Последовательное включение конденсаторов

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Лабораторные занятия являются неотъемлемой частью учебного процесса.

Выполнение лабораторных работ по курсу "Электрические сети и системы" для специальности 110302 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства" имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционных курсах и учебных пособиях.

Специфической особенностью лабораторного практикума по дисциплине "Электрические сети и системы" является использование унифицированного испытательного оборудования в виде стендов типа УРМЭС-1 (универсальное расчетное моделирование электрических сетей, первая модель) и УРМЭС-2 (универсальная расчетная модель электрических сетей, вторая модель), предназначенных для выполнения всего объема исследований, предусмотренных рабочей программой.

Основу стендов УРМЭС-1 составляют ЛАТРы (лабора­торные автотрансформаторы) и магазины активных сопротив­лений, индуктивностей и емкостей. ЛАТРы выполняют функ­ции имитирования центров питания, обеспечивающих пере­менное однофазное синусоидальное напряжение промышлен­ной частоты f=50 Гц. Магазины активных сопротивлений, ин­дуктивностей и емкостей содержат наборы указанных элемен­тов, необходимых для моделирования продольных и попереч­ных ветвей исследуемых электрических сетей при использова­нии П-образных схем замещения.

В отличие от УРМЭС-1 установка УРМЭС-2 имеет многоцелевое назначение и способна обеспечить широкий спектр расчетов и исследований электрических сетей, выхо­дящих за пределы программы дисциплины "Электрические сети и системы". Соответственно ее назначению УРМЭС-2 значительно сложнее УРМЭС-1 и потому выполнение лабора­торных работ на этой машине предполагает ряд особенностей, не учитываемых при проведении исследований на стенде УРМЭС-1

Применительно к проведению лабораторных исследо­ваний по дисциплине "Электрические сети и системы" с ис­пользованием стенда УРМЭС-2 задействованными являются генераторы переменного однофазного синусоидального на­пряжения частоты f= 50 Гц и магазины активных сопротивле­ний, индуктивностей и емкостей. Кроме того, особенностью измерений при выполнении лабораторных исследований на УРМЭС-2 является штекерное включение специальных изме­рительных приборов, рассчитанных на комплексные измере­ния.

Исторически сложилось так, что первоначально цикл лабораторных исследований по дисциплине "Электрические сети и системы" на кафедре электромеханических систем и электроснабжения был поставлен на стендах УРМЭС-1. Вме­сте с тем расширение возможностей исследований с использо­ванием машины УРМЭС-2 обеспечивает фронтальное прохож­дение обучающимися лабораторного практикума, при котором изложение в лекционном курсе теоретических предпосылок предшествует их лабораторной проверке.

Методические указания по выполнению работ на уни­версальной расчетной модели электрических систем "УРМЭС-2" изложены в прил 1.

В лаборатории примерные электрические модели ре­альных электрических линий и сетей создаются в однофазном исполнении. Для соблюдения подобия вводятся масштабные коэффициенты подобия - масштабы напряжения, тока, сопро­тивления, мощности. Масштаб напряжения – m_U (Вольт ре­альной установки, деленный на Вольт модели); масштаб тока - m_I (Ампер реальной установки, деленный на Ампер модели); масштаб сопротивления – m_Z (Ом реальной установки, делен­ный на Ом модели); масштаб мощности – m_S (Вольт-Ампер реальной установки, деленный на Вольт-Ампер модели). Практически достаточно выбрать только два масштабных ко­эффициента, а два других получатся с помощью известных из электротехники соотношений. Обычно задаются масштабами напряжения и сопротивления m_U и m_Z, а другие получают из формул

; m_S = m_U · m_I.

Очевидно, что масштабы указанных величин могут быть использованы как для прямого перехода от реальной линии к ее электрической модели, так и для обратного пересчета измеренных на модели электрических величин к одноименным величинам реальной линии.

Объем каждого занятия рассчитан на 2 - 4 академических часа работы в лаборатории и на 1,5 - 2 часа домашней работы.

Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка.

Предварительная подготовка включает в себя следующее:

изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;

тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям, усвоение ее целевого на­значения и программы исследований;

выполнение расчетов согласно набору параметров ис­следуемой ЛЭП, выдаваемому преподавателем;

подготовку таблиц для занесения результатов исследо­ваний;

ознакомление с правилами оформления результатов экспериментов и с требованиями нормативных документов, регламентирующих порядок построения графических зависи­мостей.

Студент допускается к выполнению очередной лабора­торной работы после предъявления преподавателю отчета за предыдущую работу и при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы для домашней подготовки.

На первом занятии семестра студент должен изучить инструкцию по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом выполнения лабораторной работы сту­дент должен составить монтажную электрическую схему ис­следований согласно указанному преподавателем набору эле­ментов электрической модели исследуемой ЛЭП, записать паспортные данные измерительных приборов, после чего при­ступить к сборке схемы. Сборку электрической схемы необхо­димо производить ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО при отсутствии элек­тропитания.

Для снижения вероятности ошибок при сборке схемы следует при выполнении каждого опыта условно делить бри­гаду на сборщиков схемы и проверяющих правильность сбор­ки. Окончательную проверку собранной схемы выполняет преподаватель, после чего дается разрешение на включение питания.

Лабораторная работа выполняется в том порядке, какой изложен в методических указаниях на ее выполнение. Резуль­таты измерений заносятся в соответствующие таблицы каж­дым членом бригады. По полученным данным выполняются необходимые предварительные расчеты и строятся графиче­ские зависимости.

Черновые материалы предъявляются преподавателю, после подписи которого, работа считается законченной.

После выполнения полного объема лабораторной рабо­ты с разрешения преподавателя схема разбирается, соедини­тельные провода укладываются в отведенное место.

Окончательный отчет по выполненной лабораторной работе составляется во внеурочное время. Вычерчивание схем и графических зависимостей в отчете от руки, без применения чертежных принадлежностей, не допускается.

Титульный лист отчета должен быть оформлен соглас­но прил. 2.

Расчеты должны производиться в системе СИ с необхо­димыми пояснениями.

В заключение студент дает в письменной форме ответы на вопросы, поставленные в описании к данной лабораторной работе.

После выполнения лабораторной работы и представле­ния по ней правильно оформленного отчета студент отчитыва­ется за проделанную работу.

Студенты, у которых все отчеты приняты, получают за­чет по лабораторному курсу.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1. При подведенном к стенду напряжении запрещается прикасаться к проводникам схемы и к металлическим частям стенда, находящимся под напряжением.

2. Приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием, правилами безопасности работ, оборудованием, проверьте исправность ограждений и предохранительных устройств.

3. Не загромождайте свое рабочее место оборудованием и аппаратурой, не относящимся к выполняемой работе, так как это может явиться причиной несчастного случая.

4. При работе в лаборатории выполняйте только то задание, которое Вам поручено.

5. Запрещается находиться в лаборатории в пальто, а также раздеваться и вешать пальто, кепи и платки на лабораторное оборудование.

6. По окончании работы приведите в порядок свое ра­бочее место. После уборки заявите ответственному по лабора­тории об окончании работы и только после его разрешения можете оставить лабораторию.

СТРОГО ВОСПРЕЩАЕТСЯ!

1. Включать и выключать силовые и осветительные ру­бильники без разрешения руководителя.

2. Включать схему под напряжение без предваритель­ной проверки и разрешения руководителя.

3. Работать с кашне, галстуками и шарфами, которые могут попасть во вращающиеся части машины.

4.

Оставлять без наблюдения схему, находящуюся под напряжением.

При возникновении аварийных режимов (перегрузка током, электрический пробой изоляции, короткое замыкание, чрезмерное увеличение частоты вращения и т.д.) лабораторная установка должна быть немедленно отключена.

Если произойдет несчастный случай, то лабораторную установку следует отключить, пострадавшему оказать помощь, помня о том, что прикосновение к человеку под напряжением опасно. Освобождать пострадавшего можно только с помощью двух сухих деревянных или других изоляционных предметов.

ВНИМАНИЕ! Категорически запрещается прикасаться к элементам схемы при включенном напряжении.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Цель работы

1. Изучить зависимости режимов работы воздушной линии электропередач (ЛЭП) от величины и характера нагрузки.

2. Исследование работы ЛЭП на примерной модели.

Теоретические пояснения

Режим работы линии электропередачи определяется, в частности, характером нагрузки, что означает существование зависимости величины и фазы напряжения на приемном конце линии (рис. 1, узел 2) от величины и характера нагрузки. При использовании П-образной схемы замещения ЛЭП ее параметры определяются активным r и индуктивным jx₁ сопротивлениями продольной схемы замещения, а также емкостной проводимостью поперечной ветви этой схемы j в_л. Врасчетах емкостную проводимость представляют поделенной поровну между передающим и приемным концами сети.

Емкостная проводимость и емкость конденсатора, имитирующего эту проводимость в схеме замещения, связаны соотношением

j в_л = jωс _л.

В индивидуальном задании указывается полная емкость с _л. Активное сопротивление r_л для проводов из цветных металлов принимают равным омическому или сопротивлению постоянному току, поскольку поверхностным эффектом для переменного тока промышленной частоты можно пренебречь. Следовательно, активное сопротивление проводника из цвет­ного металла можно рассчитать по соотношению

, Ом, (2.1)

где: ρ - удельное сопротивление материала провода, Ом-м;

l - длина линии, м;

q - сечение провода, м².

При использовании стальных и сталеалюминиевых про­водов поверхностным эффектом, проявляющимся в вытесне­нии электрического тока от центра проводника к его перифе­рии, пренебречь нельзя. При учете этого эффекта активное

 

Рис. 2.1. П-образная схема замещения линии электропередачи

сопротивление проводника оказывается больше его омического сопротивления как в результате эффекта вытеснения тока, так и из-за магнитных потерь в ферромагнитном материале про­водника. Поэтому активное сопротивление стальных и стале­алюминиевых проводов не подчиняется соотношению (2.1) и определяется по справочным таблицам.

Как правило, нагрузка ЛЭП носит активно-индуктивный характер, т.е. сопротивление нагрузки может быть представлено в виде параллельного или последователь­ного соединения активного R_H и индуктивного Х_Н сопротивле­ний (см. рис. 2.1).

Индуктивное сопротивление продольной ветви Х_л и ем­костная проводимость поперечной ветви b_л рассчитываются по специальным формулам.

Важно отметить, что емкостная проводимость b_л, как в расчетных формулах, так и в справочных источниках характе­ризует ОДИН провод трехфазной линии, а не всю трехфазную линию.

В электрической модели индуктивные сопротивления выполнены в виде катушек индуктивности с использованием ненасыщенных ферромагнитных сердечников. При этом оми­ческое сопротивление провода катушки и мощность магнитных потерь учитываются последовательным включением с идеальной индуктивностью соответствующего активного сопротивления.

Следует особо остановиться на оценке эквивалентности трехфазной сети и замещающей ее П-образной схемы. Последняя является, по существу, однофазной электрической сетью. Выполним условие независимости нагрузки узла от типа схемы (реальная трехфазная или П-образная схема замещения), т.е. S_Н,3ф = S_Н,1ф. Если теперь при переходе от трехфазной сети к однофазной сохранить U_3ф = U_1ф, где U_3ф - линейное напряжение трехфазной сети; U_1ф - напряжение в П-образной схеме замещения), то значения токов в линии определятся: в трехфазной сети I_12(3a) = ; (2.2)

в П-образной схеме замещения

I_12(1a) = ; (2.3)

 

Сопоставление (2.2) и (3.2) позволяет сделать вывод, что

I_12(1ф) = 3I_12(3ф). (2.4)

Отсюда линейное падение напряжения

∆U₁₂ = 3∆U_12,ф = 3I_12(3ф)Z_л = I_12(1ф)Z_Л. (2.5)

Иными словами, в П-образной схеме замещения падение напряжения на полном сопротивлении Z_лпродольной ветви соответствует ЛИНЕЙНОМУ падению напряжения замещаемой трехфазной линии.

Для исследования режима ЛЭП при номинальной нагрузке используется векторная диаграмма напряжений и токов (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2. Векторная диаграмма напряжений и токов при номинальной нагрузке

Эта диаграмма позволяет для П-образной схемы заме­щения изобразить на комплексной плоскости взаимное поло­жение векторов тока нагрузки I_2н, тока утечки I_С и тока линии I₁₂. Кроме того, с учетом значений активного и индуктивного сопротивлений линии определяются величина и фаза напряже­ния на передающем конце линии (в узле 1) при известном на­пряжении на приемном конце (в узле 2). Очевидно, что анало­гично может быть проведено построение, если за известные принять величину и фазу напряжения на передающем конце линии и выполнить определение величины и фазы на приемном конце линии.

Если совместить вектор напряжения в узле 2 с действи­тельной осью на комплексной плоскости, то выражение для напряжения в узле 1 можно записать так (2.6) где: I_12ar_л + I_12rx_л=∆U₁₂ - продольная составляющая падения напряжения в ЛЭП;

I_12ax_л – I_12rz_л= δU₁₂ - поперечная составляющая падения на­пряжения в ЛЭП.

Из (2.6) следует, что при одном и том же значении на­пряжения на приемном конце линии (в узле 2) как падение на­-

пряжения ∆U₁₂, так и его составляющие ∆U₁₂ и δU₁₂ определяются, во-первых, абсолютным значением тока в линии, а во-вторых - зависят от соотношения его составляющих, т.е. в первую очередь от фазового сдвига между током I₂ и напряжением U₂ в узле 2. В свою очередь, при одном и том же характере нагрузки, ее величина по-разному влияет на величину и фазу тока в линии I₁₂ (см. рис. 2.2), который представляет собой векторную сумму тока нагрузки I₂ и емкостного тока утечки I_{c2 .}

В виду того, что ток в линии

I₁₂ = I₂ + I_c2, (2.7)

то можно считать, что фазовый сдвиг между векторами I₁₂

и U₂ уменьшается при снижении нагрузки, что, как это следует из (2.6), изменяет соотношение между продольной и попе-

речной составляющими падения напряжения. При этом изменяется угол δ₁₂, который характеризует сдвиги по фазе между векторами на передающем (U₁) и приемном (U₂) концах линии. Пусть нагрузка уменьшается примерно до половины номинальной. Тогда векторная диаграмма напряжений и токов принимает вид, приведенный на рис. 2.3.

 

Рис. 2.3. Векторная диаграмма напряжений и токов при I₂ = 0,5*I_2,н

Характерным для режимов нагрузки при I₂ = I_2,н и

I₂ = 0,5I_2,н является соотношение модулей напряжений на пре­дающем и приемном концах линии U₁ > U₂, т.е. потеря на­пряжения, определяемая как алгебраическая разность U₁ - U₂, имеет положительное значение.

На холостом ходу согласно (2.7) I₁₂ = I_C2, а векторная диаграмма напряжений и токов принимает вид, представленный на рис. 2.4.

Как следует из векторной диаграммы (см. рис. 2.4), соот­ношение модулей напряжений на передающем и приемном концах линии принимает вид U_t < U₂, что соответствует потере напряжения в линии с отрицательным знаком

U₁ -U₂ <0. Иными словами, на холостом ходу в линии при наличии индуктивного сопротивления х_л ≠ 0 емкостной ток создает составляющую падения напряжения, направленную на-

 

встречу напряжению на приемном конце ЛЭП (см. рис. 2.4).

Рис.2.4. Векторная диаграмма напряжений и токов при I₂=0

В лабораторных условиях исследования ЛЭП выполняют на их моделях, в которых, во-первых, используется пониженное напряжение; во-вторых, распределенные параметры, соответствующие активному и индуктивному сопротивлениям продольной ветви и емкостной проводимости поперечной ветви схемы замещения линии заменяются их сосредоточенными эквивалентами; в-третьих, в интересах наглядности векторных диаграмм, значения сопротивлений и проводимостей принимают больше тех величин, которые должны были бы получиться с учетом масштабов, обусловленных соотношениями напряжений реальной ЛЭП и ее лабораторной модели.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя параметры исследуемой модели ЛЭП (r_л, r'_л, L_л, С_л, U₂) и значения сопротивлений, соответствующих номинальной нагрузке R_H; r'_H; L_H.

2. Рассчитать емкостную проводимость начала (или конца) линии

, См,

где ω = 2πf - угловая частота сети.

3. Рассчитать ток поперечной ветви схемы замещения в узле 2

I_c2 = U_{2 ·} b_л.

4. Рассчитать сопротивление нагрузки:

.

5. Рассчитать ток нагрузки

I₂ = .

6. Построить векторную диаграмму (см. рис. 2.2), при

няв масштаб напряжения m_u =l В/мм.

7. Рассчитать ток поперечной ветви схемы замещения в узле 1

I_c1 = U₁* b_л.

8. Построить на векторной диаграмме вектор

I₁ = I₁₂ + I_c1.

9.Результаты расчета занесите в таблицу.

Параметры исследуемой ЛЭП

Измеряемая величина	U2	U1	I1	Ic1	Ic2	I2	I12
Единица измерения
Данные расчета
Данные эксперимента
Погрешность опреде­ления параметра, %

10. Собрать схему исследований (см. рис. 2.1).

11. Установить регулятор ЛАТР в положение, соответ­ствующее минимальному выходному напряжению.

12. Предъявить схему исследований преподавателю.

13. После разрешения преподавателя на включение подать напряжение на схему исследований, нажав кнопку «ПУСК» или включив выключатель В1.

14. Установить при помощи ЛАТР напряжение в узле 2 согласно заданию.

15. Снять показания измерительных приборов и занести их в таблицу.

16. Оценить погрешность расчета, приняв за достоверные результаты, полученные экспериментально. Для оценки погрешности использовать формулу

где: П_% - погрешность расчета, %;

В_р - расчетное значение величины;

В_э - экспериментальное значение величины.

17. Оценить погрешность определения потери напряжения в линии.

17.1. Определить потери напряжения из векторной диаграммы (см. рис. 2.2)

U_1р – U_2р.

17.2. Определить потери напряжения по данным эксперимента

|U_1э| – |U_2э|.

17.3. Оценить погрешность определения потери напря­жения по соотношению

.

18.

Уменьшить нагрузку линии примерно до половины от номинальной, т.е. в схеме (см. рис. 2.1) включить в качестве нагрузочных сопротивления R_H ≈ 2R_H; r'_н ≈ 2 r'_н; х_н ≈ 2х_н и провести исследования согласно п.п. 4-17.

19. Провести исследования на холостом ходу согласно п.п. 6-17.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Схему исследований.

2. Параметры модели линии.

3. Значения сопротивлений нагрузки.

4. Расчеты, обусловленные заданием.

5. Векторные диаграммы для трех вариантов нагружения линии.

6. Таблицы результатов исследований для трех вариантов нагружения линии.

В заключении отчета необходимо сделать письменные выводы по выполненным исследованиям в виде ответов на следующие вопросы:

1. Чем обусловлено расхождение между теоретическим и экспериментальным определением параметров ЛЭП?

2. В каком соотношении между собой должны находится величины напряжений на передающем (U₁) и приемном (U₂) концах линии при следующих режимах нагрузки:

при номинальной нагрузке;

при нагрузке, составляющей примерно половину номи­нальной;

на холостом ходу.

3. При каких условиях потеря напряжения в линии равна нулю, т.е. U₁= U₂? Ответ проиллюстрировать векторной диаграммой.

4. Что характеризует собою продольная составляющая падения напряжения в линии?

5. Что характеризует собою поперечная составляющая падения напряжения в линии?

 

 

Контрольные вопросы для домашней подготовки

1. Какие факторы влияют на отличие погонного активного сопротивления ВЛ от омического?

2. При каких допущениях определяется погонное активное сопротивление ВЛ при проектировании?

3. Какими геометрическими параметрами определяется значение погонного реактивного сопротивления ВЛ?

4. Какое физическое явление отражается наличием в схеме замещения ВЛ активной проводимости?

5. От каких параметров зависит величина эквивалентного радиуса расщепленной фазы?

6. К каким изменениям погонных параметров ВЛ приводит расщепление фазы?

7. Какие факторы определяют отличие погонных параметров кабельной и воздушной линий?

8. Почему в ВЛ с U_H0M ≤10 кВ допустимо не учитывать реактивное сопротивление при использовании П-образной схемы замещения?

9. Как построить векторную диаграмму напряжений для линии 110 кВ с тремя нагрузками вдоль нее?

10. В чем состоит различие между падением и потерей напряжения? Проиллюстрировать это различие с помощью векторной диаграммы напряжений?

/1, с. 115-126, 170-184; 2, с. 54-62, 99-110; 3, с. 37-71/

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ СХЕМЫЗАМЕЩЕНИЯ ЛИНИИ НА ПАРАМЕТРЫЕЕ РЕЖИМА

Цель работы

1.

Изучить влияние соотношения между параметрами схемы замещения воздушной линии электропередачи (ЛЭП) на параметры ее режима.

2. Исследовать работу ЛЭП на примерной модели.

Теоретические пояснения

Взаимное положение на комплексной плоскости векторов, характеризующих режим в начале ЛЭП (, ), и ее приемном конце (, ), при допущении об отсутствии потерь на корону, зависит от трех факторов:

1) от абсолютных значений и соотношения активной и реактивной составляющих тока (мощности) нагрузки;

2) от абсолютных значений сопротивлений продольной ветви схемы замещения (r_л и x_л) и их соотношения v=r_o / x_o;

3)

от относительного значения зарядного тока

(зарядной мощности) линии.

 

Рис.3.1. П – образная схема замещения ЛЭП

 

Анализ влияния двух последних факторов необходимо произвести в предположении, что нагрузка линии максимальна, так как именно такие режимы, прежде всего, интересуют проектировщиков и эксплуатационный персонал с точки зрения установления соответствия их параметров допустимым значениям, обусловленным теми или иными техническими ограничениями. Для анализа режимов работы ЛЭП проще всего воспользоваться П-образной схемой замещения (рис. 3.1). Более подробные сведения о П-образной схеме замещения изложены в теоретических пояснениях к лабораторной работе № 2.

Значение v, характеризующее соотношение активного и индуктивного сопротивления линии меняется в весьма широких пределах в зависимости от типа линии (воздушная или кабельная), ее номинального напряжения и диапазона используемых сечений проводов и жил кабелей. Систематизация и обобщение данных о величине v позволяет выделить три категории линий:

1) линии с v ≥1, к которым, прежде всего, относятся кабельные линии

6—10 кВ, а также 35 кВ с алюминиевыми жилами и, кроме того, частично ВЛ 6—35 кВ и КЛ 35 кВ с медными жилами (при небольших сечениях);

2) линия с v≈1, к которым относятся В Л 6—35 кВ и КЛ 35 кВ с медными жилами (при крупных сечениях) и частично ВЛ 410 кВ;

3) линии с v≤1, к которым относятся все воздушные и кабельные линии 110 кВ и выше, за исключением отнесенных ко второй категории В Л 110 кВ.

Рассмотрение режимов работы ЛЭП начнем со 2 категории линий, которые характеризуются примерным равенством активного и индуктивного сопротивления линии. При этом аргумент вектора полного сопротивления линии близок к 45°. Для проведения анализа векторной диаграммы напряжений линии, представим вектор падения напряжения в виде сгруппированных попарно активной и реактивной составляющих тока I₁₂, т.е.

∆ = (jI_12ax_л + I_12ar_л) + (I_12rx_л – jI_12rr_л)

Первые два слагаемых являются катетами треугольника, гипотенузой которого является вектор I_12a Z_л этот треугольник определяется протеканием в продольной ветви схемы замещения активной мощности Р₁₂, причем при рассматриваемом соотношении r_л и х_л вектор I_12a Z_л расположен под углом ≈45° к действительной оси комплексной плоскости. Построим этот треугольник на векторной диаграмме рис. 3.2, пометив его символом Р.

Рис. 3.2. Векторная диаграмма токов линии при r_л= х_л

Последние два слагаемых в выражении ∆U_12ф являются катетами треугольника Q с гипотенузой I_12rZ_л и определяются протеканием через сопротивления линии реактивной мощности Q₁₂.

При примерном равенстве r_л и х_л вектор I_12rZ_л расположен под углом ≈45° к действительной оси комплексной плоскости. На рис. 3.2 этот треугольник помечен буквой Q. Очевидно, что размеры треугольников определяются соотношением активной и реактивной составляющих тока I₁₂ или соотношением Р₁₂ и Q₁₂

В результате построения этих двух треугольников по­лучаем вектор ∆U_12ф, который в рассматриваемом случае име­ет достаточно малую поперечную составляющую. Это, в свою очередь, приводит к тому, что угол между векторами U_1ф и U_2ф также весьма мал. При этом если пренебречь поперечной со­ставляющей вектора падения напряжения, то

U_1ф = U_2ф + ∆U_12ф

Рис. 3.З. Векторная диаграмма токов линии при r_л= 0,5х_л

 

Разность модулей векторов напряжений по концам линии носит название потери напряжения. Величина потери напряжения от шин источника питания до шин узла нагрузки в ряде случаев служит критерием оценки допустимости рассматриваемого режима с точки зрения обеспечения качества электроэнергии, получаемой потребителями и поэтому является важным количественным показателем работы сети. Потеря напряжения │ │ - │ │ ≈ ∆U_1,2; т.е. примерно равна продольной составляющей вектора падения напряжения.

Нетрудно убедиться, что все сказанное ранее тем более справедливо для линий первой категории, для которых r_л > х_л. Отсюда следует важное практическое обобщение: расчет на­пряжений в узлах электрических сетей с U_hom ≤110 кВ допустимо выполнять без учета поперечной составляющей вектора падения напряжения, т.е. считая узловые напряжения вещественными числами и принимая потерю напряжения на каждом участке сети равной продольной составляющей вектора падения напряжения. Расчет установившегося режима сети при этом существенно упрощается, а возникающая погрешность, как правило, лежит в пределах точности задания исходных дан-

 

ных.

Иная ситуация имеет место при рассмотрении линий третьей категории, у которых активное сопротивление меньше реактивного (r_л < х_л). Соответствующая этому случаю векторная диаграмма приведена на рис. 3.3. Из рисунка следует, что угол между векторами U_1ф и U_2ф значителен, при этом он тем больше, чем больше различие между r_л и х_л. Отсюда следует вывод, что расчет напряжений в узлах электрических сетей с U_ном >220кB в общем случае недопустимо выполнять без учета поперечной составляющей вектора падения напряжения.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя параметры исследуемой модели ЛЭП (r_л, r'_л, L_л, С_л, U₂) и значения сопротивлений, соответствующих номинальной нагрузке R_H; r'_H; L_H.

2. Рассчитать емкостную проводимость начала (или конца) линии.

, См,

где ω = 2πf - циклическая частота сети.

3.Рассчитать ток поперечной ветви схемы замещения в узле 2 (рис. 3.1).

I_c2 = U_2· b_л.

4. Рассчитать сопротивление нагрузки:

.

5. Рассчитать ток нагрузки I₂ = .

6. Рассчитать ток продольной ветви:

.

7.Определить активную и реактивную составляющие тока продольной ветви

I_12A и I_12r.

8.Рассчитать катеты треугольника, определяемые про­теканием в продольной ветви схемы замещения активной мощности Р₁₂:

;

.

9. Рассчитать катеты треугольника, определяющего протекание в продольной ветви схемы замещения реактивной мощности Q₁₂:

;

.

 

10. Определить падение напряжения в продольной ветви схемы замещения:

= + + +

11. Определить напряжение в узле 1 (рис. 3.1)

.

12. Рассчитать ток поперечной ветви схемы замещения в

узле 1 I_c1 = U_1· b_л.

13. Рассчитать величину тока I₁.

.

 

14. Результаты расчета занесите в таблицу:

Измеряемая величина	U2	IC2	Δ U12	I12	IС2	U1	I1	IC1	I1
Единица измерения
Данные расчета
Данные эксперимента

 

15. Построить векторную диаграмму (рис. 3.2).

16. Собрать схему исследований (рис. 3.4).

 

 

Рис. 3.4. Схема исследования

17. Установить регулятор ЛATP в положение, соответ­ствующее минимальному выходному напряжению.

18. Предъявить схему исследований преподавателю.

19. После разрешения преподавателя на включение по­дать напряжение на схему исследований, нажав кнопку «ПУСК» или включив выключатель В1.

20. Установить при помощи ЛАТРа, напряжение в узле 2 согласно заданию.

21. Снять показания измерительных приборов и занести их в таблицу.