MV1962-Лабы

31

ПРИМІТКА. При дослідженні режиму 6 варметр необхідно перемкнути в положення „-” і звернути увагу на напрямок обертання диску лічильника витоку реактивної енергії.

4.3.5 Для всіх режимів визначити поточне значення коефіцієнта потужності

cosφ= Pi ,в . о . , S i

значення за (4.3) співвіднести з експериментальними, що визначені за допомогою фазометра.

4.3.6 Для режиму 3 визначити потужність активного і реактивного навантажень ТП за допомогою індуктивних лічильників

KI - коефіцієнт трансформації трансформаторів струму, в.о.;

KU - коефіцієнт трансформації трансформаторів напруги, в.о.;

CP - постійна активного лічильника, об/kWh;

CQ - постійна реактивного лічильника, об/kvarh.

Значення C P і CQ вказуються на лічильнику (під тиском). Для моделі необхідно прийняти: для активного лічильника K I K U = 3 од.; для реактивного - K I K U = 3 од.

Порівняти ці розрахунки з іншими розрахунками і експериментальними даними.

4.3.7 За допомогою масштабного коефіцієнта фізичної моделі, який залежить від останньої цифри залікової книжки студента і приводиться у таблиці 4.2, визначити номінальну потужність трансформатора цехової ТП. Вона приймається як найближча стандартна до розрахункової величини

Принципову схему живлення трансформатора цехової ТП від ГПП наведено на рисунку

4.2.

Параметри реальних силових трансформаторів цехової ТП приводяться у додатку (таблиця Д1).

4.3.8 Визначити коефіцієнт навантаження трансформатора ТП

32

Рисунок 4.2 – Принципова схема живлення цехової ТП

Якщо величина цього коефіцієнта перевищує величину бажаємого, який приймається

конденсаторів необхідно визначити за допомогою виразу (4.9) і округлити до найближчого стандартного значення із таблиці Д2 у додатку.

4.3.9 Для режиму реального трансформатора ТП, коли в моделі ввімкнено активне навантаження , реактивне (двигун ∆) і конденсатори (у розрахунках прийняти стандартну конденсаторну установку за п. 4.3.8) побудувати векторну діаграму у вигляді рисунка 4.3.

Рисунок 4.3 – Векторна діаграма навантаження ТП

4.3.10 Визначити, як змінюються втрати активної потужності у реальному трансформаторі цехової ТП при застосуванні стандартної конденсаторної установки за виразом (4.10).

4.3.11 Визначити, як змінюються втрати напруги у реальному трансформаторі при застосуванні конкретної стандартної конденсаторної установки за виразом (4.11).

4.4. Загальні теоретичні положення

Як відомо, навантаження кожного промислового підприємства на 60-70 % складають асинхронні двигуни, які для нормальної роботи потребують значної кількості реактивної енергії.

Відомо також, що реактивна енергія ніякої корисної роботи не виконує, а лише двічі за період змінного струму виконує коливальний процес обміну між генераторами електростанцій і приймачами, які при роботі створюють електромагнітне поле. Тобто вона є

33

баластом для системи електропостачання, який викликає збільшення втрат активної енергії (в активних опорах системи),зменшення пропускної спроможності мереж енергосистеми і споживача (відносно активної енергії) та зменшення рівнів напруги в характерних точках електричної мережі.

Для спрощення процесів електроенергетичної системи допускається розглядати окремо дві складові електромагнітного поля як два окремих поля – магнітне та електричне. Вважається, що в цих полях за змінним струмом періодично запасається і знову повертається до енергосистеми реактивна енергія.

Незважаючи на різну природу цих полів потужність, яка необхідна для їх утворення, може бути визначена за допомогою виразу

де U - напруга на затискачах приймача, кВ;

I - струм навантаження приймача, А;

φ - кут зсуву між вектором напруги на затискачах електроприймача і його струму. Відомо, що природа магнітного поля – індуктивність, а природа електричного – ємність.

Тому характер реактивного навантаження електроприймача визначається тим, що у нього переважає, - індуктивність чи ємність. В той час, коли індуктивність її віддає, - ємність запасає. Тому електроприймачі з індуктивним характером навантаження умовно називають споживачами реактивної енергії, а електроприймачі з ємним характером – джерелами реактивної енергії (при цьому мається на увазі, що фактично ні ті ні інші реактивної енергії не споживають і не генерують).

Синхронні двигуни та синхронні компенсатори також використовують для своєї роботи магнітне поле. Але у нормальному режимі їхня ЕРС перебільшує напругу електричної мережі, від якої вони живляться, і тому споживають із неї попереджуючий струм, тобто розглядаються як додаткові джерела реактивної енергії.

Якщо разом ввімкнути електроприймачі з індуктивним ємнісним характером навантаження, то від цієї точки до затискачів генераторів електроенергетичної системи буде зменшено реактивне навантаження (зкомпенсовано). При цьому зростає рівень напруги у мережах енергосистеми і споживача, зменшуються втрати активної електроенергії в них, зростає їхня пропускна спроможність і навантажувальна спроможність генераторів електростанцій.

Таким чином, знизивши рівень переданої реактивної потужності, можно пропорційно збільшити виробництво і передачу корисної активної потужності.

Тому споживачам із енергосистеми доцільно одержувати обмежену реактивну потужність, компенсуючи її решту за допомогою власних додаткових джерел реактивної потужності (основні джерела – генератори електростанцій).

У якості додаткових джерел реактивної потужності у СЕП різного рівня найбільш поширені конденсаторні установки (КУ) поперечної компенсації (вмикаються паралельно відносно навантаження споживача) – конденсаторні батареї (КБ). Це найбільш економічні додаткові джерела реактивної потужності. Вони складаються з елементарних силових конденсаторів КМ (косинусные масляные) і КС (косинусные синтетические).

Елементарні конденсатори розрізнюють:

-за номінальною напругою: 230, 400, 500, 660, 1050, 3150, 6300 і 10500 В;

-за числом фаз: конденсатори з номінальною напругою 3150 ... 10500 В – тільки однофазні; конденсатори з напругою 230 ... 660 В як однофазні, так і трифазні;

-за видом просичення паперової ізоляції: мінеральним маслом (КМ); синтетичною рідиною (КС).

34

Конденсатори допускають тривалу роботу при збільшенні діючої напруги на їх затискачах до 110 % номінального значення і збільшення струму до 130 % номінального як за рахунок збільшення напруги, так і за рахунок вищих гармонік.

Втрати потужності у конденсаторах залежить від їх номінальної напруги: при напрузі до 1 кВ питомі втрати ∆PКН = 0.0045 кВт/квар; при напрузі вище 1 кВ - ∆PКВ = 0.0025 кВт/квар.

Широке розповсюдження КУ на промислових підприємствах пояснюється їх значними перевагами відносно до інших джерел реактивної потужності:

-більш високий коефіцієнт корисної дії (ККД), інакше кажучи, малі питомі втрати активної потужності (не більш 0.5 %), усталеної потужності (у синхронних компенсаторах це значення досягає 10 %, а у СД – 7%);

-відсутність частин, що обертаються;

-простота монтажу, конструкції та експлуатації;

-порівняно невисокі капіталовитрати;

-широкі можливості підбору необхідної потужності;

-можливість установки в будь – якій точці СЕП;

-відсутність шуму під час роботи;

-відсутність необхідності безперервного нагляду та обслуговування.

КУ з номінальною напругою конденсаторів до 1кВ зменшують втрати активної потужності та збільшують пропускну спроможність не тільки електричної мережі вище 1 кВ, але й у трансформаторах цехових ТП і в електричних мережах до 1 кВ, якщо їх установити в цехових мережах 0.38 кВ.

Реактивна потужність, яку доцільно передавати через трансформатор ТП щоб досягти бажаного значення βТБ = 0.75 в.о.,

Для цього на шинах 0.38 кВ цехової ТП необхідно ввімкнути компенсуючий пристрій (конденсаторну батарею) потужністю

Значення, одержане за допомогою (4.9), округлюється до найближчого стандартного з тих, які приведено до таблиці Д2 у додатку.

У залежності від місця установки додаткових джерел реактивної потужності розрізнюють централізовану, групову та індивідуальну компенсації.

Очевидно ,що найбільшого компенсуючого ефекту можна досягти при індивідуальній компенсації, коли статичні конденсатори під’єднують безпосередньо до затискачів ЕП. Проте такий спосіб компенсації не завжди допустимий з погляду вимог пожежної безпеки в умовах пожежонебеспечних та вибухонебезпечних цехів (якщо конденсатори мають олійне насичення). Окрім того, при частих вимиканнях ТП (наприклад, з метою регулювання ) така компенсація призводить до недостатнього використання конденсаторів. Мабуть її можна рекомендувати у випадку потужних , добре завантажених асинхронних двигунів, які працюють у довготривалому режимі .Однак при цьому потрібні певні обмеження потужності конденсаторів , щоб не допустити самозбудження двигуна унаслідок можливого резонансу струмів .

При груповій компенсації додаткові джерела реактивної потужності приєднують до групового розподільчого пристрою споживача за допомогою спеціального комутаційного та захисного апарата. У цьому випадку від реактивного навантаження вивільняються всі

35

електричні мережі енергосистеми та споживача, окрім його розподільчих мереж. Вони розвантажуються тільки при індивідуальній компенсації.

При централізованій компенсації додаткові джерела реактивної потужності встановлюють у центрі живлення споживача (ГПП, ЦРП, РП, ТП). У цьому випадку добре використовуються компенсуючі пристрої споживача, але значно зменшуються межі електричної мережі, де забезпечується компенсація. Централізована компенсація при напрузі 0.38 кВ забезпечує компенсацію реактивної потужності у мережах енергосистеми та мережах споживача, що з’єднують його з енергосистемою (лінії з напругою 6 – 35 кВ, знижувальні трансформатори 35/6 – 10 кВ та трансформатори 6 – 10/ 0.38 кВ). Централізована компенсація при напрузі 6 – 10 кВ забезпечує компенсацію реактивної потужності тільки у мережах енергосистеми та у мережах 6 – 35 кВ (лінії електропередачі 6

– 35 кВ та трансформаторах 35/6 – 10 кВ) споживача.

На рисунку 4.4 приведено схему приєднання до РУ – 0.4 кВ цехової ТП трисекційної конденсаторної установки при централізованій компенсації з автоматичним регулюванням потужності.

Рисунок 4.4 – Централізована компенсація реактивної потужності

При цьому конденсаторна батарея з трьома секціями СВ1, СВ2 та СВ3 розміщується у приміщенні РУ – 0.4 кВ цехової ТП (КТП) і приєднується до спеціальної комірки РУ за допомогою кабельної лінії W, яка захищається за допомогою автомата QF.

На уводі до КУ розміщується рубильник S (за вимогою техніки безпеки), трансформатори струму ТА, вимірювальні прилади (амперметри РА і вольтметр з перемикачем PV) та регулятор потужності DD. Кожна із трьох секцій, окрім конденсаторів, складається з індивідуального захисту (запобіжник F), контактора К та логічного блоку DS, який втілює у життя код регулятора.

При централізованій установці конденсаторів на шинах 0.4 кВ цехової ТП досягають зменшення втрат активної потужності в її трансформаторі

де ΔPКЗ - навантажувальні активні втрати потужності в реальному трансформаторі цехової

ТП з таблиці Д1 (у додатку), кВт.

При цьому зменшення падіння напруги у цьому трансформаторі складає величину

36

де QКН - стандартне значення потужності конденсаторної установки із таблиці Д2 (у додатку), квар;

X T – реактивний опір реального трансформатора цехової ТП за даними таблиці Д1 (у додатку)

додатку, МВА.

Знак мінус у виразі (4.11) означає, що падіння напруги у трансформаторі цехової ТП буде зменшено на величину ΔU (тобто вторинна напруга трансформатора цехової ТП збільшиться).

4.5.Зміст звіту про роботу

4.5.1Зобразити принципову радіальну схему приєднання цехової ТП до РП споживача.

4.5.2Привести таблицю 4.1 з експериментальними і розрахунковими даними моделі.

4.5.3Привести розрахунки компенсації реактивної потужності для реального трансформатора цехової ТП.

4.5.4Побудувати у масштабі векторну діаграму потужностей для реального трансформатора за даними розрахунку п. 4.5.3

4.5.5Привести дані, які одержані за допомогою лічильників для режиму 4 моделі і порівняти їх з результатами розрахунку.

4.5.6Привести розрахунки, які підтверджують тезу про збільшення пропускної спроможності трансформатора цехової ТП, зменшення втрат активної потужності і падіння напруги у ньому при наявності компенсації.

4.5.7Зробити обґрунтоване даними експерименту і розрахунку заключення про вплив компенсуючих пристроїв на режим роботи трансформатора цехової ТП.

вище.

8 Як визначити потужність конденсаторної установки з конденсаторами до 1 кВ?

9 Чому зменшуються втрати активної електроенергії в мережі при застосуванні компенсуючих пристроїв?

37

10 Чому збільшується напруга в точці електричної мережі при вмикані в ній компенсуючого пристрою?

11 Чому збільшується пропускна спроможність електричної мережі при застосуванні в ній компенсуючих пристроїв?

12 Приведіть векторну діаграму навантаження вузла електричної мережі з компенсуючими пристроями.

13 Які схеми підключення КУ вам відомі?

14 З якою метою застосовують автоматичне регулювання компенсуючих пристроїв?

38

Лабораторна робота №5 ОЗНАЙОМЛЕННЯ З РЕЛЕ І ДОСЛІДЖЕННЯ СХЕМ СТРУМОВОГО ЗАХИСТУ

Мета роботи – ознайомитися з конструкцією, призначенням і областю застосування реле, які використовуються для струмового захисту, та з принципом дії деяких схем струмового захисту.

5.1.Програма роботи

5.1.1Вивчити принципи побудови, дію, область застосування і призначення реле; можливі схеми вмикання реле для захисту конкретної електроустановки, зв’язок між реле і

їїпервинним колом; основні вимоги, що пред’являються до реле захисту; параметри реле; струм спрацьовування і повернення; коефіцієнт повернення.

5.1.2Визначити переваги і хиби реле, які широко застосовуються для схем струмового захисту в електричних мережах.

5.1.3Вивчити і засвоїти принципи дії та особливості схем максимального струмового захисту і струмової відсічки [1, с. 294-296, 299-300, 301-309; 2, с. 286, 289-290, 293-303; 4, с. 53-55, 57-58, 60-65, 120-124,132-136,139-141].

5.2.Лабораторне обладнання

Основна частина цієї лабораторної роботи виконується на макеті електри-чної мережі, яка являє собою макет у вигляді двоступеневої радіальної схеми електропостачання споживача від системної трансформаторної підстанції при напрузі 6 – 10 кВ. Мнемонічна схема цього макета приведена на рисунку 5.1

Рисунок 5.1 – Мнемонічна схема лабораторного макету

В ній замість вимикачів Q1, Q3 використані магнітні пускачі типу ПМЕ. Лінії W1 і W2 імітованого опорами з зосередженими параметрами.

39

На лінії W1 (від збірних шин 6 – 10 кВ системної підстанції до шин ЦРП споживача) змонтовані: струмова відсічка без витримки часу ТО1 з реле КА1 типу РТ – 40 і з сигнальним реле КН1 типу РУ – 21; струмова відсічка з витримкою часу ТОВ1 з реле КА – 2 типу РТ – 40, з реле часу КТ1 типу ЭВ – 235 та з сигнальним реле КН2 типу РУ21; максимальний струмовий захист МТ31, з реле КА3 типу РТ – 40, з проміжним реле KL типу РП - 23, з реле часу КТ2 типу ЭВ – 238 та з сигнальним реле типу РУ – 21.

При спрацьовуванні реле ТО1 випадає блінкер сигнального реле КН1; при спрацьовуванні ТОВ1 – блінкер сигнального реле КН2; при спрацьовуванні МТ31 – блінкер сигнального реле КН3.

На лінії W2 (від шин 6 – 10 кВ ЦРП споживача до шин РП) змонтовані: струмова відсічка ТО2 і максимальний струмовий захист МТ32, виконані за допомогою реле КА4 типу РТ – 80/4.

При подачі напруги на лабораторний стенд від розподільчого щитка за допомогою кабеля зі штепсельною вилкою загоряється сигнальна лампа „ВКЛЮЧЕНО”.

Вмикання лінії W1 відбувається за допомогою кнопки „ПУСК 1”, лінії W2 – кнопки „ПУСК 2”. При цьому загоряються відповідні сигнальні лампи „ВКЛЮЧЕНО”.

Штучні короткі замикання (КЗ) в точках К1 ... К7 створюються за допомогою двополюсних перемикачів, при цьому загоряються сигнальні лампи відповідно до точки КЗ. Струм КЗ фіксується за допомогою амперметра РІ.

5.3.Методика виконання роботи

5.3.1Ознайомитись з конструкцією, призначенням, областю застосування, перевагами і хибами реле, які застосовуються для максимального струмового захисту (типів РТ – 40, РТ

–80, ЭВ – 110, ЭВ – 220, РП – 23, РУ - 21).

5.3.2 Розглянути принцип дії і схеми максимального струмового захисту при застосуванні реле максимального струму із залежною і незалежною витримкою часу.

5.3.3Ознайомитись з принципом дії і схеми струмової відсічки.

5.3.4Вивчити роботу максимального струмового захисту і струмових відсічок на лабораторному стенді при ушкодженнях у різноманітних точках електричної мережі. Для цього необхідно:

- підімкнути лабораторний стенд до розподільного щитка (220 В); - увімкнути автомат на розподільному щитку лабораторії, при ціому загоряється

сигнальна лампа на стенді „ВКЛЮЧЕНО” і лампи „ОТКЛЮЧЕНО” ліній W1 і W2 відповідно;

- УВАГА ! Перед вмиканням ліній W1, W2 усі блінкери сигнальних реле КН1, КН2, КН3 повинні бути підняті (суцільний чорний круг), перемикач К1 ... К7 знаходяться у положенні „ОТКЛЮЧЕНО”;

-натиском кнопки „ПУСК 1” ввімкнути лінію W1, кнопки „ПУСК 2”лінію W2;

-створюючи за допомогою перемикачів К1 ... К7 штучні КЗ на лініях W1 i W2, фіксувати за допомогою амперметра РІ струм КЗ і вивчити роботу захисту. При цьому необхідно простежити, у якій послідовності будуть працювати всі захисти.

УВАГА! Після спрацьовування захистів для подальших досліджень перемикачі К1 ...К7 необхідно встановити у положення „ОТКЛЮЧЕНО”, звести блінкер сигнальних реле і натисканням кнопки „ПУСК 1” або „ПУСК 2” увімкнути лінії.

5.3.5За допомогою масштабного коефіцієнта фізичної моделі, який залежить від останньої цифри залікової книжки студента і приводиться у таблиці 5.1, визначити для кожної точки максимальний струм КЗ (трифазний) у максимальному режимі енергосистеми. Він округлюється до ближчого цілого числа, яке визначається за співвідношенням

40

5.3.6 Вважаючи, що струм реального трифазного КЗ перевищує струм режиму нормального навантаження головного участка у 10 разів, визначити нормальне навантаження мережі за умовою

Співвідношення між окремими навантаженнями і коефіцієнт їх самозапуску приведено

утаблиці 5.2.

5.3.7Визначити струм спрацьовування максимального струмового захисту АК1, АК2 та АК3 за виразом (5.6).

5.3.8Визначити струм двофазного КЗ для кожної точки мережі у мінімальному режимі роботи енергосистеми, вважаючи, що потужність її генеруючих потужностей у цьому режимі зменшується на 15 %.

5.3.9 Визначити коефіцієнт чутливості максимального струмового захисту АК1, АК2 та АК3 за виразом (5.7) при КЗ в кінці захищаємого і суміжного участку.

5.3.10 Визначити струм спрацьовування струмової відсічки для точок 1 і 2 (реле РТ - 40) та для точки 3 (реле РТ - 80) за (5.8).