4. Программа работы

1. Повторить раздел курса «Электроэнергетика», в котором рассматриваются режимы работы нейтралей электроэнергетических систем.

2. Ознакомиться с устройством стенда, записать данные измерительных приборов(цифровые амперметры 0-5 А; цифровой вольтметр 0-500 В), параметры нагрузки сети соединенной треугольником (R_AB=R_BC=R_CA=200 Ом, 200 Вт) , параметры емкостных «шунтов» ВЛ1 (C_фA = C_фB = C_фС = 4 мкФ), КЛ1 (C_фA1 = C_фB1 = C_фC1 = 12 мкФ) и КЛ2 (C_фA2 = 13 мкФ, C_фB2 = 15 мкФ, C_фC2 = 16 мкФ или C _фA2 = 5 мкФ, C_фB2 = 7 мкФ, C_фC2 = 8 мкФ ) , параметры ДГР (0,88 – 36,18 Гн, 2 А, 250 В) и резистивного элемента R1 (12,5 Ом, 800 Вт).

3. На передней панели стенда с помощью выключателей Q2 – Q4, QF2, QF3 и соединительных концов собрать схемы лабораторной работы и после проверки их преподавателем выполнить экспериментальные исследования.

4. Привести формулы для определения токов в фазах нагрузки, шунтах схем замещения сети и нейтрали трансформатора по опытным данным.

5. На модели настроить нормальный симметричный режим работы сети при изолированной нейтрали трансформатора (U_ФА=U_ФB= U_ФC=60 В, параметры емкостных «шунтов» устанавливаются преподавателем) измерить токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети.

6. При двух значениях фазных емкостей (4 мкФ и 12 мкФ) в случае с изолированной нейтралью трансформатора и однофазном замыкании на землю измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах сети при этих значениях, сравнить результаты расчета с измеренными значениями.

7. Заземлить нейтраль трансформатора через резистор R1 при C_ФА= C_ФB= C_ФС= 12 мкФ. Измерить ток замыкания на землю, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать ток замыкания на землю, токи в элементах сети и величину R1 при K_R = 1. Сравнить результаты расчета с измеренными значениями.

8. Заземлить нейтраль трансформатора через ДГР и, меняя индуктивность ДГР снять зависимость = f(K_L) при C_ФА= C_ФB= C_ФС= 12 мкФ.

9. На модели настроить не симметрию емкостей по фазам (Q1, Q2, Q3, QF2 включены) и снять зависимость U_N /U_{N хх} = f(K_L) в нормальном режиме сети. Рассчитать U_{N хх} при заданной не симметрии емкостей и симметричной тройке векторов ЭДС, сравнить результаты расчета с измеренным значением. Рассчитать величину индуктивности отвечающей резонансу напряжения при принятых параметрах.

10. На модели сети по п.9 настоящего раздела при изолированной нейтрали и однофазном коротком замыкании на землю, измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах сети при этих значениях, сравнить результаты расчета с измеренными значениями.

11. Составить отчет, который должен содержать исследуемую схему, таблицы результатов с данными измерений и расчетов, зависимости = f(K_L) и U_N /U_{N хх} = f(K_L), векторные диаграммы по указанию преподавателя, и сделать заключение о проделанной работе.

5. Порядок выполнения работы

Рисунок 14 – Векторная диаграмма напряжений и токов нагрузки

Векторная диаграмма (рис.14) построена в предположении, что сопротивления фаз нагрузки чисто активные. Из этого следует, что токи фаз нагрузки совпадают по направлению с фазными напряжениями нагрузки ( U_AB, U_BC, U_CA), которые равны линейным напряжениям источника питания. Емкостной ток фазы «А» на землю опережает фазное напряжении источника U_A на 90^о. Из треугольников токов следует, что в симметричной трехфазной системе для действующих значений линейных и фазных токов справедливо соотношение

I'_A = 2I_ABcos30^о = 2I_CAcos30^о = I_AB= I_CA .

1. На модели исследовать нормальный симметричный режим ра-боты сети при изолированной нейтрали трансформатора (U_ФА=U_ФB= U_ФC=60 В). параметры емкостных «шунтов» устанавливаются преподавателем, т.е. исследуется ВЛ1 или КЛ1), построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 2.

Таблица 2

Показания приборов
Линейные токи, А			Напряжения, В
IA	IB	IC	UA	UB	UC	UN	UAB	UBC	UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 3.

Таблица 3

Расчетные значения
Фазные токи нагрузки, А			Токи шунтов, А			Токи в линиях, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA	IcA	IcB	IcC	UN	IA	IB	IC

Фазный ток нагрузки (например, для фазы «АB») определяется по выражению

,

где U_AB – напряжение на фазе нагрузки при соединении ее в треугольник; Z_AB – сопротивление фазы нагрузки при соединении ее в треугольник, Ом.

Ток шунта равен (например, фазы «А» сети)

,

где U_A – напряжение на фазе сети, В; B_cA – емкостная проводимость фазы исследуемой сети относительно земли, См.

Ток линии определяется по выражению

.

3. На модели исследовать режим однофазного короткого замыкания на землю для ВЛ1 и КЛ1 в случае с изолированной нейтралью трансформатора. Измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах ВЛ1 и КЛ1, сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 5.

Таблица 5

Показания приборов
Линейные токи и к.з., А				Напряжения, В
IA	IB	IC		UA	UB	UC	UN	UAB	UBC	UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 6. Построение векторной диаграммы (см. рис. 6) необходимо производить с учетом того, что треугольник линейных напряжений нагрузки не искажается и фазные токи нагрузки по прежнему образуют симметричную систему. Емкостные токи не поврежденных фаз линии увеличатся в раз, а ток в фазе «С» линии (при замыкании фазы «С» на землю) равен

,

что вносит определенную не симметрию в токи фаз линии.

Таблица 6

Расчетные значения
Токи фаз нагрузки и к.з., А				Токи шунтов, А			Токи линий, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA		IcA	IcB	IcC	UN	IA	IB	IC

4. С помощью выключателя QF3 заземлить нейтраль трансформатора Т1 через резистор R1. Для КЛ1 исследовать режим однофазного к.з. Измерить ток замыкания на землю, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Рассчитать ток замыкания на землю, токи в элементах сети и величину R1 при K_R = 1. Сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в таблицу 7.

Таблица 7

Показания приборов
Линейные токи и к.з., А					Напряжения, В
IA	IB	IC		IR1	UA	UB	UC	UN	UAB	UBC	UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 8.

Таблица 8

Расчетные значения
Токи фаз нагрузки и к.з., А				Токи шунтов, А				Токи линий, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA		IcA	IcB	IcC	IR1	UN	IA	IB	IC

Построение векторной диаграммы необходимо производить с учетом того, что треугольник линейных напряжений нагрузки искажается, а фазные токи нагрузки уже не образуют симметричную систему.

Рисунок 15 – Векторная диаграмма напряжений и токов при резистивном заземлении нейтрали и однофазном замыкании на землю фазы «С»

При резистивном заземлении нейтрали напряжение нулевой последовательности оказывается не равным фазному напряжению, замкнувшей фазы ( < ). В результате напряжения неповрежденных фаз относительно земли уменьшаются и, подбирая величину сопротивления R1 необходимого значения, добиваются чтобы по величине не превышали 0,8U_л линейного напряжения.

Снижение напряжения неповрежденных фаз относительно земли уменьшает их емкостные токи на землю и, соответственно, общий емкостной ток на землю. Однако, ввиду малой величины активного сопротивления в нейтрали величина тока в ней возрастает, что приводит к резкому возрастанию тока однофазного короткого замыкания.

5. С помощью выключателя QF2 заземлить нейтраль трансформатора Т1 через ДГР. Для КЛ1 исследовать режим однофазного к.з. Перед включением стенда индуктивность ДГР установить на максимальное значение. Измерить ток замыкания на землю, токи в линиях и напряжения в нейтрали и на фазах сети. Изменяя индуктивность ДГР, снять зависимость = f(K_L) . Рассчитать ток замыкания на землю, токи в элементах сети и сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму (см. рис. 9). Данные эксперимента занести в табл. 9.

Таблица 9

Показания приборов

Токи, А; индуктивность, Гн

Напряжения, В

IA

IB

IC

IДГР

L

UA

UB

UC

UN

UAB

UBC

UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 10.

Таблица 10

Расчетные значения
Токи фаз нагрузки и к.з., А				Токи шунтов, А				Токи линий, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA		IcA	IcB	IcC	IДГР	UN	IA	IB	IC

Уменьшение индуктивного сопротивления ДГР приводит к возрастанию I_ДГР и компенсации емкостного тока однофазного замыкания на землю (см. рис. 9).

6. На модели настроить не симметрию емкостей по фазам (Q1, Q2, Q3, QF2 включены) и снять зависимость U_N /U_{N хх} = f(K_L) в нормальном режиме сети. Рассчитать U_{N хх} при заданной не симметрии емкостей и симметричной тройке векторов ЭДС, сравнить результаты расчета с измеренным значением. Рассчитать величину индуктивности отвечающей резонансу напряжения при принятых параметрах.

Данные эксперимента занести в табл. 11.

Таблица 11

Показания приборов
Токи, А; индукт.,Гн				Напряжения, В
IA	IB	IC	L	UA	UB	UC	UN	UAB	UBC	UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 12.

Таблица 12

Расчетные значения
Фазные токи нагрузки, А			Токи шунтов, А			Токи линий, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA	Ic0A	Ic0B	Ic0C	UN	IA	IB	IC

10. На модели сети по п.9 настоящего раздела при изолированной нейтрали и однофазном коротком замыкании на землю, измерить ток замыкания, токи в линиях и напряжения в нейтрали и фазах сети. Рассчитать токи замыкания на землю и токи в элементах сети при этих значениях, сравнить результаты расчета с измеренными значениями, построить векторную диаграмму. Данные эксперимента занести в табл. 13.

Таблица 13

Показания приборов
Токи, А				Напряжения, В
IA	IB	IC		UA	UB	UC	UN	UAB	UBC	UCA

Расчетные значения заносятся в табл. 14.

Таблица 14

Расчетные значения
Токи фаз нагрузки и к.з., А				Токи шунтов, А			Токи линий, А Напряжение нейтрали, В
IAB	IBC	ICA		IcA	IcB	IcC	UN	IA	IB	IC