Электроснабжение. учебно-методическое пособие. Сергеев В.А., Мамонтов Д.А

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

В.А. Сергеев Д.А. Мамонтов

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ

Утверждено учебно–методическим советом университета в качестве учебно–методического пособия

Воронеж 2017

УДК 621.31:631(075.8)

Сергеев В.А. Электроснабжение: учеб.-метод. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (3,2 Мб) / В.А. Сергеев, Д.А. Мамонтов. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с

разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; CD-ROM дисковод;

мышь. – Загл. с экрана.

Учебно-методическое пособие содержит материалы для выполнения четырех лабораторных работ: необходимые краткие теоретические сведения, описание лабораторного оборудования и приборов, а также методику выполнения и обработки результатов измерений и контрольные вопросы для домашней подготовки.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлениям 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» и 35.03.06 «Агроинженерия», дисциплине «Электроснабжение».

Табл.16. Ил. 57

Рецензенты: кафедра электроэнергетики Международного института компьютерных технологий (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.Н. Анненков); д-р техн. наук, проф. В.Д. Волков

©Сергеев В.А., Мамонтов Д.А., 2017

©Оформление. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ К ОРГАНИЗАЦИИ

И ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Данные меры техники безопасности (далее - ТБ) ОБЯЗАТЕЛЬНЫ при выполнении лабораторных работ на любом из лабораторных стендов. Они подлежат внимательному изучению при вводном инструктаже каждого студента по ТБ при работе на стенде.

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие предварительный инструктаж от преподавателя, ведущего лабораторные занятия.

Каждый студент после инструктажа должен знать:

А) Расположение органов аварийного отключения оборудования стенда и порядок действий при возникновении аварии;

Б) Порядок оказания первой помощи при попадании под электрическое напряжение;

В) Местонахождение медицинской аптечки в лаборатории;

Г) Местонахождение огнетушителя в лаборатории и приемы работы с огнетушителем.

1. Приступая к выполнению лабораторной работы на любом лабораторном стенде необходимо:

а) убедиться, что все органы управления установлены в положение "Выкл (О)";

б) убедиться, что необходимые приборы и оборудование, предназначенные к совместной со стендом работе, имеющие собственные сетевые шнуры, не имеет видимых повреждений изоляции;

4

в) на рабочем месте нет посторонних предметов, в том числе верхней одежды, мешающих записи результатов измерений;

г) на рабочих местах не должно быть предметов , загрязняющих и пачкающих рабочие места, оборудование и приборы.

2.Выносные измерительные шунты "измерение тока" и "измерение напряжения" должны быть промаркированы.

Категорически запрещается включать выносные измерительные шунты в сеть 220 В, 50 Гц!!

3.Оперативные переключения в рабочей схеме стенда необходимо выполнять только одним (!) студентом, действующим одной (!) рукой.

4.Оперативные переключения в схеме и регистрация значений токов или напряжений измерительными приборами должны производиться разными студентами.

5.Запрещается включать в рабочие гнезда стендов измерительные приборы или оборудование, не соответствующие максимальным значениям измеряемых величин или роду тока.

При использовании в лабораторных работах виртуального осциллографа PCS1000A дополнительные меры безопасности следующие:

1.Виртуальный осциллограф PCS1000A подключается к стенду через измерительный шунт тока или напряжения (см. рисунок ).

2.Подключение виртуального осциллографа PCS1000A

ккомпьютеру (ноутбуку) должно производиться стандартным USBкабелем. После подключения кабеля к компьютеру сетевой шнур ноутбука необходимо отключить! Работа компьютерного осциллографа с ноутбуком при питании последнего от сети 220 В КАТЕГОРИЧЕСКИ

ЗАПРЕЩАЕТСЯ!!

5

3.Не допускается одновременное измерение тока и напряжения на обоих каналах СН1 и СН2 виртуального осциллографа PCS1000A.

4.При необходимости перезагрузки или отключения ноутбука в процессе выполнения работы следует помнить, что напряжение на его розетке питания сохраняется даже при отключении входного выключателя QF1 и QF2.

8.При одновременной работе с двумя входами виртуального осциллографа СН1 и СН2 при измерении двух мгновенных значений напряжений и токов следует убедиться, что обе измеряемые цепи гальванически не связаны, т.е. включенный между ними вольтметр покажет напряжение, равное нулю.

9.Студенты, нарушающие дисциплину, настоящие правила и инструкцию по технике безопасности при работе в лаборатории, отстраняются от лабораторных работ.

6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 РЕЖИМЫ РАБОТЫ НЕЙТРАЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей лабораторной работы является изучение влияния способа заземления нейтрали электроустановок напряжением до 1 кВ и свыше 1 кВ на надежность работы системы электроснабжения.

2. КРАТКИЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕПОЯСНЕНИЯ

2.1.Общие сведения о существующих способах заземления нейтрали электроустановок

В настоящей лабораторной работе рассматриваются встречающиеся на практике способы соединения нейтральной точки (далее - нейтрали) источников электрической энергии (генераторов, трансформаторов и др. устройств) в 3-х фазных электрических сетях переменного тока с землей.

К числу таких систем относятся:

1)система с изолированной нейтралью, т.е. нейтраль нормально не соединенная с землей (рис. 1а);

2)резонансно-заземленная (компенсированная) система, т.е. система, заземленная через дугогасящую катушку без сердечника (рис. 1б);

3)система с заземленной нейтралью (соединение с землей через активное сопротивление или глухое заземление нейтрали на землю) (рис. 1в, 1г). Короткое замыкание нейтрали на землю принято называть глухим или металлическим замыканием (соединением с землей).

7

В соответствии с рекомендациями МЭК (Международной электротехнической комиссии) различают:

1)системы с эффективно заземленной нейтралью, когда коэффициент заземления не превышает 80 %;

2)системы с неэффективно заземленной нейтралью, когда коэффициент заземления больше 80 %.

Здесь и далее под коэффициентом заземления понимается отношение наивысшего напряжения, возникающего при однофазном коротком замыкании на землю на неповрежденной (далее – “здоровой”) фазе к междуфазному (линейному) напряжению, выраженное в процентах. Коэффициент заземления определяет выбор того или иного уровня изоляции электроустановок.

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы или аппараты, имеющие большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, дугогасящие реакторы, трансформаторы напряжения и другие аппараты).

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, например, через трансформаторы тока.

Выбор того или иного режима нейтрали электроустановок является результатом учета многих технико-экономических факторов конкретной системы электроснабжения.

При выборе способа заземления нейтрали должны учитываться следующие общие требования к эксплуатации электросетей высоких напряжений:

1)надежность работы электрических сетей;

2)бесперебойность электроснабжения приемников электроэнергии;

8

3)экономичность системы;

4)возможность устранения опасных перенапряжений;

5)ограничение электромагнитного влияния на линии

связи;

6)безопасность системы;

7)возможность дальнейшего развития системы без значительной реконструкции.

Рис. 1.1. Способы заземления нейтрали:

а) изолированная нейтраль; б) нейтраль, заземленная через дугогасящую катушку P (резонансное заземление); в) глухо заземлённая нейтраль; г) нейтраль, заземленная через активное сопротивление (эффективно-заземлённая нейтраль)

Чтобы определить, в какой степени тот или иной способ заземления нейтрали удовлетворяет указанным выше требованиям рассмотрим нормальный и аварийные режимы работы трехфазной системы при различных способах заземления нейтрали питающего трансформатора.

Наиболее частым видом повреждений в современных системах электроснабжения является однофазное короткое замыкание на землю (около 2/3 всех повреждений) –

9

случайное электрическое соединение с землей находящихся под напряжением частей электроустановки с заземленными конструктивными частями или непосредственно с землей. Ток, проходящий через землю в месте замыкания, называется током однофазного замыкания на землю. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) /3/ электроустановки напряжением свыше 1000 В подразделяются на: электроустановки с большими токами замыкания на землю, в которых ток однофазного короткого замыкания на землю превышает 500 А, и установки с малым током замыкания на землю, в которых ток однофазного короткого замыкания на землю менее 500 А.

Однофазное замыкание на землю нарушает симметрию электрической системы, при этом в зависимости от способа заземления нейтрали, системы по-разному реагируют на однофазное замыкание на землю.

Расчетная схема замещения 3-х фазной 4-х проводной (в общем случае) симметричной системы электроснабжения для рабочих и аварийных режимов строится единым образом на основе следующих допущений:

1)система питающих напряжений источника 3-х фазного переменного напряжения рабочей частоты 50 Гц предполагается симметричной, т.е. содержащей лишь первые гармоники (прямая последовательность напряжений);

2)источник напряжения предполагается бесконечно большим по мощности и обладающим малым внутренним сопротивлением, что позволяет не учитывать падения напряжения от токов, протекающих по обмоткам питающего генератора (трансформатора);

3)распределенные активные и реактивные параметры линии (емкость и сопротивление изоляции по отношению к земле) условно могут быть представлены в виде

сосредоточенных эквивалентных емкостей и активных сопротивлений фаз;

10