Лабораторная работа к

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ НАГРУЗКИ.

Цель работы: Исследование режимов работы линии при изменении Cosφ.

Работающие установки потребляют активную и реактивную мощность и энергию. Лампы накаливания и электронагревательные приборы потребляют практически только активную мощность. Двигатели, трансформаторы, дроссели, линии электропередачи и др. являются потребителями как активной, так и реактивной мощности.

Потребность электроустановок в активной и реактивно мощности полностью удовлетворяется за счет энергии, вырабатываемой генераторами электростанций. Активную энергию электроприемники преобразуют в другие виды энергии: тепловую, световую, механическую. Реактивная энергия пульсирует между генераторами и потребителями, непроизводительно загружая электрическую сеть током.

Коэффициент мощности определяется по формуле

Cosφ=P/S

Чем выше Cosφ, потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии. Он показывает, как используется номинальная мощность источника. Так , для питания потребителя мощностью 1000 кВт при Cosφ=0,5 мощность генератора должна быть

S=P/Cosφ= 1000/0,5=2000 кВА,

а при Cosφ=1, S=1000кВт.

В процессе эксплуатации электроустановок коэффициент мощности изменяется с изменением значения характера нагрузки.

Низкий Cosφ потребителя приводит:

- к необходимости увеличения полной мощности электрических станций и трансформаторов;

- к понижению коэффициента полезного действии генераторов и трансформаторов;

- к увеличению потерь мощности (напряжения) в проводах и увеличению сечения проводов.

Причины низких значений коэффициента мощности:

- недогрузка электродвигателей переменного тока;

- неправильный выбор типа электродвигателя;

- повышение напряжения сети;

- неправильный ремонт электродвигателя.

Способы повышения коэффициента мощности:

- правильный выбор типа, мощности и частоты вращения вновь устанавливаемых электродвигателей;

- увеличение загрузки электродвигателей;

- недопущение работы двигателей вхолостую продолжительное время;

-правильный и высококачественный ремонт электродвигателей;

- применение устройств, компенсирующих реактивную мощность, например, конденсаторов.

,

Вданной лабораторной работе сопротивление ЛЭП условно отнесено к одному проводу и представлено на стенде последовательно включенными индуктивностью L1 и резистором R3. Нагрузка линии при этом имеет активно-индуктивный характер с эквивалентными параметрами

Рис.1

L2, R4, а конденсатор C1 предназначен для повышения коэффициента мощности. Таким образом, в первом приближении ЛЭП совместно с нагрузкой можно рассматривать в качестве цепи (рис. 1) с последовательным соединением элементов L1, R3, L2, R4.

В линиях электропередачи переменного тока (ЛЭП) следует различать падение напряжения и потерю напряжения.

Падение напряжения U есть векторная разность напряжения U1 на входе линии и напряжения U2 на её выходе и не даёт однозначной зависимости между действующими значениями напряжений.

U = U1 - U2 = I*Z,

где Z - полное сопротивление линии.

Если построить для такой цепи векторную диаграмму (или треугольник сопротивлений), то потерю напряжения можно выразить в виде линейной зависимости от тока I нагрузки:

U = I*(R3*Cos₂ + Х_L1*Sin₂),

где Х_L1 - индуктивное сопротивление линии;

₂ = arctg(Х_L2/R4) - угол сдвига фаз между напряжением и током нагрузки.

С точки зрения энергоснабжения потребителей более важна разность действующих значений входного и выходного напряжений, которая называется потерей напряжения в линии и определённым образом зависит от падения напряжения.

U = U1 - U2

Другой расчётной характеристикой ЛЭП является коэффициент полезного действия.

 = P2/P1 = P2/(P2 + P),

где: P2 - активная мощность нагрузки;

P - потери мощности в ЛЭП.

Если учесть, что Р2 = U2*I*Cos₂, а P = I²*R3,

зная _2, находим:

 = 1/(1+(P2*R3/(U₂²*Cos₂))

Из последней формулы видно, что при неизменных параметрах линии (R3 = const), а также мощности P2 и напряжении U2 КПД линии будет тем выше, чем больше коэффициент мощности Cos₂ нагрузки.

Большинство потребителей имеет низкое значение коэффициента мощности, поэтому для искусственного повышения его до значений 0,85 - 0,9 в ряде случаев используют параллельное подключение батареи конденсаторов. Величину ёмкости, необходимую для повышения Cos₂ от номинального значения Cos_2Н до требуемого Сos_2ТР можно определить, воспользовавшись векторной диаграммой (рис.2) по формуле:

С1 = P2*(tg_2Н - tg_2ТР)/(U₂^2*w), мкФ

где w = 2** = 314 с^-1 - угловая частота сети.

Повышение Cos₂ за счёт подключения конденсаторов обусловлено тем, что часть реактивного тока I_р1 нагрузки компенсируется ёмкостным током Ic и результирующий реактивный ток I₁ уменьшается до значения I.

Рис.2. Принцип повышения Cos: а)-схема замещения; б- существующее значение Cos; в) – требуемое значение Cos.

При Ic = I_2p индуктивная составляющая тока полностью компенсируется ёмкостным током Ic и в цепи, образованной потребителем и батареей конденсаторов, наступает резонанс токов.

Важной особенностью резонанса токов является то, что ток потребителя с батареей конденсаторов становится в этом случае минимальным и чисто активным, а КПД линии достигает максимального значения. В ЛЭП считается целесообразной некоторая недокомпенсация реактивного тока нагрузки (Cos_2ТР = 0,85 – 0,9).

Таблица 1

Паспортные данные к работе

N	R3, Ом	R4, Ом
1 2 3	32 49 30	50 67 70

Программа работы.

1. Изучить схему замещения ЛЭП на стенде и подключить нагрузку. Снять показания приборов в режиме работы линии без компенсации. Данные занести в таблицу 2.

2. Подключить батарею конденсаторов

Таблица 2

Зависимость тока и напряжения от параметров сети

С, мкф	U,В	U, В	I, А	, о	Cos
0
2
4
12

3. Изменяя емкость батареи конденсаторов С1 от 0 до 16 мкФ, снять показания приборов в режиме компенсации реактивной мощности. Данные занести в таблицу 2.

4. Построить график Cos=f(С).

5. Оформить отчет. Сделать выводы по работе.

2