для студентов специальности 7.090603 –
электротехнические системы электропотребления
дневной и заочной форм обучения
Утверждено на заседании
кафедры "Электроснабжение
промышленных предприятий"
Протокол № __ от ___________ г.
Мариуполь 2003
УДК 621.31
Методические указания к лабораторным работам по курсу “Электроснабжение промышленных предприятий” для студентов специальности 7.090603 – электротехнические системы электропотребления дневной и заочной форм обучения / Составили: Ю.Л. Саенко, Л.И. Коляда, Т.К. Бараненко, Л.В. Бурназова – Мариуполь, ПГТУ, 2003 г.
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий
Составили: Ю.Л. Саенко, проф., докт. техн. наук
Л.И. Коляда, доц., канд. техн. наук
Т.К. Бараненко, ассистент
Л.В. Бурназова, ст. преподаватель
Ответственный Ю.Л. Саенко, зам. зав. кафедрой ЭПП,
за выпуск: докт. техн. наук, профессор
Рецензент: А.Н. Сагирь, ст. преподаватель
Утверждено на заседании кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий". Протокол № __ от ____________г.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение………………………………………………………….. | |
| Описание лабораторной установки…………………………….. | |
| Лабораторная работа № 1: Изучение конструкции установки и исследование режимов работы моделируемой СЭПП………………………………………. | |
| Лабораторная работа №2: Исследование экономически целесообразного режима работы трансформаторов цеховой ТП……………………………………… | |
| Лабораторная работа №3: Исследование и регулирование уровней напряжения в промышленных электросетях…………………………………………... | |
| Лабораторная работа №4: Компенсация реактивных нагрузок в системах электроснабжения промышленных предприятий………………………………. | |
| Литература……………………………………………………….. |
ВВЕДЕНИЕ
Лабораторный практикум по курсу “ Электроснабжение промышленных предприятий” включает в себя 4 лабораторные работы общим объемом аудиторных занятий 16 часов.
Лаборатория состоит из четырех идентичных лабораторных установок, каждая из которых представляет собой физическую модель типовой системы электроснабжения. В лаборатории могут одновременно работать 4 бригады студентов. Все лабораторные работы каждая бригада выполняет на одной, закрепленной на весь цикл работ лабораторной установке. Лабораторный практикум представляет собой комплексное изучение режимов работы типовой системы электроснабжения. При этом результаты предшествующих работ используются при проведении последующих.
На каждой лабораторной установке моделируется суточный цикл функционирования системы электроснабжения. Между собой установки отличаются параметрами режимов (графиками нагрузок), что обеспечивает самостоятельность работы каждой бригады студентов и многообразие результатов.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Лабораторная установка является физической моделью системы электроснабжения промышленного предприятия (СЭПП) и предназначена для учебной работы студентов. На установке моделируется суточный цикл работы типовой СЭПП.
Мнемосхема установки, приведенная на ее лицевой панели, включает следующие элементы типовой СЭПП (рис.1):
1) главную понизительную подстанцию (ГПП) 110/10 кВ, состоящую из трансформаторов Т1, Т2 номинальной мощностью по 10000 кВ×А и распределительного устройства (РУ) 10 кВ. Трансформатор Т2 оснащен устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).
2) цеховую трансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ, состоящую из трансформаторов Т3 и Т4 номинальной мощностью по 1000 кВ×А. Трансформатор Т4 оснащен устройством переключения отпаек без возбуждения (ПБВ);
3) синхронный двигатель СДН-10-1250, имеющий ручную регулировку возбуждения;
4) батареи силовых конденсаторов на номинальное напряжение 10,5 кВ (БК1 и БК2) и на напряжение 0,4 кВ (БК3). Имеется возможность ручного включения и отключения батарей. Мощность батарей задается тумблерами, расположенными под их мнемосимволами на схеме;
5) силовой пункт СП в цеховой сети 380/220 В, к которому подключена нелинейная нагрузка S1;
6) фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, предназначенное для уменьшения уровня высших гармоник напряжения на шинах СП.
На мнемосхеме размещены следующие измерительные приборы:
V1 – щитовой киловольтметр для измерения напряжения с высокой стороны трансформатора ГПП Т2 (на линии раздела балансовой принадлежности сетей);
V2 – киловольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 10 кВ;
V3 – вольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 380/220 В цеховой ТП;
V4 – вольтметр для контроля напряжения на шинах 220 В;
А1 – А9 – щитовые амперметры, служащие для контроля токов в моделируемой сети. Параметры моделируемых элементов приведены в табл.1.
Рис.1 – Мнемосхема установки
Таблица 1 – Параметры элементов системы электроснабжения, моделируемой на лабораторной установке
| Обозначе-ние на мнемосхеме (рис.1) | Тип | Номинальное напряжение, кВ | Параметры |
| Т1,Т2 | ТДН-10000/110 | 115/11 | Sн = 10000 кВ×А, DРхх = 27 кВт, DРкз = 74 кВт, u к = 10,5 %, Iхх = 0,9 %; Ступени РПН: +5%, +2,5%, 0, -2,5%, -5% |
| Т3, Т4 | ТМЗ-1000/10 | 10/0,4 | Sн = 1000 кВ×А, DРхх = 2,4 кВт, DРкз = 12,2 кВт, u к = 5,5 %, Iхх = 2 %; Ступени ПБВ: +5%, +2,5%, 0, -2,5%, -5% |
| БК1 БК2 | 10/5 | Qн = 4´350 = 1400 квар (каждая батарея имеет 4 ступени по 350 квар); DРо = 0,0025 кВт/квар | |
| БК3 | УКЛ-0,38 | 0,4 | Qн = 210+105+42+3´21 = = 420 квар; DРо = 0,0045 кВт/квар |
| Кабель питающий Т4 | АСБ-10(3´50) | 10,5 | l = 1 км, Iд.д = 140 А; Rо = 0,62 Ом/км, Xо = 0,04 Ом/км, |
| СД | СДН-10-1250 | Рн = 1250 кВт; соsjн = 0,9; КЗ = 0,8; Д1 = 6,77 кВт; Д2 = 6,98 кВт | |
| ФКУ | 0,4 |
График нагрузки S2 цеховой ТП моделируется близким к реальному. Он программно задан и всегда один и тот же для конкретной установки (на разных установках графики S2 отличаются).
Остальные (по отношению к приведенной на мнемосхеме цеховой ТП) потребители 10 кВ ГПП представлены обобщенной нагрузкой S1, график которой задается жесткой программой. Нагрузка синхронного двигателя, подключенного к шинам 10 кВ ГПП, неизменна во времени.
В моделируемой сети 0,4/0,23 кВ представлен на мнемосхеме один из силовых пунктов СП с нелинейной нагрузкой (однофазный выпрямитель), которая обуславливает наличие на шинах СП высших гармоник напряжения. Для компенсации этих гармоник установлено фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, подключение которого производится тумблером, расположенным на лицевой панели.
В нижнем правом углу панели установлен автомат включения питания. У изображения коммутационных аппаратов установлены кнопки включения (чёрная кнопка) и отключения (красная кнопка) этих аппаратов. Сигнальные лампы показывают состояние коммутационного аппарата. Измерительные приборы, размещенные на лицевой панели, служат для измерения токов в линиях и напряжений на шинах 10,5 кВ и 0,4 кВ. Активная и реактивная энергия в цепях Т2 и Т4 измеряются индукционными счетчиками, установленными внутри стенда. Счетчики снабжены датчиками числа оборотов дисков этих счетчиков. Рядом с мнемосимволом трансформатора Т2 расположены кнопки переключения трансформатора и сигнальные лампы.
Тумблеры “Мощность БК” и переключатель “Реактивная мощность СД” предназначены для задания величины генерируемой реактивной мощности конденсаторных батарей и синхронного двигателя соответственно (мощность указана в квар). Переключателем “Отпайки Т4” производится установка отпайки трансформатора Т4. В центральной части лицевой панели расположены органы управления режимами работы всей установки: кнопка “Пуск” – для запуска установки в работу, кнопка “Сброс” – для возврата установки в исходное состояние, кнопка “Остановка” – для фиксирования какого-либо режима установки; цифровое табло для контроля модельного времени суток.
Лабораторная установка имеет два режима работы:
1. При включении питания – режим подготовки (исходный режим). В этом режиме задаются начальные условия (включение и отключение соответствующих элементов системы); подключаются и настраиваются необходимые измерительные приборы, а также проверяется готовность установки к “прогонке” суточного цикла.
2. При нажатии кнопки “Пуск” включается процесс моделирования нагрузок суточного цикла. Загорается цифра 01 на цифровом табло, и происходит подача питания на моделируемую схему, которая до этого была обесточена.
Суточный цикл работы системы электроснабжения моделируется на 12 мин (1 ч реальной системы за 30 с установки). Модельное время суток в час показывается на цифровом табло.
По окончании суточного цикла установка автоматически возвращается в исходный режим. При необходимости установку можно вернуть в исходный режим принудительно нажатием кнопки “Сброс”. Кнопкой “Остановка” останавливается программа моделирования суточного цикла.
Шкалы всех амперметров и вольтметров на лицевой панели стенда проградуированы в действительных величинах. Эти приборы используются для визуального контроля параметров режима работы моделируемой системы. Схема подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения показана на рисунке 2.
Масштабы всех величин приведены в табл.2.
Таблица 2 – Масштабы модели
| Наименование | Обозна-чение | Единица измерения | Числовые значения | |
| Масштабы модели | mt | с действ / с модели | ||
| Масштабы счётчиков электроэнергии | Wh1 | mаэ | кВт×ч / импульс | |
| Varh1 | mрэ | квар×ч / импульс | ||
| Wh2 | mаэ | кВт×ч / импульс | ||
| Varh2 | mрэ | квар×ч / импульс | ||
| Масштабы измерительных трансформаторов (рис.2) | TH1 | mu | В действ / В модели | |
| TH2 | mu | то же | ||
| TH3 | mu | то же | ||
| TT1 | mI | А действ / А модели | ||
| TT2 | mI | то же | ||
| TT3 | mI | то же |
Рис.2 – Схема соединений измерительных трансформаторов, встроенных в установку
Лабораторная работа № 1
Изучение конструкции установки и исследование режимов работы моделируемой СЭПП
1. Цель работы
Изучение конструкции лабораторной установки, принципа ее работы и параметров моделируемых элементов СЭПП.
Исследование режима работы моделируемой СЭПП на суточном интервале времени и определение параметров режимов.
2. Введение
Основные номинальные параметры моделируемых элементов СЭПП приведены в табл.1. Для трехфазных силовых трансформаторов в практических расчетах используются следующие параметры при замещении трансформатора Гобразной однолинейной эквивалентной схемой:
Рис.3 – Г-образная эквивалентная схема замещения трехфазного трансформатора
- линейные 
напряжения, приведенные к одной ступени напряжения;
- токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;
- ток холостого хода трансформатора;
- индуктивная составляющая сопротивления ветви намагничивания;
- активная составляющая сопротивления ветви намагничивания;
- активное сопротивление трансформатора;
- индуктивное сопротивление трансформатора;
- нагрузочные потери в трансформаторе (
- коэффициент загрузки);
- потеря напряжения в трансформаторе.
Основной особенностью режимов работы СЭПП на длительных циклах времени (сутки, неделя, год) является их изменчивость, что обусловлено изменчивостью электрических нагрузок. Режимы СЭПП характеризуются параметрами двух видов: текущие и интегральные за время Т. К текущим параметрам относятся значения токов, напряжений, мощностей в узлах сети, изменяющиеся во времени. К интегральным параметрам за время Т – средние значения токов, напряжений, мощностей, их дисперсии, потери электроэнергии и др.
На суточных интервалах времени текущие значения параметров режимов СЭПП принято представлять в форме суточных графиков (токов, напряжения, мощности и др.) их осредненных значений на последовательных интервалах 
( =30 или 60 мин).
Интегральные параметры, например, для графика тока
,
где n - число интервалов в суточном графике тока;
- среднеквадратическое значение тока.
Потери электроэнергии в линии с сопротивлением R за время Т:
.
Потери электроэнергии в трансформаторе за время Т:
.
3. Подготовка к работе
Самостоятельная подготовка к лабораторной работе должна включать:
- изучение теоретического материала курса ЭПП по разделу “Режимы электропотребления промышленных предприятий”;
- выполнение п.4.1 и 4.2 задания.
4. Порядок выполнения работы (задание)
4.1. Изучить конструкцию лабораторной установки. Рассчитать все сопротивления эквивалентной схемы для трансформаторов Т2 и Т4.
4.2. Подготовиться к регистрации графиков активных и реактивных нагрузок – заготовить таблицу 3 в двух экземплярах (для трансформаторов Т2 и Т4.
4.3. Подготовить установку для регистрации текущих параметров режима работы моделируемой СЭПП на суточном интервале времени: включить трансформатор Т4, обобщенную нагрузку S1 на шинах 10,5 кВ ГПП, синхронный электродвигатель; отключить трансформатор Т3, конденсаторные батареи БК1, БК2 и БК3, а также силовой фильтр ФКУ; установить РПН трансформатора Т2 и ПБВ трансформатора Т4 в нулевое положение.
4.4. Запустить установку нажатием кнопки “Пуск” и произвести регистрацию графиков активной и реактивной мощностей нагрузок трансформаторов Т2 и Т4 путtм считывания и записи в таблицу 3 показаний соответствующих счетчиков.
3.5. Произвести расчет графиков активной, реактивной и полной мощностей путем умножения разности показаний счетчиков на соответствующий масштабный коэффициент (таблица 2). Рассчитать средние значения и среднеквадратические отклонения графиков нагрузки.
Таблица 3 – Регистрация и расчет текущих параметров режима СЭПП на суточном интервале времени для трансформатора Т2 (Т4).
| Номер часа суток | Показания счётчиков | Графики нагрузки | |||||||
| Активного | Реактивного | Активная мощность, кВт | Реактивная мощность, квар | Полная мощность, кВ×А | tg j | Ток, А | |||
| Показания | Разность | Показания | Разность | ||||||
| . . . | |||||||||
| Среднее значение Среднеквадратичное отклонение |
4.6. Рассчитать потери электроэнергии за сутки в трансформаторах Т2, Т4 и в кабельной линии (в киловатт-часах и в процентах). В величине потерь выделить составляющую, обусловленную неравномерностью графиков нагрузок.
4.7. Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать:
- мнемосхему установки, краткое описание и параметры моделируемых элементов типовой СЭПП, цель работы;
- расчет сопротивлений эквивалентной схемы замещения трансформаторов Т2 и Т4;
- результаты регистрации и расчета графиков нагрузки и их параметров для трансформаторов Т2 и Т4 (таблица 3);
- графики нагрузок Т2 и Т4 (активной, реактивной, полной мощности и тока);
- расчет потерь электроэнергии в трансформаторах Т2, Т4 и в кабельной линии, питающей трансформатор Т4;
- выводы по полученным результатам работы.
5. Контрольные вопросы
5.1. Каковы причины изменчивости параметров режимов работы СЭПП во времени?
5.2. Какие потери имеются в трансформаторах и от чего они зависят?
5.3. Как определяются потери электроэнергии в промышленных электросетях?
5.4. Неравномерность режимов электропотребления осложняет и ухудшает работу электроэнергетических систем. Почему?
Лабораторная работа №2
Исследование экономически целесообразного режима работы трансформаторов цеховой ТП
1. Цель работы
Изучение метода расчета и способа реализации экономически целесообразного режима работы трансформаторов.
2. Введение
Для двухтрансформаторной подстанции с одинаково загруженными трансформаторами при неизменном напряжении и при переменной нагрузке потери мощности во времени
 ,
| (2.1) |
где 
- коэффициент загрузки трансформаторов;
- активные потери холостого хода;
- активные потери в обмотках трансформатора при номинальной нагрузке (потери короткого замыкания);
- номинальная мощность трансформатора;
- нагрузка двухтрансформаторной подстанции.
При работе одного трансформатора потери мощности для нагрузки
 ,
| (2.2) |
где 
- коэффициент загрузки одного трансформатора.
Зависимости (2.1) и (2.2) потерь от нагрузки показаны на рисунке 4.
Пересечение кривых 1 и 2 соответствует нагрузке, для которой потери мощности в двух трансформаторах равны потерям при работе одного трансформатора. Таким образом, при 
целесообразна работа двух трансформаторов, а при 
целесообразно один трансформатор отключать.
Рисунок 4 – Зависимость потерь мощности в трансформаторах от их нагрузки: 1 – включены два трансформатора, 2 – включен один трансформатор.
Величину 
можно вычислить, приравняв правые части выражений (2.1) и (2.2)
.
Опуская промежуточные преобразования, получим
 .
| (2.3) |
На практике экономически целесообразный режим работы трансформаторов реализуются редко. Это обусловлено следующими факторами: относительно малый экономический эффект, усложнение эксплуатации из-за частых включений и отключений одного из трансформаторов, дополнительные трудности в обеспечении необходимой степени надежности и др.
В настоящей лабораторной работе все эти факторы не учитываются и экономически целесообразный режим работы трансформаторов реализуются на суточном интервале времени с одной лишь целью – определить возможную при этом экономию электроэнергии.
3. Порядок выполнения работы
3.1. Рассчитать величину для цеховой ТП (2.3) и нанести ее на график полной мощности подстанции, построенный в предыдущей работе.
3.2. По графику полной мощности ТП определить моменты времени включения и отключения трансформатора Т3.
3.3. Включить установку. Реализовать намеченный режим работы цеховой ТП, вручную включая и отключая трансформатор Т3 в соответствующие моменты времени.
3.4. По данным амперметров построить графики нагрузки по току для трансформаторов Т3 и Т4.
3.5. Рассчитать потери электроэнергии в трансформаторах Т3 и Т4 и экономию электроэнергии, полученную за счет реализации экономически целесообразного режима работы трансформаторов по отношению к постоянной работе одного трансформатора (п.4.6 предыдущей лабораторной работы).
3.6. Рассчитать потери электроэнергии в трансформаторах Т3 и Т4 для такого режима, когда они постоянно включены в течение суток. Сравнить эти потери с потерями при экономически целесообразном режиме.
3.7. Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать:
- расчет и построение зависимости потерь в трансформаторах от их загрузки (рисунок 4);
- расчет величины ;
- обоснование выбора моментов времени включения и отключения трансформаторов Т3 и Т4 для реализации экономически целесообразного режима работы;
- графики тока I(t) трансформаторов Т3 и Т4 для реализованного экономически целесообразного режима и расчет потерь;
- расчет потерь для режима постоянной работы в течение суток двух трансформаторов Т3 и Т4;
- оценку экономии электроэнергии, полученной за счет реализации экономически целесообразного режима работы трансформаторов, по отношению к режимам постоянной работы только одного или двух трансформаторов;
- выводы по работе.
Лабораторная работа №3
Исследование и регулирование уровней напряжения в промышленных электросетях
1. Цель работы
Изучить методику оценки уровней напряжения в сети и способы их улучшения на суточном интервале времени.
2. Введение
Имеются две основные причины, обуславливающие изменчивость напряжения в электрических сетях: изменчивость нагрузок, вызывающая изменчивость потерь напряжения, и регулирование напряжения с целью поддержания его в заданных пределах.
Уровни напряжения принято оценивать отклонениями напряжения от номинального V [1], которые также изменчивы во времени по выше указанны причинам.
Наилучшим напряжением на зажимах электроприемников, с точки зрения технико-экономической эффективности их работы, является 
, т.е. V = 0. Обеспечить такой режим напряжения для всей массы электроприемников в сети практически невозможно, поэтому всегда 
. Причем, чем больше величина V, тем хуже напряжение. Из этого правила имеется ряд исключений, например, для слабо загруженного асинхронного электродвигателя наилучшим является напряжение, меньшее номинального. Величина допустимых значений V нормируется ГОСТ [2]. Наиболее жесткие требования к величине V предъявляются, естественно, к тем сетям, которые питают основную массу электроприемников (сети до 1000 В).
Нормально допустимые значения отклонения напряжения составляют ±5%, а предельно допустимые - ±10%.
Оценку максимальных отклонений напряжения обычно проводят для режимов максимальных и минимальных нагрузок с помощью построения диаграммы отклонений напряжения в сети.
Для моделируемой сети расчетная схема и диаграмма V показаны на рисунке 6.
Рис. 5 – Расчетная схема и диаграмма отклонений напряжения
На этом рисунке:
- отклонение напряжения в центре питания;
- потеря напряжения в воздушной линии 110 кВ, питающей трансформатор ГПП;
- отклонение напряжения на линии раздела балансовой принадлежности сетей энергоснабжающей организации и сетей потребителя электроэнергии;
- отклонение напряжения на шинах РУ 10 кВ ГПП;
- потеря напряжения в трансформаторе ГПП;
- добавка напряжения трансформатора;
- потеря напряжения в кабельной линии, питающей трансформатор Т4 цеховой ТП;
- добавка напряжения трансформатора цеховой ТП;
- отклонение напряжения на шинах РУ 380/220 В цеховой ТП;
- потеря напряжения в цеховой сети (например, в шинной магистрали ШМ);
- отклонение напряжения в сети в точке присоединения наиболее удалённого электроприемника.
В условиях эксплуатации все потребители рассчитывают требуемые значения для режимов максимальных и минимальных нагрузок с учетом своих средств регулирования напряжения. Если энергоснабжающая организация не выдерживает эти значения, то к ней предъявляются экономические санкции. Поэтому выполнение настоящей лабораторной работы ориентировано на исследование отклонений напряжения в промышленной электросети, проводимое с целью решения данной задачи – расчет требуемых значений для режимов максимальных и минимальных нагрузок.
Потери напряжения в элементах сети с сопротивлением 
и током 
определяются по формуле
 .
| (4.1) |
Все необходимые параметры элементов моделируемой сети приведены в таблице 1, а параметры трансформатора Т2 рассчитаны в п.4.1 лабораторной работы №1.
3. Подготовка к работе
Самостоятельная подготовка к работе состоит в следующем:
- повторение соответствующего теоретического материала [1-3];
- подготовка к ответам на контрольные вопросы;
- расчет потерь напряжения в трансформаторе Т2 для режимов максимальных и минимальных нагрузок, необходимых для выполнения п.4.8 и п.4.9 задания.
4. Порядок проведения работы (задание)
4.1. Подготовить установку к работе:
- включить питание установки и трансформатор Т4, отключить Т3, включить обобщенную нагрузку на шинах 10 кВ S1, включить СД, отключить конденсаторные батареи БК1, БК2 и БК3 и фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ;
- переключатель отпаек РПН трансформатора Т2 и переключатель ПБВ трансформатора Т4 установить в нулевое положение;
- переключатель задания уровня напряжения в сети 110кВ установить в положение, указанное преподавателем.
4.2. Запустить установку нажатием кнопки «Пуск» и произвести регистрацию графиков U(t) на шинах 10кВ ГПП и на шинах 380/220 В цеховой ТП на суточном цикле времени по щитовым приборам.
4.3. Обработать результаты измерений:
- построить графики V(t) для шин 10кВ ГПП и для шин 380/220В цеховой ТП;
- построить гистограммы отклонений напряжения и вычислить их средние значения и дисперсии.
4.4. Проанализировать полученные результаты, определить оптимальную ступень ПБВ трансформатора Т4 и разработать график переключения отпаек РПН трансформатора Т2.
4.5. Установить переключателем, расположенным на лицевой панели, необходимую ступень ПБВ трансформатора Т4 и на наборном поле с помощью перемычек переключений отпаек РПН трансформатора Т2.
4.6. Запустить установку и провести регистрацию напряжений на суточном цикле аналогично п.4.2.
4.7. Обработать результаты измерений в соответствии с п.4.3. и оценить соответствие напряжения в моделируемой сети требованиям ГОСТ [2].
4.8. По полученным в пункте 4.7 результатам построить для режимов максимальных и минимальных нагрузок диаграммы отклонений напряжения для моделируемой сети (аналогично рис.5). Отклонения и определяются при этом экспериментально, - расчетным путем по формуле (4.1). Так как на модели не представлена цеховая сеть 380/220 В (ШМ на рисунке 5), то потери в этой сети () не учитываются и не оценивается.
4.9. Приняв для шин 380/220 В цеховой ТП допустимые значения отклонений: 
, 
, определить соответствующие отклонения , которые должна обеспечить энергоснабжающая организация на линии раздела балансовой принадлежности сетей для режимов максимума и минимума нагрузок. Принять время максимума с 8 до 12 часов утра. Минимума – с 2 до 5 часов ночи. При этом необходимо помнить, что в реальной практике расчета требуемых значений необходим учет работы компенсирующих устройств, что в настоящей лабораторной работе не производиться для упрощения ее выполнения и еще в связи с тем, что вопросы компенсации реактивных нагрузок рассматриваются в следующей лабораторной работе.
4.10. Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать:
- формулировку задач исследований;
- результаты оценки отклонений напряжений в моделируемой сети по п.4.3;
- суточный график переключений отпаек трансформатора Т2;
- результаты по п.4.7, полученные после реализации мероприятий;
- напряжения по п.4.8 и п.4.9;
- выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
5.1. Какие допускаются отклонения напряжения в промышленных электросетях по ГОСТ 13109-97 и почему?
5.2. Как зависит работа различных электроприемников от величины напряжения в сети?
5.3. Какие способы улучшения напряжения используются в промышленных электросетях и в сетях энергосистемы?
5.4. Постройте векторную диаграмму токов и напряжений для простейшей сети с сопротивлением и током .
5.5. Какие имеются оценки уровней напряжения и как они вычисляются?
Лабораторная работа №4
Компенсация реактивных нагрузок в системах электроснабжения промышленных предприятий
1. Цель работы
Исследование основных принципов компенсации реактивных нагрузок (КРН) в промышленных электрических сетях (ПЭС). С этой целью в работе предусмотрено: вычисление мощностей компенсирующих устройств (КУ), реализация расчетного режима реактивной мощности на лабораторной модели, оценка влияния КРН на режим напряжения и расчет экономического эффекта.
2. Введение
Обмен реактивной мощностью между системой электроснабжения предприятия и электроэнергетической системой (ЭЭС) регламентирован “Правилами пользования электрической и тепловой энергией”. Контроль соблюдения этих правил возложен на предприятие “Госэнергонадзор”. Установление конкретных требований к режиму реактивной мощности каждого из предприятий осуществляется при ежегодном заключении договора на потребление электроэнергии. Экономически обоснованные входные реактивные мощности (Qэ1 и Qэ2) задаются предприятиям дифференцировано, в зависимости от потребляемой мощности и электрической удаленности предприятия от основных источников электрической энергии (электростанций). Числовые значения Qэ1 и Qэ2 определяются в результате расчетов оптимальных режимов работы энергосистемы в периоды ее максимальных (Qэ1) и минимальных (Qэ2) нагрузок.
В настоящей лабораторной работе исследуется узел нагрузки, схема замещения которого показана на рисунке 6.
Схема содержит только одну из секций ГПП (правую секцию), поскольку вторая условно считается абсолютно аналогичной. Граница балансовой принадлежности предусмотрена на уровне высоковольтных вводов трансформаторов ГПП. На границе отводятся контрольные балансы активной и реактивной мощностей. Контроль осуществляется на последовательных получасовых интервалах времени при помощи счетчиков энергии с фиксированием максимумов или при помощи специальных информационно-измерительных систем.
В лабораторной модели источниками реактивной мощности являются: электроэнергетическая система (Qэ1, Qэ2), синхронный электродвигатель (Qд), конденсаторные установки БК1, БК2 напряжением 10 кВ (Qкв) и БКЗ напряжением 0.4 кВ (Qкн); потребителями – нагрузка на шинах 10,5 кВ (Q1) и нагрузка ТП (Q2).
Рисунок 6 – Схема замещения узла нагрузки
Наилучшим (оптимальным) режимом компенсации реактивных нагрузок будет режим, соответствующий минимальной величине годовых расчетных затрат и удовлетворяющий требованиям электроэнергетической системы. Для нахождения этого режима составляется функция расчетных затрат (целевая функция) и записываются ограничения [4]. Оптимальными считаются также мощности компенсирующих устройств, при которых целевая функция принимает минимальное значение в области допустимых решений. Область допустимых решений определяется ограничениями, накладываемые на мощности КУ. Расчет оптимальных мощностей КУ в описываемой выше постановке задачи производится с помощью методов математического программирования.
В лабораторной установке моделируется не вся ПЭС, а только ГПП и одна из цеховых подстанций с питающей ее кабельной линией электропередачи. Нагрузка Q1 представляет собой суммарную реактивную мощность, потребляемую ТП, число и мощность которых неизвестны. В этих условиях задачу оптимизации размещения КУ можно решить без применения оптимизационных методов, разделив ее на два этапа.
Этап первый. Рассматривается ТП (рис.7) и определяется Qкн.
Рисунок 7 – Расчетная схема замещения для первого этапа расчета.
Для определения Qкн записывается функция годовых расчетных затрат
| (2.1) |
где 
- коэффициент отчислений от капиталовложений (нормативные отчисления, отчисления на эксплуатацию и восстановление оборудования). Численное значение следует принять равным 0,223 о.е.;
- удельная стоимость конденсаторных установок низкого напряжения;
- удельная стоимость потерь активной мощности (задается преподавателем);
- удельные потери мощности в конденсаторных установках низкого напряжения (0,003 кВт/квар);
- приведенное к напряжению 10кВ сопротивление трансформатора цеховой ТП и питающей его линии электропередачи, Ом.
Величина этого сопротивления определяется по данным таблицы 1 описан