Лабораторная работа № 5 Анализ переходных процессов при несимметричных коротких замыканиях в электрической сети, питающейся от источника бесконечной мощности

Цель работы

Исследовать зависимость величины тока короткого замыкания от вида повреждения в сетях с изолированной и заземлённой нейтралью.

Основные положения

Основные теоретические положения, касающиеся особенностей несим-метричных коротких замыканий, изложены в лабораторной работе № 3 и частично (замыкание одной фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью) в лабораторной работе № 4.

Порядок выполненя работы

2.5.3.1 Собрать схему лабораторных испытаний, показанную а рисунке 2.10 (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). На схеме показан вариант подключения короткозамыкателя (трёхфазный выключатель Q) для имитации режима двухфазного короткого замыкания на землю в точке К1. Ток короткого замыкания каждой фазы проходит через датчик тока модуля ввода-вывода (каналы А1, А2, А3, подключаемые с помощью трансформаторов тока), а фазные напряжения через каналы А4, А5, А6, подключаемые через трансформаторы напряжения. Такая схема позволяет контролировать как токи повреждённых фаз, так и токи и напряжения неповреждённых фаз;

2.5.3.2 Установить максимальное значение продолбной составляющей сопротивления ЛЭП (переключатель SA1 в положение 3) и включить поперечную составляющую (переключатели SA2 и SA3 в положение 2);

2.5.3.3 Установить режим изолированной нейтрали трансформаторной группы со стороны ЛЭП (не подключать общую точку («землю») к нейтрали);

2.5.3.4 Перевести переключатели режима управления всех задействованных блоков в положение «Руч.»;

2.5.3.5 Подать питание на стенд (включить автомат модуля питания стенда);

2.5.3.6 Включить индивидуальный тумблер подачи питания «Сеть» на всех задействованных модулях стенда;

2.5.3.7 Включить выключатель модуля трёхфазной сети;

2.5.3.8 Загрузить программу регистрации токов и напряжений («Пуск – Программы –L-Card - LGraph» либо через ярлык «LGraph» на рабочем столе монитора ПК);

2.5.3.9 Задать длительность осциллограммы (время сбора данных) 5-7 с. и запустить процесс осциллографирования;

2.5.3.10 Сымитировать КЗ, нажав кнопку включения выключателя Q и через секунду отключить его. Настроить осциллограмму в «Гляделке» для удобного анализа, сделать снимок экрана, открыть его в графическом редакторе «Paint» и распечатать на принтере. На осциллограмме обозначить кривые токов и напряжений фаз и указать их максимальные значения;

2.5.3.11 Повторить опыт при других видах КЗ (двухфазное, однофазное, трёхфазное). ВНИМАНИЕ!Для имитации другого вида короткого замыкания необходимо ОТКЛЮЧИТЬ питание, изменить схему и снова включить стенд;

2.5.3.12 Выключить стенд;

2.5.3.13 Изменить режим работы нейтрали, для чего соединить точки нейтрали ЛЭП («землю») и трансформаторной группы со стороны ЛЭП;

2.5.3.14 Повторить пункты 2.3.5.5 – 2.3.5.12;

2.5.3.15 Обработать полученные результаты, сделать выводы и оформить отчёт по лабораторной работе.

Рисунок 2.10 – Схема лабораторных испытаний

Требования к содержанию отчёта

Отчёт должен содержать:

2.5.4.1 Силовую часть схемы эксперимента;

2.5.4.2 Распечатки полученных осциллограмм токов и напряжений;

2.5.4.3 Результаты сравнительного анализа по видам КЗ и режимам работы нейтрали с их объяснением и выводами.

2.5.6 Дополнительная литература

2.5.6.1 Ульянов, С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах/С.А.Ульянов. - М.: Энергия, 1970.- С. 325-346;

2.5.6.2 Куликов, Ю.А, Переходные процессы в электрических системах/Ю.А.Куликов. - М.: МИР, 2003.- С. 4-118;

2.5.6.3 Крючков, И.П. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах/И.П.Крючков. - М.: Издательство МЭИ, 2000.- С. 121-157.

Математическое моделирование электромагнитных переходных процессов

Математическое моделирование переходных процессов осуществляется на основе известных выражений, характеризующих изменение во времени токов и напряжений при коротких замыканиях [2.1.6.1]. Для исследования трёхфазного КЗ используется разработанная на кафедре ЭПП ОГУ программа «Lab ПП», а анализ процессов при несимметричных коротких замыканиях выполняется в программной среде «Mathcad».

Цель и основные теоретические положения описываемых ниже работ, а также контрольные вопросы и дополнительная литература соответствуют рассмотренным ранее в разделе 2 работам с аналогичными названиями.

Лабораторная работа №6 Исследование переходного процесса при трёхфазном коротком замыкании в цепи, питающейся от источника неограниченной мощности

Описание и инструкция по использованию программы «Lab ПП»

Программа позволяет произвести расчет переходного процесса при коротком замыкании для четырех различных схем. Расчеты в виде графиков и числовых значений выводятся как на экран монитора, так и на принтер. Для расчета нужно ввести данные для выбранной схемы.

Важно! Все вводимые значения должны иметь разделение целой и дробной части только с помощью запятой. Пример:

Правильно: 0,15; 3,018 Неправильно: 0.15; 3.018

После загрузки программы на экран монитора выводится окно для ввода

данных студента, выполняющего лабораторную работу. В строки «фамилия» и «группа» вводится соответственно фамилия и шифр группы студента, как показано в примере. Для перехода со строчки ввода фамилии на строчку группы нужно нажать клавишу «Tab» на клавиатуре или щелкнуть на строчке ввода «мышкой». Для продолжения нажмите кнопку «Принять». Если Вы не ввели какое-то значение (фамилию или группу) при нажатии кнопки «Принять» на экране появится окно, извещающее об этом. Закройте это окно (кнопка «ОК») и введите недостающие данные.

Если информация о студенте введена в полном объеме, то на экран выводится следующее окно: окно выбора схемы. Здесь следует выбрать схему из четырех возможных. Выбор осуществляется переключением закладок.

После выбора схемы перейдите на поле выбора точки короткого замыкания. Точка указывается только своим номером. Номер точки ограничивается номером точки выбранной схемы. Если ошибочно указывается номер несуществующей точки, после нажатия кнопки «Далее» программа укажет Вам ошибку. После выбора точки короткого замыкания нажмите кнопку «Далее». Кнопка «Выход» завершит программу.

Если не было ошибки ввода точки короткого замыкания, на экран выводится окно ввода значений величин с за­кладками «Система», «Линия», «Трансформа­тор», «Нагрузка» и «Значения». Здесь вводятся заданные студенту значения параметров эле­ментов выбранной схемы. На дан­ных закладках будут пока­заны только те элементы, которые существуют на вы­бранной схеме, поэтому при смене схемы значения параметров некоторых элементов могут либо исчезать, либо появляться. На закладке «Нагрузка» нужно выбрать заданную нагрузку. Для выбора нагрузки напротив нее нужно поставить галочку. Если задано две нагрузки, то отмечаются обе. Несуществующая нагрузка для выбранной схемы закрашивается (недоступно для выбора). Для четвертой схемы можно выбрать только два варианта при двух нагрузках, либо 1 и 2 нагрузка, либо 3 и 4 нагрузка!Ввод значений для нагрузок можно выполнить только для отмеченных галочкой нагрузок (неотмеченные галочкой нагрузки изображаются, но ввод данных в них невозможен и в расчетах они не учитываются). После ввода всех значений кнопка со стрелкой вправо (®) откроет следующее окно. Кнопка со стрелкой влево () вернет в окно выбора схем. Нижняя кнопка для выхода из программы.

Следующее окно - вывод графических результатов. Для вывода графиков на­жмите кнопку «Расчет» (эту кнопку необходимо нажимать каждый раз при изменении исходных данных). В верхней части экрана будет показан график переходного процесса при коротком замыкании в вы­бранной точке. Красный цвет соответствует периоди­ческому току, зеленый – апериодическому, синий – полному току. Для управления этим графиком есть два эле­мента ввода: «Шаг» и «Порог». «Шаг» предназначен для указания, через какие промежутки времени (в секундах) рисовать точки графиков. При малом значении графики получаются более плавными, а при больших значениях более прямолинейными. «Порог» предназначен для указания до какого значения времени (в секундах) рисовать график. Увеличить, если переходной процесс не закончен, и уменьшить, если переходной процесс закончился намного раньше. Также на экране показывается числовое значение времени переходного процесса в секундах (не зависит от «Шаг» и «Порог»).

В нижнем правом углу находится график условий возникновения короткого замыкания. Красный цвет соответствует току в кА, синий – напряжению в относительных единицах.

Изменяя значения «Шаг» и «Порог» надо добиться, чтобы график переходного процесса был более наглядным. Чтобы посмотреть, что будет напечатано на принтере (предварительный просмотр), нажать кнопку «Просмотр». На экране появиться окно предварительного просмотра. Для закрытия нажать клавишу «Esc». Для распечатки на принтере полученных значений нажать кнопу «Печать» (графики необходимо выводить на печать при условии, если переходный процесс закончился). Перед нажатием этой кнопки убедитесь, что принтер включен и в него вставлена бумага.

Для возвращения в окно ввода значений нажмите кнопку «Назад». Для выхода из программы нажмите кнопку «Выход».

Задание на работу

Каждая бригада получает свой вариант задания (номер схемы, номера основной и дополнительной точек КЗ, номера и характер нагрузок, значение фазы включения напряжения) в соответствии с которым и выполняется вся последующая работа:

3.1.2.1 Изучить порядок работы с программой (п. 3.1.1);

3.1.2.2 Для основной точки КЗ ввести заданное значение фазы включения напряжения «α» и получить распечатки графиков переходного процесса при различном характере нагрузки (активная, индуктивная, ёмкостная и холостой ход). Проанализировать влияние фазы включения на ударный ток и время переходного процесса. Объяснить результаты расчётов и сделать выводы;

3.1.2.3 Для основной точки КЗ указать заданный характер нагрузки и получить распечатки графиков переходного процесса при различных значениях фазы включения (изменять «α» в диапазоне от 0^о до 180^о с шагом в 30^о ). Проанализировать влияние фазы включения на ударный ток и время переходного процесса. Объяснить результаты расчётов и сделать выводы;

3.1.2.4 Ввести номер дополнительной точки КЗ и получить распечатки графика переходного процесса (при любом сочетании характера нагрузки и фазы включения из числа уже имеющихся для основной точки КЗ). Если напряжение при КЗ в дополнительной точке отличается от напряжения при КЗ в основной точке, то необходимо выполнить два расчёта, введя базисное напряжение, равное напряжению в месте КЗ последовательно для обеих точек. Проанализировать влияние месторасположения точки КЗ на характер переходного процесса и его показатели.

3.1.2.5 По результатам расчётов в п. 4.1.2.3 построить график зависимости ударного тока от фазы включения и объяснить её характер.

3.1.2.6 Построить векторные диаграммы токов для начального момента времени переходного процесса по результатам расчётов в пп. 4.1.2.2 и 4.1.2.3 и использовать их для объяснения полученных результатов.

Требования к содержанию отчёта

Отчёт должен содержать расчётную схему и схему замещения с указанием точек КЗ, исходные данные (параметры элементов схемы).

К отчёту прилагаются распечатки графиков переходного процесса при КЗ, которые анализируются в соответствии с заданием на работу. Результаты анализа и выводы включаются в отчёт. Кроме того, в отчёт необходимо включить векторные диаграммы с результатами их анализа и выводами, а также построенную зависимость .