеризует магнитную энергию, необходимую для создания магнитного поля в статоре двигателя. Соотношение активного и индуктивного сопротивлений определяет коэффициент мощности двигателя, имеющий минимум (менее 0,2) при холостом ходе двигателя за счет преимущественно индуктивного тока статора.

Рисунок 7– Схемазамещения электродвигателя

2.4 Питание модели осуществляется напряжением сети 380 В.

Порядок выполнения работы

3.1 Изучите схему модели «питающий трансформатор — кабельная линия — электродвигатель» (рисунок5).

3.2 Подайте на лабораторный стенд напряжение 380 В выключателем SA1.

3.3 Подключите модель кабельной линии к вторичной обмотке питающего трансформатора Т выключателем SА2.

3.4 Убедитесь в подключении путем измерения фазных напряжений на конце линии А2, В2, С2 вольтметром РV. При этом стрелка амперметра РА и ваттметра РW должны быть в нулевом положении. Результаты измерений занесите в таблицу 7.

3.5 Включите двигатель выключателем SА3.

3.6 Снимите показания со всех приборов.

3.7 Рассчитайте коэффициент мощности двигателя по формуле:

(1)

где Р,U,I – показания ваттметра, вольтметра и амперметра соответственно.

3.8 Произведите измерение напряжения на клеммах трансформатора А, В, С. Сравните показания прибора с показаниями в п. 3.4.

3.9 Отключите выключатели SА1, SА2, SА3 в обратном порядке.

3.10 Результаты измерений занесите в таблица8.

Таблица7

Режим холостого хода

UA2, B	UB2, B	UC2, B	IA, А	PA, Bт

Таблица8

Режим нагрузки

UA1, B	UB1, B	UC1, B	UA2, B	UB2, B	UC2, B	IA, А	PA, Bт

3.11 Включите выключатель SА4 для подключения батареи конденсаторов.

3.12 Включите выключатели SА1, SА2, SА3.

3.13 Снимите показания с приборов, повторно рассчитайте коэффициент мощности нагрузки по формуле (1) и результаты занесите в таблицу 9.

Таблица 9

Режим нагрузки с компенсацией реактивной мощности

UA1, B	UB1, B	UC1, B	UA2, B	UB2, B	UC2, B	IA, А	PA, Bт

3.14 Составьте отчет о проделанной работе. Отчет должен содержать описание лабораторной установки, исследуемые схемы, таблицы экспериментальных данных, векторные диаграммы, характеризующие исследуемые схемы, и выводы.

Лабораторная работа № 2
Методика измерения перенапряжений при дуговых замыканиях

На землю

Цели работы

1.1. Обследование трехфазной сети с изолированной нейтралью на предмет выявления наиболее высоких кратностей перенапряжений на элементах при дуговых замыканиях на землю на примере модели шахтной сети 6 кВ с учетом/без учета влияния параметров нагрузки.

1.2. Совершенствование способов и последовательности измерения перенапряжений в трехфазных сетях.

1.3. Приборы и оборудование

1.3.1. Стенд-модель для имитации дуговых однофазных замыканий на землю (рисунок 8)

1.3.2. Электронныйосциллограф С1-68

Рисунок8 – Схема стенда для имитации дуговых однофазных замыканий на землю

1.3.3. Авометр класса точности не ниже 2,5

1.3.4. Формировательимпульсов ФИ

1.3.5. Диодный мост и тиристор, включенный в диагональ моста

 

Общие положения

Вопросам изучения перенапряжений в сетях 3…35кВ традиционно уделяется большое внимание. В частности, накоплен большой теоретический и экспериментальный материал по перенапряжениям при дуговых ОЗНЗ. Общим для этих исследований является определение максимальных перенапряжений на неповрежденных фазах, а также на поврежденной фазе при восстановлении рабочего напряжения в моменты подзаряда распределенной емкости. Однако в режиме ОЗНЗ подзаряд емкости сети чередуется, как известно, с процессами разряда емкости поврежденной фазы через место пробоя изоляции, что при исследованиях не принималось во внимание. Неучет нагрузки при оценке перенапряжений в сети также приводит к бесконтрольным режимам, опасным для изоляции высоковольтных электродвигателей.

Объектом исследования является система кабель - электродвигатель, в которой возникает петля, образованная поврежденной фазой питающего кабеля и обмоткой электродвигателя. Число таких петель в сети соответствует числу присоединений. Каждая петля в момент разряда элементов поврежденной фазы представляет колебательный контур, в котором при определенном соотношении параметров может наступить высокочастотный резонанс с большой кратностью перенапряжений. Многочисленные измерения, выполненные в электрических сетях, показывают, что характер переходных процессов и величина перенапряжений определяются параметрами петли и суммарной емкостью сети по отношению к земле и не зависят от числа присоединений. Это позволило при выборе схемы физического моделирования сети ограничиться минимальным числом присоединений, позволяющим получить достоверные данные о влиянии параметров присоединения на характер переходных процессов в разрядных контурах. Принципиальная электрическая схема такой модели (рисунок 8) состоит из трех присоединений, два из которых выполнены по радиальной схеме питания потребителей и одно — по магистральной, характерной для распределительных сетей карьеров. Каждое присоединение моделирует кабельную линию длиной 1000 м и подключенный к ней электродвигатель. Модель кабеля состоит из системы П-образных RLC -цепочек, индуктивности которых выполнены в виде катушек, намотанных на ферромагнитные кольца с большой магнитной проницаемостью. Емкости линии имитируются конденсаторами, а активные сопротивления — омическим сопротивлением самих катушек и последовательно включенных с ними резисторов. Цепочка линии воспроизводит 100 м кабеля с сечением жил от 70 до 240 мм². В качестве нагрузки использованы асинхронные электродвигатели мощностью до 1 кВт.

Характер колебаний в системе кабель — электродвигатель существенно отличается от колебаний отдельно взятых кабеля и электродвигателя. Измерения, выполненные на различных по мощности, номинальному напряжению и конструктивному исполнению электродвигателя и разных по сечению (модельных и реальных) кабелях напряжением 6...10 кВ, показывают, что длительность колебательного процесса в системе кабель — электродвигатель резко возрастает при заметно меньшем его затухании. Например, при резонансной длине кабеля, питающего электродвигатель, снижение максимальной амплитуды колебаний в два раза происходит за пять периодов, в то время как при разряде одиночного кабеля такое же по величине снижение происходит всего лишь за один период колебаний, а для электродвигателя за еще более короткое время.