Лабораторная работа № 4
Переходный процесс при двойном замыкании на землю в электрической сети с изолированной нейтралью, питающейся от источника практически бесконечной мощности.
Продолжительность работы: 4 часа.
Цель работы: Изучение переходного процесса при коротком замыкании в сетях с изолированной нейтралью, питающихся от источника практически бесконечной мощности.
Программа изучения переходного процесса:
1. Ознакомиться с теоретической частью.
2. Ознакомиться с конструкцией стенда.
3. Ознакомится с порядком выполнения работы.
4. Собрать схему лабораторной работы согласно указаниям.
5. Провести необходимые испытания.
6. Составить отчет по проделанной работе.
Краткие теоретические сведения:
Сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме.
В сетях с изолированной нейтралью провода трехфазной системы связаны с землей через емкости и активные сопротивления изоляции, распределенные по длине линий. На рис. 6.1 приведена схема замещения незаземленной сети без нагрузки. Схема замещения включает источник питания, эквивалентную линию, емкости фаз (CA,CB,CC) и активные проводимости GA,GB,GC, которые приняты сосредоточенными. Внутреннее сопротивление источника питания и продольные сопротивления линий сети намного меньше, чем сопротивления фаз относительно земли, поэтому при устойчивых замыканиях ими также можно пренебречь. [4, раздел 3.1]
Рис. 3.1. Схема замещения сети с изолированной нейтралью.
При принятых допущениях можно записать:
, 
, 
Где 
- напряжение на нейтрали относительно земли,
, 
, 
- э.д.с. источника питания;
, 
, 
;
ω - круговая частота промышленного тока.
Режим устойчивого замыкания на землю
|
|
В незаземленных сетях замыкания на землю могут быть устойчивыми или дуговыми. Устойчивые замыкания в свою очередь разделяют на металлические замыкания и замыкания через переходное сопротивление, которое обозначим Rп. Этим сопротивлением может быть сопротивление тлеющей изоляции, сопротивление растеканию тока в земле.
Рассмотрим режим устойчивого замыкания фазы А. Для этого режима справедливо соотношение:
(6.1)
Где 
- проводимость в месте замыкания.
Выразим из (6.1) 
:
(6.2)
При определении напряжения на нейтрали в режиме однофазного замыкания можно пренебречь возможной несимметрией фаз сети, то есть считать 
.
При этом:
(6.3)
Делаем вывод, что напряжение на нейтрали увеличивается по мере уменьшения сопротивления в месте повреждения. При Rп= 0 напряжение на нейтрали имеет максимальное значение, равное фазной э.д.с. [4, раздел 3.2.]. Напряжение фаз относительно земли при однофазном замыкании могут быть определены следующим образом:
В неповрежденной фазе А:
(6.4)
Для неповрежденных фаз В и С:
(6.5)
По мере увеличения сопротивления в месте замыкания напряжение нейтрали уменьшается.
На рис. 6.2 показано как изменяются напряжения на нейтрали и фазах сети при изменении сопротивления в месте замыкания, выраженного в долях от эквивалентного емкостного сопротивления сети относительно земли. Все напряжения также представлены в относительных единицах при базисном напряжении, равном EФ.
Кривые на рис. 6.2 построены на основе формул (6.3) – (6.5). При этом принято, что активное сопротивление изоляции фаз бесконечно велико, то есть GФ= 0. Из рис. 6.2. следует, что при некотором значении RПнапряжение на одной из неповрежденных фаз может несколько превысить линейное напряжение.
|
|
Далее определим ток в месте замыкания. Согласно схеме на рис. 6.1.
Подставим в это выражение значение :
Рис. 6.2. График зависимости напряжения на нейтрали и в фазах сети от RП.
Рис. График зависимости тока замыкания от сопротивления RП.
Данные для выполнения работы:
| Электрическая схема соединений |
       
|
Перечень аппаратуры
| Обозначение | Наименование | Тип | Параметры |
| A1 | Трехфазная трансформаторная группа | 347.1 | 3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В |
| А2, А3 | Модель линии электропередачи | 313.2 | 400 В~; 3х0,5 А 0…1,5 Гн/ 0…50 Ом 0…2´0,45 мкФ 0…250 Ом |
| А4 | Трехфазная трансформаторная группа | 347.2 | 3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник) |
| А5 | Активная нагрузка | 306.1 | 220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт |
| А6 | Индуктивная нагрузка | 324.2 | 220/380 В; 50Гц; 3х40 Вар |
| А7 | Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения | 401.1 | 3 трансформатора напряжения 600 / 3 В; 3 трансформатора тока 0,3 А / 3 В |
| А8 | Коннектор | 8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/ выходов | |
| А9 | Персональный компьютер | IBM совместимый, Windows XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E | |
| G1 | Трехфазный источник питания | 201.2 | 400 В ~; 16 А |
| Р1 | Блок мультиметров | 508.2 | 3 цифровых мультиметра |
Указания по проведению эксперимента
· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.
|
|
· Соедините гнезда защитного заземления " 
" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.
· Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.
· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
· Смоделируйте режим работы сети:
- соедините точки K1 и N для режима однофазного замыкания;
- соедините точки K1 и N, K2 и N для режима двойного замыкания;
- для нормального режима работы сети дополнительные соединения не требуются.
· Номинальные фазные напряжения трансформаторов А1 и А4 выберите равными 127 В.
· Выберите мощность индуктивной нагрузки А6 – 100 % от 40 Вар во всех фазах, активной А5 – 10% от 50 Вт во всех фазах.
· Установите следующие параметры моделей линий электропередачи А2 и А3: R = 0 Ом, L/R = 1,2/32 Гн/Ом, C = 0,18 мкФ.
· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А9 и запустите программу “Многоканальный осциллограф”.
· Включите автоматические выключатели и устройство защитного отключения источника G1.
· Включите ключ-выключатель источника G1.
· С помощью выпадающих списков выберите каналы, подлежащие сканированию. Отобразите панель цифровых индикаторов нажатием на виртуальную кнопку 
. Настройте панель на регистрацию действующих значений сигналов. Выберите подходящие множители (0,1 для токов и 200 – для напряжений). Для измерения токов и напряжений схемы также можно использовать блок мультиметров P1.
· Нажмите кнопки «ВКЛ» включения сканирования используемых каналов виртуального осциллографа.
· Нажмите кнопку «ВКЛ» источника G1. Включите выключатель «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А5.
· По цифровым индикаторам определите значения установившихся токов и напряжений. Измените режим работы сети. Вновь определите значения установившихся токов и напряжений. Полученные данные занесите в таблицу.
| Вид короткого замыкания | IУСТ, А | UУСТ, В | ||
| К1 (на линии) | К2 (за трансформатором) | К1 (на линии) | К2(за трансформатором) | |
| Однофазное | ||||
| Двойное |
· Для анализа влияния удаленности точки короткого замыкания от генератора можно изменять положение точки КЗ и параметры моделей элементов (точки К1 и К2).
· По окончании эксперимента отключите все блоки, задействованные в нем.
Содержание отчета:
Контрольные вопросы:
1. Расскажите, в каких случаях можно считать, что источник имеет бесконечную мощность.
- Дайте краткую характеристику однофазного короткого замыкания.
- Дайте краткую характеристику двойного короткого замыкания.
4. Дайте определение изолированной нейтрали.
5. Аналогично примеру в кратких теоретических сведениях получите значение тока замыкания на землю и напряжения нейтрали при двухфазном коротком замыкании.
Список литературы:
1. Бугров В.Г. Электромеханические переходные процессы в системах электроснабжения: Учеб. пособие. – Тверь: ТГТУ, Т.: Изд-во ТГТУ, 2005. – 115 с.
2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М: Высш. шк., 1970. – 472 с.
3. Переходные процессы в системах электроснабжения: Учебник / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.И. Несен и др.: под ред. В.Н. Винославского. – К.: Высш. шк. Головное изд-во, 1989. – 422 с.
4. Режимы заземления нейтрали в электрических системах: учебное пособие / Р.А. Вайнштейн, Н.В. Коломиец, В.В. Шестакова. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006.– 118с.