Опытное определение постоянной

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по курсу

"Электроснабжение"

 

Рецензент: доктор технических наук, профессор Цыгулев Н.И.

 

Составители: Демура А.В., Ермаков В.Ф., Исаев К.Н., Костинский С.С., Морхов А.Ю., Надтока И.И. /Под общ. ред. В.Ф. Ермакова, доктора технических наук, профессора.

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

При подготовке к работе следует изучить инструкцию, ука­занную литературу и соответствующий раздел курса лекций. Не­обходимо уяснить схему и принцип действия стенда и получить четкое представление о порядке проведения измерений. На бри­гаду подготавливается таблица измерений, образец которой име­ется в указаниях. В начале занятия преподаватель проверяет подготовленность студентов, задавая вопросы по теме работы, и при правильных ответах допускает их к работе.

Включение стендов в сеть и их запуск осуществляется с разрешения преподавателя. Перед проведением работы студенты распределяют между собой обязанности (в некоторых случаях требуется одновременно фиксировать показания нескольких изме­рительных приборов) и выполняют несколько пробных замеров ис­следуемых величин. После такой предварительной подготовки вы­полняется основная программа работы.

Отчет о работе защищается на следующем после ее выполнения занятии. При защите отудент обязан ответить на вопросы по теме работы.

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 2

ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

ВРЕМЕНИ НАГРЕВА ПРОВОДНИКОВ

 

Цель работы. Экспериментальное исследование процесса нагрева токоведущих элементов систем электроснабжения и опытное определение постоянной времени нагрева проводников с различным сечением.

 

Программа работы

1. С помощью лабораторный стенда (см. рис. 2.1 и 2.2 [4, 5]) по показаниям датчика температуры, а также используя секун­домер или часы, получить экспериментальные данные об изменениях температуры Θ нагрева проводников с различным сечением S = 1,5 – 2,5 – 4 мм². Записать эти данные в табл. 2.1.

2. Наиболее удобно обработку полученных экспериментальных данных выполнять на персональном компьютере (ПК). Для автоматического построения графиков (см. рис. 2.3) следует результаты измерений разместить в табличной форме в программной среде Microsoft Exsel.

3. По полученным графикам изменений температуры нагрева проводников в функции времени Θ(t) определить постоянные времени проводников с различным сечением при нагреве τ_нагр и охлаждении τ_охл.

 

Порядок выполнения работы

 

Сечение исследуемых проводников имеет значение S = 1,5 – 2,5 – 4 мм², сечение вторичной обмотки трансформатора равно 6 мм².

Проводники исследуются при их открытой прокладке в воздухе.

Измерение температуры проводников осуществляется через интервалы времени 30 с датчиком температуры TP-01 (рабочий диапазон –50 – +250 ^оС, погрешность ±3 ^оС), подключаемым к цифровому мультиметру M890G. Датчик температуры TP-01 закреплен на оголенном участке проводника (см. рис. 2.2). Указанный датчик входит в комплект поставки мультиметра M890G. Для отсчета времени использовался секундомер. При исследовании проводников с бόльшими сечениями возможно использование часов с отсчетами температуры через 1 мин.

Значения температуры проводников при проведении экспериментов заносятся в табл. 2.1. Рекомендуемое число строк в табл. 2.1 – 30.

Таблица 2.1

Таблица результатов измерений

 

	S= 1,5	S= 2,5	S= 4
t, мин	Q,
0,5
1,5

 

При различной температуре окружающей среды содержимое табл. 2.2 будет различным.

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Схему лабораторного стенда (рис. 2.1).

3. Таблицы 2.1 и 2.2.

4. Рис.2.3.

5. Вывод о точности полученных значений τ.

6. Рекомендации по уточнению методологии исследований.

Пп. 5, 6 – факультативно.

 

 

Лабораторная работа № 5

Описание расчетной схемы

Расчетная схема сети приведена на рис. 5.1. На ней изображены: питающий трансформатор Т, однофазные электроприёмники ЭП₁, ЭП₂, ЭП₃, амперметры А, активное фазное сопротивление токопровода r _пр (реактивная составляющая принята равной нулю). Режим работы электроприёмников ЭП имитируется с помощью электронной медали стенда [9]. Моделируемые графики тока нагрузка имеют ступенчатую форму и отличаются чисто активным характе­ром. Токи нагрузки фаз фиксируются с помощью амперметров А.

 

 

Рис.5.1. Схема трехфазной электрической сети с

однофазными электроприемниками

 

Программа работы

1. В режиме "Работа" модели по показаниям стрелочных приборов, установленных на стенде, а также используя секун­домер или часы, получить графики тока нагрузки каждой фазы: I _А(t), I _В(t), I _С(t).

2. По полученным ступенчатым графикам фазных нагрузок, а также используя заданные преподавателем время измерений t = 5 мин (300 с), значения напряжения питающего трансформатора U _т = 225 В и сопротивления токопровода r _пр = 0,5 Ом, рассчитать коэффициент несимметрии напряжения на зажимах электроприёмников, график которого в функции времени К _2U(t) также имеет ступенчатую форму.

3. По полученному графику К _2U(t) определить, соответ­ствует качество электроэнергии исследуемой сети требованиям ГОСТ 13109-97 [8] или нет.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Подготовить таблицу результатов измерений и вычислений 5.1.

Таблица 5.1

Результаты измерений и вычислений

t, c	I A, А	I B, А	I C, А	U A, В	U B, В	U C, В	U 2, В	К2U(t), %

 

2. Работу выполняется на стенде № 1. Варианты графиков нагрузки электроприёмников ЭП задаются преподавателем и устанавливаются на стенде с помощью тумблеров.

3. После подключения стенда к питающей сети лаборатории напряжением 220 В, частотой 50 Гц включить тумблер "Сеть". Включенное состояние контролируется по светодиоду, установленному возле тумблера.

4. Кнопка запуска модели устанавливается в положение "Исходное положение", а тумблер режима работы – в положение "Работа". Состояние модели такие определяется по сигнальным светодиодам, установленным возле кнопки запуска.

5. В графе времени таблицы 5.1 записываются нули, а в графах тока фаз – соответствующие начальные (при t = 0) значения тока, зафиксированные по приборам стенда.

6. Кнопка запуска модели переводится в положение "Пуск", при этом модель запускается и токи фаз начинают изменяться ступенчатым образом. Длительность каждой ступени тока составляет несколько десятков секунд, а значение может изменяться от 0 до 50 А. Значения тока нагрузки ступеней, а также моменты перехода тока нагрузки с одной ступени на другую заносятся в таблицу 5.1.

7. Измерения продолжаются 5 мин, после чего модель останавливается с помощью кнопки запуска, выключается тумб­лер "Сеть", а стенд отключается от сети.

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель и программу работы.

2. Расчетную схему сети.

3. Таблицу 5.1.

4. Графики I _А(t), I _В(t), I _С(t), К _2U(t).

5. Вывод о допустимости или недопустимости несимметрии напряжения в сети по ГОСТ 13109-97.

Лабораторная работа № 6

Программа работы

1. С помощью частотомера Ч3-90 (см. рис. 6.1 и 6.2 [10, 11]), а также используя секун­домер или часы, получить экспериментальные данные об изменениях усредненных значений частоты сети. Записать эти данные в табл. 6.1.

2. Наиболее удобно обработку полученных экспериментальных данных (включая их вероятностную обработку) выполнять на ПК. Для автоматического построения графика изменения частоты (см. рис. 6.3) следует результаты измерений разместить в табличной форме в программной среде Microsoft Exsel.

3. По полученным графикам изменений частоты определить, соответ­ствует качество электроэнергии исследуемой сети по отклонениям частоты требованиям ГОСТ 13109-97 [8] или нет.

 

Порядок выполнения работы

 

Частота напряжения сети непрерывно изменяется случайным образом. Измерение усредненных значений частоты напряжения сети осуществляется с помощью частотомера Ч3-90. Выборки значений частоты, фиксируемые через интервалы времени 10 с, заносятся в табл. 6.1. Учитывая то, что общий интервал измерений частоты составляет 10 мин, рекомендуемое число ячеек для записи информации в табл. 6.1 – 60.

Таблица 6.1

Таблица результатов измерений частоты

№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.

2. Таблицу 6.1.

4. Рис. 6.3.

5. Вывод о соответствии (или не соответствии) отклонений частоты в контролируемой электрической сети нормативам ГОСТ 13109-97.

 

Лабораторная работа № 9

ОТКЛОНЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ

 

Цель работы. Получение практических навыков по применению статистического анализатора АОН для контроля отклонений напряжения сети по ГОСТ 13109-97 [8]. Изучение метода оптимизации отклонений напряжения сети трансформатором с регулированием под нагрузкой (РПН) [13].

Программа работы

1. Произвести с помощью анализатора АОН измерение и статисти-ческий анализ отклонений напряжения в контролируемой сети.

2. По накопленным анализатором данным построить гистограмму отклонений напряжения.

3. С помощью гистограммы оценить допустимость отклонений напряжения в сети по ГОСТ 13109-97.

4. Оптимизировать качество напряжения в сети путем переключения трансформатора с РПН на другую ступень регули­рования.

Порядок выполнения работы

1. Работа выполняется на стенде № 2. Возможны два вари­анта выполнения работы (конкретный вариант задается преподавателем): анализатор подключается к сети лаборатории напряжением 220 В, частотой 50 Гц, или к электронной модели сети с изменяющимся напряжением (стенд № 1 [3]). Соответственно стенд № 2 имеет две пары входных проводников, имеющих надписи "Сетъ" и "Модель". При выбранном варианте тумблер "Сеть-Модель" устанавливается в соответствующее положение.

2. Преподавателем задаются: время статистического анали­за отклонений напряжения Т; интервал выборки Т ₀; интервал между уровнями срабатывания соседних пороговых элементов Δ U = 1 %, равный ширине разряда искомой гистограммы отклонений напряжения Δ V; номер порогового элемента, уровень срабатывания ко­торого соответствует номинальному напряжению сети; напряжение ступени регулирования трансформатора с РПН U _ст = 2,5 %; допустимый диапазон изменения отклонений напряжения V _доп = ± 5 %.

3. Стенды и 1 и 2 подключаются к сети. Входные провод­ники анализатора подключаются к сети или к выходу "Групповой график" стенда № 1.

4. Включается тумблер "Сеть". О включенном состоянии сигнализирует светодиод, установленный у тумблера.

5. Запускается (если выбран режим «Модель») электронная мо­дель контролируемой сети. Режим работы модели и варианты мо­делируемых процессов изменения напряжения задаются преподавателем.

6. Тумблер выборки устанавливается в соответствующее положение.

7. Нажатием на кнопку "Уст. 0" обнуляется содержимое счетчиков СТ 1 – 6. С этого момента начинается отсчет време­ни измерения Т.

6. После окончания измерений анализатор отключается от сети (модели) путем перевода тумблера "Сеть-Модель" в противоположное положение.

9. С помощью тумблера "Индикатор" включается индикатор, по которому путем поочередного нажатия на кнопки "Опрос счетчиков" определяется содержимое счетчиков СТ 1 – 6.

10. По содержимому счетчиков, с учетом известного интер­вала между уровнями срабатывания пороговых элементов соседних каналов Δ U и соответетаующего (также известного) расположе­ния уровней срабатывания элементов относительно номинального уровня напряжения, строится гистограмма отклонений напряжения V в контролируемой сети.

11. По гистограмме оценивается допустимость отклонений напряжения в контролируемой сети согласно ГОСТ 13103-67, а также делается вывод о необходимости регулировании напряжения в сети.

12. Выбирается необходимая ступень регулирования трансформатора с РПН, которая обеспечивает соответствующее ГОСТу качество напряжентя.

 

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель и программу работы.

2. Схему анализатора АОН (рис. 9.1, 9.2).

3. Таблицу 9.1.

4. Гистограмму отклонений напряжения (рис. 9.3).

5. Вывод о допустимости (или недопустимости) отклонений напряжения в сети.

6. Рекомендации по улучшению (если это необходимо) ка­чества напряжения в сети.

 

 

 

Литература

1. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: – Издат. центр «Академия», 2008. – 320 с.

2. Волобринский С.Д., Каялов Г.М., Клейн П.Н., Мешель Б.С. Электрические нагрузки промышленных предприятий. – Л.: Энергия, 1971. – 264 c.

3. Полный справочник по электрооборудованию и электротехнике (с примерами расчетов): справочное издание /Э.А. Киреева, С.Н. Шерстнев; под общ. ред. С.Н. Шерстнева. – М.: КНОРУС, 2012. – 864 с.

4. Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Еволенко Н.А. и др. Опытное определение постоянной времени нагрева электрооборудования //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2012. – № 1. – С. 25 – 31.

5. Ермаков В.Ф., Зайцева И.В., Попандопуло И.Д., Качаев С.С., Зелёнкин А.А. Лабораторный стенд для экспериментального исследования процесса нагрева проводника //Ежемесячный научный журнал. – Екатеринбург: Межотрасл. ин-т «Наука и образование». – 2015. – № 2 (9) – С. 20 – 23.

6. Ермаков В. Ф., Зайцева И.В., Горобец А.В. Комплексное исследование электрической нагрузки. – Ростов н/Д: ЗАО «Книга», 2015. – 176 с.

7. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей /Под ред. Л.Г. Мамиконянца. – М.: Госэнергоиздат, 1953; Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.

8. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – Минск: Межгосуд. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1997. – 31 с.

9. Ермаков В.Ф. Получение группового графика нагрузки на электрон-ной модели. – Изв. вузов. Электромеханика. 1981, № 2, с. 221 – 224.

10. Ермаков В. Ф., Федоров В.С. Частотомеры промышленного напряжения. – М.: Изд-во «Вузовская книга», 2012. – 192 с.

11. Патент 2333501 РФ, МПК G01R 23/02. Быстродействующий прецизионный частотомер промышленного напряжения /В.Ф. Ермаков, В.С. Федоров (РФ). – 2008, Бюл. № 25.

12. Электрические измерения: Учеб. пособие для вузов /Под ред. В.Н. Малиновского и др. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 416 с.

13. Маркушевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях /Под ред. Н.А.Мельникова. – М.: Энергия. 1975. 256 с.

14. Ермаков В.Ф. Исследование процессов в электрических сетях: методы, средства, детерминированные и вероятностные модели. – Ростов н/Д: Изд-во Ростовск. ун-та, 2003. – 288 с.

15. Схемы включения счетчиков электрической энергии: Практ. пособие /Сост. В.А. Рощин. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. – 64 с.

16. Минин Г.П. Измерение электроэнергии. – М.: Энергия, 1974. – 104 с.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по курсу

"Электроснабжение"

 

Рецензент: доктор технических наук, профессор Цыгулев Н.И.

 

Составители: Демура А.В., Ермаков В.Ф., Исаев К.Н., Костинский С.С., Морхов А.Ю., Надтока И.И. /Под общ. ред. В.Ф. Ермакова, доктора технических наук, профессора.

 

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

При подготовке к работе следует изучить инструкцию, ука­занную литературу и соответствующий раздел курса лекций. Не­обходимо уяснить схему и принцип действия стенда и получить четкое представление о порядке проведения измерений. На бри­гаду подготавливается таблица измерений, образец которой име­ется в указаниях. В начале занятия преподаватель проверяет подготовленность студентов, задавая вопросы по теме работы, и при правильных ответах допускает их к работе.

Включение стендов в сеть и их запуск осуществляется с разрешения преподавателя. Перед проведением работы студенты распределяют между собой обязанности (в некоторых случаях требуется одновременно фиксировать показания нескольких изме­рительных приборов) и выполняют несколько пробных замеров ис­следуемых величин. После такой предварительной подготовки вы­полняется основная программа работы.

Отчет о работе защищается на следующем после ее выполнения занятии. При защите отудент обязан ответить на вопросы по теме работы.

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 2

ОПЫТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ

ВРЕМЕНИ НАГРЕВА ПРОВОДНИКОВ

 

Цель работы. Экспериментальное исследование процесса нагрева токоведущих элементов систем электроснабжения и опытное определение постоянной времени нагрева проводников с различным сечением.

 

Программа работы

1. С помощью лабораторный стенда (см. рис. 2.1 и 2.2 [4, 5]) по показаниям датчика температуры, а также используя секун­домер или часы, получить экспериментальные данные об изменениях температуры Θ нагрева проводников с различным сечением S = 1,5 – 2,5 – 4 мм². Записать эти данные в табл. 2.1.

2. Наиболее удобно обработку полученных экспериментальных данных выполнять на персональном компьютере (ПК). Для автоматического построения графиков (см. рис. 2.3) следует результаты измерений разместить в табличной форме в программной среде Microsoft Exsel.

3. По полученным графикам изменений температуры нагрева проводников в функции времени Θ(t) определить постоянные времени проводников с различным сечением при нагреве τ_нагр и охлаждении τ_охл.