Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка по лабам по электроснабжению.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
10.08.2019
Размер:
1.04 Mб
Скачать

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Методические указания

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

«Электроснабжение»

для студентов

дневной и заочной форм обучения

направления 6.050702 – электромеханика

Утверждено

на заседании кафедры

”Электроснабжение промышленных предприятий”

Протокол № ___от___________ г.

Одобрено

методической комиссией

энергетического факультета

Протокол № ___от___________ г.

________________ О.Ю. Нестеров

Мариуполь 2011

УДК 621.31

Методические указания к лабораторным работам №№ 1, 2, 3, 4 по курсу “Электроснабжение” для студентов специальности 6.050702 – электромеханика дневной и заочной форм обучения / Составила: Бараненко Т.К. – Мариуполь, ПГТУ, 2011 г. – 33 с.

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Составила: Т.К. Бараненко, к.т.н., доцент

Ответственный Ю.Л. Саенко, зам. зав. кафедрой ЭПП,

за выпуск: докт. техн. наук, профессор

Рецензент: Л.И. Коляда, к.т.н., доцент

Утверждено на заседании кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий". Протокол № __ от ____________г.

Содержание

Введение…………………………………………………………..

4

Описание лабораторной установки……………………………..

5

Лабораторная работа № 1:

Изучение конструкции установки и исследование режимов работы моделируемой СЭПП……………………………………….

11

Лабораторная работа № 2:

Графики электрических нагрузок……………………………….

16

Лабораторная работа № 3:

Исследование экономически целесообразного режима работы трансформаторов цеховой ТП………………………………………

25

Лабораторная работа № 4:

Исследование и регулирование уровней напряжения в промышленных электросетях…………………………………………...

28

Литература………………………………………………………..

33

Введение

Лабораторный практикум по курсу “Электроснабжение” включает в себя 4 лабораторные работы общим объемом аудиторных занятий 16 часов.

В методических указаниях имеются краткие теоретические сведения, охватывающие минимум материала, необходимого для подготовки и выполнения работы. В руководстве приведены вопросы для самопроверки, что ориентирует студентов в главном направлении исследования.

Перед лабораторным занятием студент должен ознакомиться с содержанием методических указаний, а также с соответствующей литературой, ссылки на которую даются в указаниях, подготовить необходимые таблицы для записи результатов измерений и расчетов.

При выполнении лабораторных работ необходимо соблюдать правила техники безопасности в учебных лабораториях с напряжением ниже 1000 В.

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка является физической моделью системы электроснабжения промышленного предприятия (СЭПП) и предназначена для учебной работы студентов. На установке моделируется суточный цикл работы типовой СЭПП.

Мнемосхема установки, приведенная на ее лицевой панели, включает следующие элементы типовой СЭПП (рис.1):

1) главную понизительную подстанцию (ГПП) 110/10 кВ, состоящую из трансформаторов Т1, Т2 номинальной мощностью по 10000 кВА и распределительного устройства (РУ) 10 кВ. Трансформатор Т2 оснащен устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

2) цеховую трансформаторную подстанцию 10/0,4 кВ, состоящую из трансформаторов Т3 и Т4 номинальной мощностью по 1000 кВА. Трансформатор Т4 оснащен устройством переключения отпаек без возбуждения (ПБВ);

3) синхронный двигатель СДН-10-1250, имеющий ручную регулировку возбуждения;

4) батареи силовых конденсаторов на номинальное напряжение 10,5 кВ (БК1 и БК2) и на напряжение 0,4 кВ (БК3). Имеется возможность ручного включения и отключения батарей. Мощность батарей задается тумблерами, расположенными под их мнемосимволами на схеме;

5) силовой пункт СП в цеховой сети 380/220 В, к которому подключена нелинейная нагрузка S1;

6) фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, предназначенное для уменьшения уровня высших гармоник напряжения на шинах СП.

На мнемосхеме размещены следующие измерительные приборы:

V1 – щитовой киловольтметр для измерения напряжения с высокой стороны трансформатора ГПП Т2 (на линии раздела балансовой принадлежности сетей);

V2 – киловольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 10 кВ;

V3 – вольтметр для контроля напряжения на шинах РУ 380/220 В цеховой ТП;

V4 – вольтметр для контроля напряжения на шинах 220 В;

А1 – А9 – щитовые амперметры, служащие для контроля токов в моделируемой сети. Параметры моделируемых элементов приведены в табл.1.

Рис.1 – Мнемосхема установки

Таблица 1 – Параметры элементов системы электроснабжения, моделируемой на лабораторной установке

Обозначе-ние на мнемосхеме (рис.1)

Тип

Номинальное напряжение, кВ

Параметры

Т1,Т2

ТДН-10000/110

115/11

Sн = 10000 кВА, Рхх = 27 кВт, Ркз = 74 кВт, uк = 10,5 %, Iхх = 0,9 %;

Ступени РПН: +5%, +2,5%, 0, -2,5%, -5%

Т3, Т4

ТМЗ-1000/10

10/0,4

Sн = 1000 кВА, Рхх = 2,4 кВт, Ркз = 12,2 кВт, uк = 5,5 %, Iхх = 2 %;

Ступени ПБВ: +5%, +2,5%, 0, -2,5%, -5%

БК1

БК2

10/5

Qн = 4350 = 1400 квар

(каждая батарея имеет 4 ступени по 350 квар);

Ро = 0,0025 кВт/квар

БК3

УКЛ-0,38

0,4

Qн = 210+105+42+321 =

= 420 квар;

Ро = 0,0045 кВт/квар

Кабель

питающий Т4

АСБ-10(350)

10,5

l = 1 км, Iд.д = 140 А;

Rо = 0,62 Ом/км,

Xо = 0,04 Ом/км,

СД

СДН-10-1250

10

Рн = 1250 кВт; соsн = 0,9;

КЗ = 0,8; Д1 = 6,77 кВт; Д2 = 6,98 кВт

ФКУ

0,4

График нагрузки S2 цеховой ТП моделируется близким к реальному. Он программно задан и всегда один и тот же для конкретной установки (на разных установках графики S2 отличаются).

Остальные (по отношению к приведенной на мнемосхеме цеховой ТП) потребители 10 кВ ГПП представлены обобщенной нагрузкой S1, график которой задается жесткой программой. Нагрузка синхронного двигателя, подключенного к шинам 10 кВ ГПП, неизменна во времени.

В моделируемой сети 0,4/0,23 кВ представлен на мнемосхеме один из силовых пунктов СП с нелинейной нагрузкой (однофазный выпрямитель), которая обуславливает наличие на шинах СП высших гармоник напряжения. Для компенсации этих гармоник установлено фильтрокомпенсирующее устройство ФКУ, подключение которого производится тумблером, расположенным на лицевой панели.

В нижнем правом углу панели установлен автомат включения питания. У изображения коммутационных аппаратов установлены кнопки включения (чёрная кнопка) и отключения (красная кнопка) этих аппаратов. Сигнальные лампы показывают состояние коммутационного аппарата. Измерительные приборы, размещенные на лицевой панели, служат для измерения токов в линиях и напряжений на шинах 10,5 кВ и 0,4 кВ. Активная и реактивная энергия в цепях Т2 и Т4 измеряются индукционными счетчиками, установленными внутри стенда. Счетчики снабжены датчиками числа оборотов дисков этих счетчиков. Рядом с мнемосимволом трансформатора Т2 расположены кнопки переключения трансформатора и сигнальные лампы.

Тумблеры “Мощность БК” и переключатель “Реактивная мощность СД” предназначены для задания величины генерируемой реактивной мощности конденсаторных батарей и синхронного двигателя соответственно (мощность указана в квар). Переключателем “Отпайки Т4” производится установка отпайки трансформатора Т4. В центральной части лицевой панели расположены органы управления режимами работы всей установки: кнопка “Пуск” – для запуска установки в работу, кнопка “Сброс” – для возврата установки в исходное состояние, кнопка “Остановка” – для фиксирования какого-либо режима установки; цифровое табло для контроля модельного времени суток.

Лабораторная установка имеет два режима работы:

1. При включении питания – режим подготовки (исходный режим). В этом режиме задаются начальные условия (включение и отключение соответствующих элементов системы); подключаются и настраиваются необходимые измерительные приборы, а также проверяется готовность установки к “прогонке” суточного цикла.

2. При нажатии кнопки “Пуск” включается процесс моделирования нагрузок суточного цикла. Загорается цифра 01 на цифровом табло, и происходит подача питания на моделируемую схему, которая до этого была обесточена.

Суточный цикл работы системы электроснабжения моделируется на 12 мин (1 ч реальной системы за 30 с установки). Модельное время суток в час показывается на цифровом табло.

По окончании суточного цикла установка автоматически возвращается в исходный режим. При необходимости установку можно вернуть в исходный режим принудительно нажатием кнопки “Сброс”. Кнопкой “Остановка” останавливается программа моделирования суточного цикла.

Шкалы всех амперметров и вольтметров на лицевой панели стенда проградуированы в действительных величинах. Эти приборы используются для визуального контроля параметров режима работы моделируемой системы. Схема подключения измерительных трансформаторов тока и напряжения показана на рисунке 2.

Масштабы всех величин приведены в табл.2.

Таблица 2 – Масштабы модели

Наименование

Обозна-чение

Единица измерения

Числовые значения

Масштабы модели

t

с действ / с модели

120

Масштабы счётчиков электроэнергии

Wh1

аэ

кВтч / импульс

250

Varh1

рэ

кварч / импульс

Wh2

аэ

кВтч / импульс

35

Varh2

рэ

кварч / импульс

Масштабы измерительных трансформаторов (рис.2)

TH1

u

В действ / В модели

100

TH2

u

то же

10

TH3

u

то же

10

TT1

I

А действ / А модели

TT2

I

то же

TT3

I

то же

Рис.2 – Схема соединений измерительных трансформаторов, встроенных в установку

Лабораторная работа № 1

Изучение конструкции установки и исследование режимов работы моделируемой СЭПП

1. Цель работы

Изучение конструкции лабораторной установки, принципа ее работы и параметров моделируемых элементов СЭПП.

Исследование режима работы моделируемой СЭПП на суточном интервале времени и определение параметров режимов.

2. Введение

Основные номинальные параметры моделируемых элементов СЭПП приведены в табл.1. Для трехфазных силовых трансформаторов в практических расчетах используются следующие параметры при замещении трансформатора Г-образной однолинейной эквивалентной схемой:

Рис. 3 – Г-образная эквивалентная схема замещения трехфазного трансформатора

- линейные напряжения, приведенные к одной ступени напряжения;

- токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;

- ток холостого хода трансформатора;

- индуктивная составляющая сопротивления ветви намагничивания;

- активная составляющая сопротивления ветви намагничивания;

- активное сопротивление трансформатора;

- индуктивное сопротивление трансформатора;

- нагрузочные потери в трансформаторе ( - коэффициент загрузки);

- потеря напряжения в трансформаторе.

Основной особенностью режимов работы СЭПП на длительных циклах времени (сутки, неделя, год) является их изменчивость, что обусловлено изменчивостью электрических нагрузок. Режимы СЭПП характеризуются параметрами двух видов: текущие и интегральные за время Т. К текущим параметрам относятся значения токов, напряжений, мощностей в узлах сети, изменяющиеся во времени. К интегральным параметрам за время Т – средние значения токов, напряжений, мощностей, их дисперсии, потери электроэнергии и др.

На суточных интервалах времени текущие значения параметров режимов СЭПП принято представлять в форме суточных графиков (токов, напряжения, мощности и др.) их осредненных значений на последовательных интервалах ( =30 или 60 мин).

Интегральные параметры, например, для графика тока

,

где n - число интервалов в суточном графике тока;

- среднеквадратическое значение тока.

Потери электроэнергии в линии с сопротивлением R за время Т:

.

Потери электроэнергии в трансформаторе за время Т:

.

3. Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка к лабораторной работе должна включать:

- изучение теоретического материала курса ЭПП по разделу “Режимы электропотребления промышленных предприятий”;

- выполнение п.4.1 и 4.2 задания.

4. Порядок выполнения работы (задание)

4.1. Изучить конструкцию лабораторной установки. Рассчитать все сопротивления эквивалентной схемы для трансформаторов Т2 и Т4.

4.2. Подготовиться к регистрации графиков активных и реактивных нагрузок – заготовить таблицу 3 в двух экземплярах (для трансформаторов Т2 и Т4.

4.3. Подготовить установку для регистрации текущих параметров режима работы моделируемой СЭПП на суточном интервале времени: включить трансформатор Т4, обобщенную нагрузку S1 на шинах 10,5 кВ ГПП, синхронный электродвигатель; отключить трансформатор Т3, конденсаторные батареи БК1, БК2 и БК3, а также силовой фильтр ФКУ; установить РПН трансформатора Т2 и ПБВ трансформатора Т4 в нулевое положение.

4.4. Запустить установку нажатием кнопки “Пуск” и произвести регистрацию графиков активной и реактивной мощностей нагрузок трансформаторов Т2 и Т4 путtм считывания и записи в таблицу 3 показаний соответствующих счетчиков.

3.5. Произвести расчет графиков активной, реактивной и полной мощностей путем умножения разности показаний счетчиков на соответствующий масштабный коэффициент (таблица 2). Рассчитать средние значения и среднеквадратические отклонения графиков нагрузки.

Таблица 3 – Регистрация и расчет текущих параметров режима СЭПП на суточном интервале времени для трансформатора Т2 (Т4).

Номер часа суток

Показания счётчиков

Графики нагрузки

Активного

Реактивного

Активная мощность, кВт

Реактивная мощность, квар

Полная мощность, кВА

tg

Ток, А

Показания

Разность

Показания

Разность

1

2

3

.

.

.

24

Среднее значение

Среднеквадратичное отклонение

4.6. Рассчитать потери электроэнергии за сутки в трансформаторах Т2 , Т4 и в кабельной линии (в киловатт-часах и в процентах). В величине потерь выделить составляющую, обусловленную неравномерностью графиков нагрузок.

4.7. Оформить отчет по лабораторной работе, который должен содержать:

- мнемосхему установки, краткое описание и параметры моделируемых элементов типовой СЭПП, цель работы;

- расчет сопротивлений эквивалентной схемы замещения трансформаторов Т2 и Т4;

- результаты регистрации и расчета графиков нагрузки и их параметров для трансформаторов Т2 и Т4 (таблица 3);

- графики нагрузок Т2 и Т4 (активной, реактивной, полной мощности и тока);

- расчет потерь электроэнергии в трансформаторах Т2, Т4 и в кабельной линии, питающей трансформатор Т4;

- выводы по полученным результатам работы.

5. Контрольные вопросы

5.1. Каковы причины изменчивости параметров режимов работы СЭПП во времени?

5.2. Какие потери имеются в трансформаторах и от чего они зависят?

5.3. Как определяются потери электроэнергии в промышленных электросетях?

5.4. Неравномерность режимов электропотребления осложняет и ухудшает работу электроэнергетических систем. Почему?

Лабораторная работа № 2

ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

1. Цель работы:

Изучение видов графиков электрических нагрузок и принципов их построения.

Вычисление коэффициентов графиков электрических нагрузок и величин, характеризующих работу узла нагрузок.

2. Указания по подготовке к лабораторной работе

2.1. Ознакомиться с графиком выполнения лабораторной работы и сдачи отчета.

2.2. Изучить необходимый теоретический материал (см. список рекомендуемой литературы и раздел 3 данного методического руководства).

2.3. Ознакомиться с порядком выполнения лабораторной работы и подготовить необходимые таблицы.

3. Основные теоретические сведения

Правильное определение электрических нагрузок является основой для построения и эксплуатации рациональных систем электроснабжения промышленных предприятий. Графики электрических нагрузок, характеризующих режимы электропотребления промышленными предприятиями, технологическими установками и механизмами, позволяют определить расчетные нагрузки, на основании которых выбираются все элементы системы электроснабжения цеха, предприятия. При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий основными являются три вида нагрузок: активная мощность P, кВт, реактивная мощность Q, квар, и ток I, А.

В течение суток потребляемая предприятием (цехом) мощность может изменяться в широких пределах, в зависимости от режима работы. Поэтому характеристика потребителей по мощности или току будет полной только в том случае, если известна вся совокупность возможных изменений мощности, необходимой данному предприятию-потребителю. При числе электроприемников более трех, разнородных по мощности и режиму работы, суммарная их нагрузка образует некоторую переменную величину, которая может быть представлена в виде графика мощности или тока в функции времени. Наряду с суммарными графиками (для группы электроприемников (ЭП)) строят и индивидуальные графики (для отдельных потребителей электроэнергии). Графики нагрузок строят по показаниям приборов (счетчиков или самопишущих приборов). Индивидуальные графики необходимы для определения нагрузок мощных приемников электроэнергии (электрические печи, главные приводы прокатных станов т.д.). Обозначаются такие графики строчными буквами , , . При проектировании систем электроснабжения промпредприятий используются, как правило, групповые графики (отдельных цехов, трансформаторов, линий распределительной сети и предприятия в целом), которые обозначаются прописными буквами , , .

Графики электрических нагрузок, встречающиеся на практике, разнообразны по виду и представляют собой плавные, ломанные или ступенчаты кривые, построенные в прямоугольных осях координат [1,2]. По продолжительности различают суточные, месячные, сезонные (зима, лето и т.д.) и годовые графики электрических нагрузок. В подсчете электрических нагрузок используют, как правило, суточные и годовые графики.

Основными показателями графиков электрических нагрузок являются:

коэффициент заполнения графика нагрузки;

коэффициент формы;

коэффициент использования;

коэффициент включения;

коэффициент загрузки;

коэффициент спроса;

расчетный коэффициент;

коэффициент разновременности максимумов нагрузки.

Все коэффициенты графиков активной мощности обозначаются индексом "а", реактивной мощности – "р", тока – "I".

Коэффициент загрузки и коэффициент включения связаны непосредственно с технологическим процессом и изменяются с изменением режима работы электроприемников.

Коэффициенты графиков электрических нагрузок определяются непосредственно из самих графиков через значения потребляемой мощности или тока, времени цикла, пауз и работы ЭП.

Коэффициент использования является основным показателем для расчета нагрузки. Данный коэффициент характеризует использование активной мощности и определяется отношением средней активной мощности одного ЭП или группы приемников за наиболее загруженную смену Pc к номинальной мощности Pн:

. (1)

Коэффициентом включения ЭП называется отношение продолжительности включения приемника в цикле tв ко всей продолжительности цикла tц

, (2)

где tр – время работы ЭП,

tх.х – время холостого хода.

Коэффициент загрузки ЭП по активной мощности представляет собой отношение фактически потребленной или средней мощности Pс.в (или тока Iс.в) за время включения tв в течение цикла к его номинальной мощности Pн (или току Iн)

. (3)

Коэффициентом формы графика нагрузки называется отношение среднеквадратичной полной мощности Scк (или среднеквадратичного тока Icк) ЭП или группы ЭП к среднему значению мощности Sc (тока Ic) за тот же период времени

. (4)

Коэффициент формы характеризует неравномерность графика нагрузки во времени. При неизменной во времени нагрузке , в остальных случаях . Будучи отнесены к активной и реактивной мощностям, коэффициенты формы (для группы ЭП) определяются по следующим формулам

; . (5)

Квадрат среднеквадратичной активной мощности за время t определяется из выражения

. (6)

Если интервалы времени принять одинаковыми, как показано на рисунке 4, т.е. , то получим

.

При этом формула (6) упростится:

. (7)

Рисунок 4 – Групповой график нагрузок по активной мощности

– активная мощность на i-м интервале графика активной мощности

, (8)

где – расход активной мощности за время .

С учетом выражения (8) преобразуем формулу (7) к виду

. (9)

Средняя активная мощность за время t равна

, (10)

где W – расход активной энергии за время t.

Расчетным коэффициентом называется отношение расчетной (потребляемой) активной мощности к средней мощности за исследуемый период

. (11)

Коэффициент спроса представляет собой отношение расчетной или потребляемой активной мощности к номинальной (установленной) активной мощности группы ЭП

. (12)

Коэффициентом заполнения графика нагрузок называется отношение средней активной мощности к максимальной за исследуемый период времени

. (13)

Максимальная нагрузка определяется исходя из периода осреднения графика нагрузки, равного 0,5ч, т.е. за основу берется так называемый получасовой максимум нагрузки.

Коэффициентом разновременности максимумов нагрузок по активной мощности называется отношение суммарного расчетного максимума активной мощности узла системы электроснабжения к сумме расчетных максимумов активной мощности отдельных групп ЭП, входящих в данный узел системы

. (14)

Для суточного графика характерны следующие величины:

– максимум активной нагрузки;

– максимум реактивной нагрузки;

– коэффициент мощности максимума, определяемый по формуле

; (15)

– суточный расход активной энергии;

– суточный расход реактивной энергии;

– средневзвешенный за сутки коэффициент мощности

; (16)

, – соответственно коэффициент заполнения суточного графика активной энергии и реактивной

; . (17)

Годовые упорядоченные графики строятся по убывающим ординатам соответствующих графиков и в течение года [3]. Приближенно годовой график можно построить, взяв за основу два характерных суточных графика: один график – за летний день (июнь), второй – за зимний день (декабрь). Построение годового упорядоченного графика активной мощности показано на рисунке 5.

При построении условно принимают, что продолжительность зимнего периода равна 7 месяцев (213 суток), а летнего – 5 месяцев (125 суток). В указанных интервалах "зимний" и "летний" суточные графики не изменяются [3].

График начинают строить с максимальной нагрузки и выполняют построение в порядке постепенного снижения мощностей. Для этой цели через оба суточных графика проводят ряд горизонтальных линий, расстояние между которыми выбирают в соответствии в желаемой точностью построения. На нанесенных горизонтальных линиях на годовом графике откладывают времена , ч, определяемые из выражения

, (18)

Зимние сутки Летние сутки

Рисунок 5 – Построение годового упорядоченного графика по характерным суточным графикам

где и – длительность нагрузки соответственно на зимнем и летнем суточном графике.

Для годовых графиков характерными величинами являются:

, – максимум нагрузки (активной и реактивной);

, – годовой расход активной и реактивной энергии;

, – число часов использования максимумов активной и реактивной нагрузок;

– средневзвешенный (годовой) коэффициент мощности

; (19)

, – коэффициенты заполнения годовых графиков активной и реактивной нагрузок

, (20)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.