Исследование режимов работы линии электропередачи постоянного тока

Цель работы: Выявление особенностей электрического состояния линии передачи постоянного тока при всех возможных нагрузках и их сравнительная оценка.

Основные теоретические положения

Электрической цепью называется совокупность элементов, предназначенных для передачи электрической энергии или инфор­мации.

Необходимыми элементами цепи является:

источник, линия передачи и потреби­тель.

Схема такой простей­шей электрической цепи представлена на рисунке.

И с т о ч н и к электроэнергии является активным элемен­том цепи, т.к. обладает электродвижущей силой (Е), а также внутренним сопротивлением ( r )./

Л и н и я, соединяющая источник с потребителем, является пассивным элементом и обладает только сопротивлением

(r_л=2ℓ / _S). которое зависит от длины ее двух проводов (2ℓ), их попереч­ного сечения (_S) и удельной проводимости материала ( ).

Потребитель электроэнергии также обладает сопротивлением (r_п).

Величина тока во всех элементах такой цепи одна и та же (т.к. соединение последовательное) и определяется законом Ома:Δ

Так как на каждом участке цепи ток вызывает п а д е н и е

н а п р я ж е н и я (Ir), то напряжение в конце линии U₂ будет меньше напряжения в ее начале U₁ , т.е.

Эту разность называет п о т е р е й н а п р я ж е н и я.

Поддержание постоянства напряжения в начале линии U₁=const есть важнейшее условие ее нормальной работы.

Относительная потеря напряжения ε= ΔU / U , выраженная в процентах, показывает степень от­клонения напряжения от установленной стандартной величины.

В зависимости от величины тока нагрузки в элементах цепи возможны различные электрические состояния или режимы

работы. Для линий электропередачи выделяют:

1.Режим холостого хода.

2.Режим короткого замыкания.

Режим холостого хода имеет место при отключенном потреби­теле, когда ток в линии отсутствует, а, следовательно, нет по­терь напряжения и мощности. Таким образом, холостой ход не опа­сен для электрической цепи, но практически нецелесообразен.

Режим короткого замыкания (к.з.) возникает в линии, если
сопротивление в конце ее будет равно нулю (r_п = 0). При этом
ток достигает максимальной величины, т.к. он ограничен только
сопротивлением линии ( I = U₁/r_л ). Всё напряжение и мощность,
поступающие от источника в линию, теряются в её проводах

Это может вызвать возго­рание изоляции и оплавление проводов, т.е. режим короткого замы­кания — аварийный.

Согласованный режим достигается при равенстве (согласова­нии) сопротивлений линии и потребителя (r_л= r_п). Ток при этом равен половине тока короткого замыкания,

а мощность на потребителе достигает максимума и доставляет поло­вину мощности, поступающей в линию (P₂ = P₁/2). Потери напряже­ния и мощности в линии равны соответственно напря- жению и мощ­ности потребителя

т.е. к.п.д. составля­ет 50%, т.к.

элект­ропередачи как неэкономичный. Однако для слаботочных линий свя­зи и сигнализации (при передаче информации) согласованный режим является оптимальным, т.к. позволяет передать сигналы с мини­мальным искажением.

Номинальный режим линии осуществляется тогда, когда напря­жение, ток и мощность в ней соответствуют тем величинам, на ко­торые она рассчитана. При этих номинальных величи­нах (U_н, I_Н ) гарантируются наилучшие условия работы линия (экономичность, долговечность, безаварийность).

Чтобы отклонения напряжения от номинальной величины не пре­вышали допустимых для потребителя значений, линии передачи рас­считывают как на допустимый нагрев, так и на допускаемую относи­тельную потерю напряжения ε =ΔU_л/U₁ х 100%.

При проектировании линий электропередачи разного назначения эти отклонения должны находиться в таких пределах:

1) для внутренних осветительных сетей ε = (1. 3)% ,

2) для заводских силовых сетей ε = (4. 6)% ,

3) для питающих магистралей ε =5. 10)% .

Необходимое лабораторное оборудование

В данной работе источник электроэнергии смоделирован лабо­раторным автотрансформатором с выпрямителем; линия электропере­дачи — сдвоенным ползунковым реостатом, а потребитель (нагрузка) — ламповыми реостатами. Для измерения величины тока и напряжений используются амперметр и вольтметры магнитоэлектрической системы.

Порядок выполнения работы

I. Собрать электрическую цепь и проверить вместе с препода­-
вателем. При этом напряжение в начале линии поддерживается пос­тоянным U₁ = 30 В, а сопротивление потребителя изменяют от r_п = ∞ (холостой ход) до r_п = 0 (короткое замыкание). Между этими крайни­ми состояниями ток нагрузки наращивают , постепенно увеличивая число включенных ламп от I до 6. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу:

Условия опыта (нагрузка)	Измерено	Вычислено
I	U1	U2	ΔU	Р1	Р2	ΔР	ή	ε
А	В	В	В	Вт	Вт	Вт	—	%
I.Холостой ход 2.Вкл. 1 лампа 3.Вкл. 2 лампа : : 8.Вкл. 6 лампа 9.Короткое замы­кание

где U₁, U₂ и ΔU_л -напряжение в начале и конце линии и потеря -напряжения;

Р₁ , Р₂ и Р_л -мощность в начале и конце линии и мощность потерь;

ή — кпд линии; ε — относительная потеря напряжения.

В отчете необходимо представить;

I. Технические данные приборов и оборудования.

2. Схему электрической цепи.

3.Таблицу с результатами измерений и вычислений.

5.Графики всех измеренных и вычисленных величии в зависимости от тока нагрузки (в одной системе координатных осей).

Схема лабораторной установки

Лабораторная работа № 2

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Цель работы: Выявление особенностей электрического состояния линии передачи постоянного тока при всех возможных нагрузках и их сравнительная оценка.

Основные теоретические положения

Электрической цепью называется совокупность элементов, предназначенных для передачи электрической энергии или инфор­мации.

Необходимыми элементами цепи является:

источник, линия передачи и потреби­тель.

Схема такой простей­шей электрической цепи представлена на рисунке.

И с т о ч н и к электроэнергии является активным элемен­том цепи, т.к. обладает электродвижущей силой (Е), а также внутренним сопротивлением ( r )./

Л и н и я, соединяющая источник с потребителем, является пассивным элементом и обладает только сопротивлением

(r_л=2ℓ / _S). которое зависит от длины ее двух проводов (2ℓ), их попереч­ного сечения (_S) и удельной проводимости материала ( ).

Потребитель электроэнергии также обладает сопротивлением (r_п).

Величина тока во всех элементах такой цепи одна и та же (т.к. соединение последовательное) и определяется законом Ома:Δ

Так как на каждом участке цепи ток вызывает п а д е н и е

н а п р я ж е н и я (Ir), то напряжение в конце линии U₂ будет меньше напряжения в ее начале U₁ , т.е.

Эту разность называет п о т е р е й н а п р я ж е н и я.

Поддержание постоянства напряжения в начале линии U₁=const есть важнейшее условие ее нормальной работы.

Относительная потеря напряжения ε= ΔU / U , выраженная в процентах, показывает степень от­клонения напряжения от установленной стандартной величины.

В зависимости от величины тока нагрузки в элементах цепи возможны различные электрические состояния или режимы

работы. Для линий электропередачи выделяют:

1.Режим холостого хода.

2.Режим короткого замыкания.

Режим холостого хода имеет место при отключенном потреби­теле, когда ток в линии отсутствует, а, следовательно, нет по­терь напряжения и мощности. Таким образом, холостой ход не опа­сен для электрической цепи, но практически нецелесообразен.

Режим короткого замыкания (к.з.) возникает в линии, если
сопротивление в конце ее будет равно нулю (r_п = 0). При этом
ток достигает максимальной величины, т.к. он ограничен только
сопротивлением линии ( I = U₁/r_л ). Всё напряжение и мощность,
поступающие от источника в линию, теряются в её проводах

Это может вызвать возго­рание изоляции и оплавление проводов, т.е. режим короткого замы­кания — аварийный.

Согласованный режим достигается при равенстве (согласова­нии) сопротивлений линии и потребителя (r_л= r_п). Ток при этом равен половине тока короткого замыкания,

а мощность на потребителе достигает максимума и доставляет поло­вину мощности, поступающей в линию (P₂ = P₁/2). Потери напряже­ния и мощности в линии равны соответственно напря- жению и мощ­ности потребителя

т.е. к.п.д. составля­ет 50%, т.к.

элект­ропередачи как неэкономичный. Однако для слаботочных линий свя­зи и сигнализации (при передаче информации) согласованный режим является оптимальным, т.к. позволяет передать сигналы с мини­мальным искажением.

Номинальный режим линии осуществляется тогда, когда напря­жение, ток и мощность в ней соответствуют тем величинам, на ко­торые она рассчитана. При этих номинальных величи­нах (U_н, I_Н ) гарантируются наилучшие условия работы линия (экономичность, долговечность, безаварийность).

Чтобы отклонения напряжения от номинальной величины не пре­вышали допустимых для потребителя значений, линии передачи рас­считывают как на допустимый нагрев, так и на допускаемую относи­тельную потерю напряжения ε =ΔU_л/U₁ х 100%.

При проектировании линий электропередачи разного назначения эти отклонения должны находиться в таких пределах:

1) для внутренних осветительных сетей ε = (1. 3)% ,

2) для заводских силовых сетей ε = (4. 6)% ,

3) для питающих магистралей ε =5. 10)% .

Необходимое лабораторное оборудование

В данной работе источник электроэнергии смоделирован лабо­раторным автотрансформатором с выпрямителем; линия электропере­дачи — сдвоенным ползунковым реостатом, а потребитель (нагрузка) — ламповыми реостатами. Для измерения величины тока и напряжений используются амперметр и вольтметры магнитоэлектрической системы.

Порядок выполнения работы

I. Собрать электрическую цепь и проверить вместе с препода­-
вателем. При этом напряжение в начале линии поддерживается пос­тоянным U₁ = 30 В, а сопротивление потребителя изменяют от r_п = ∞ (холостой ход) до r_п = 0 (короткое замыкание). Между этими крайни­ми состояниями ток нагрузки наращивают , постепенно увеличивая число включенных ламп от I до 6. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу:

Условия опыта (нагрузка)	Измерено	Вычислено
I	U1	U2	ΔU	Р1	Р2	ΔР	ή	ε
А	В	В	В	Вт	Вт	Вт	—	%
I.Холостой ход 2.Вкл. 1 лампа 3.Вкл. 2 лампа : : 8.Вкл. 6 лампа 9.Короткое замы­кание

где U₁, U₂ и ΔU_л -напряжение в начале и конце линии и потеря -напряжения;

Р₁ , Р₂ и Р_л -мощность в начале и конце линии и мощность потерь;

ή — кпд линии; ε — относительная потеря напряжения.

В отчете необходимо представить;

I. Технические данные приборов и оборудования.

2. Схему электрической цепи.

3.Таблицу с результатами измерений и вычислений.

5.Графики всех измеренных и вычисленных величии в зависимости от тока нагрузки (в одной системе координатных осей).

Схема лабораторной установки

Лабораторная работа № 2

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Исследование линии электропередачи постоянного тока: Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника” / Курск. гос. техн. ун-т; Сост.: К.Л. Пестерев, А.С.Романченко

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры вычислительной

техники В.И. Иванов

Излагаются методические рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника”. Проводится исследование линии электропередачи постоянного тока в различных режимах работы.

Предназначены для студентов машиностроительного факультета специальностей 1502, 1205, 1706,1201,1213

Табл.1. Ил.4. Библиогр.: 4 назв.

Текст печатается в авторской редакции

Редактор О.А. Петрова

ЛР № 020280 от 09.12.96. ПЛД № 50-25 от 01.04.97.

Подписано в печать . Формат 60´84 1/16. Печать офсетная.

Усл.печ.л. .Уч.–изд. Л. .Тираж экз.

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного университета. 305040 Курск, 50 лет Октября, 94.

Исследование линии электропередачи постоянного тока.

1. Изучение линии передачи низкого напряжения в различных режимах при неизменном напряжении источника электрической энергии.

2. Снятие характеристик линии передачи постоянного тока низкого напряжения.

Подготовка к исследованиям.

1. Ознакомиться с целью и порядком проведения работы. Заготовить отчёт.

2. Изучить по рекомендованному учебнику:

— Общая электротехника / Под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. (Гл. 1, §§1.1, 1.2, 1.4, 1.5).

— Борисов Ю.М. и др. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985 (гл.1 §1.1-1.10).

— Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983 (гл.1 §1.2-1.10,1.18).

— Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1984 (гл.1 §1.1-1.6).

Линией передачи называется промежуточное звено, соединяющее источник электрической энергии с её приёмником.

На рисунке 2.1 представлена электрическая схема цепи с линией передачи, где источник и приёмник структурно не раскрыты (представлены в виде двухполюсников). Провода линии передачи постоянного тока обладают сопротивлением, определяемым по формуле:

, (1)

где – удельное сопротивление материала, из которого изготовлены провода ;

l – длина проводов линии передачи (для двухпроводной линии передачи равна удвоенной длине линии передачи) (м);

А – площадь сечения проводов (мм 2 ).

Схема на рисунке 2.1 может быть представлена схемой замещения, изображённой на рисунке 2.2. От данной схемы перейдём к эквивалентной ей схеме электрической цепи, представленной на рисунке 2.3. Проведём анализ этой схемы, представляющей собой простую электрическую цепь, для которой справедлив второй закон Кирхгофа (считаем, что .

, (2)

где – напряжение в начале линии передачи;

– напряжение в конце линии передачи (на нагрузке);

– падение напряжения (или потери напряжения) в линии передачи, которое можно определить как:

(3)

Умножая левую и правую часть уравнения (2) на I, получаем основное энергетическое соотношение для рассматриваемой электрической цепи:

(4)

Произведение напряжения на ток есть мощность. Поэтому (4) запишется в виде:

(5)

Из полученных уравнений можно определить ряд величин: характеризующих работу линии передачи (характеристики линии передачи).

1. Напряжение в конце линии передачи (на приёмнике):

(6)

2. Мощность, отдаваемая линией передачи нагрузке:

(7)

3. К.п.д. линии передачи:

(8)

Сила тока I характеризует величину нагрузки.

По отношению к нагрузке линию передачи и источник электроэнергии можно рассматривать как двухполюсник. Поэтому как для всякого двухполюсника для линии передачи возможны четыре режима работы (номинальный режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания, согласованный режим).

1. Номинальный называется режим, при котором электротехническое устройство работает со значениями тока, напряжения, мощности, на которые оно рассчитано заводом-изготовителем и которые называются его номинальными (паспортными) значениями. Большинство электротехнических устройств рассчитывается и для работы именно в номинальном режиме.

2. Режимом холостого хода (ХХ) называется режим, при котором сопротивление нагрузки равно бесконечности (разрыв электрической цепи). При данном режиме справедливо следующее:

; ; ; ;

3. Режимом короткого замыкания (КЗ) называется режим, при котором сопротивление нагрузки равно нулю. В этом случае сопротивление цепи равно сопротивлению линии передачи и справедливо следующее:

; ; ; ; .

Для большинства электрических цепей и устройств режим короткого замыкания является аварийным.

4. Согласованным называется режим, при котором величина мощности нагрузки имеет максимальное значение. Для определения нагрузки при этом режиме находим производную и приравниваем её к нулю:

, отсюда = .

Таким образом, согласованный режим возникает при равенстве сопротивлении линии и нагрузки. Для данного режима справедливо следующее:

; ; .

Согласованный режим находит применение, например, в линиях связи, где К.п.д. линии не является определяющим фактором, но где необходимо в приёмнике иметь максимальную мощность.

Описание экспериментальной установки.

Исследования проводятся на стенде ЛЭС-5, напряжение на который подаётся с помощью блока включения. Для понижения напряжения до заданного значения используется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), подключенный к фазному напряжению трёхфазного источника питания. Для получения постоянного тока используется мостовой выпрямитель, собранный из диодов Д1–Д4. Линия передачи имитируется проволочным резистором R₄. В качестве нагрузке используется реостат РСПС с максимальным значением сопротивления 31 Ом. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.4. На этой схеме PV1 – вольтметр на 75В типа Э533, служит для измерения напряжения источника питания (напряжения в начале линии передач); PA – амперметр на 1А типа Э525, служит для измерения тока в цепи; PV2 – вольтметр на 30В типа Э532, служит для измерения напряжения в конце линии электропередачи.

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с приборами и аппаратурой, применяемыми в работе.

2. Собрать электрическую схему (рисунок 2.4), дать проверить её лаборанту или преподавателю и после этого не касаться токоведущих частей.

3. Переключателем В1 отключить нагрузку и выключателем Q блока включения подать на стенд напряжение. С помощью автотрансформатора установить напряжение в начале линии передачи в пределах 18-22В (величину напряжения задаёт преподаватель). Записать показание приборов в таблице 2.1 (режим холостого хода).

4. Установить движок нагрузочного реостата в крайнее нижнее положение, подключить переключателем В1 нагрузку к линии передачи и, поддерживая напряжение U₁ равным напряжению холостого хода, уменьшать сопротивление нагрузки, записывая показания приборов в таблицу 2.1. Последний замер произвести при полностью выведенном реостате (R_H=0 – короткое замыкание).

5. Отключить стенд от сети. Не разбирая схемы, показать результаты измерений преподавателю.

1. По полученным экспериментальным данным подсчитать значения , Р1, Р2, , η и внести их в таблицу 2.1.

2. На основании данных таблицы 2.1 построить характеристики линии передачи:

, , , , , .

3. Определить сопротивление линии передачи, используя выражение , и внести в таблицу 2.1. Подсчитав среднеарифметическое значение , по известному удельному сопротивлению стали и сечению провода А=0,5 мм 2 определить длину линии передачи l:

.

4. По заданным удельным сопротивлениям меди и алюминия и тем же значениям сечений и длине линии, что и в пункте 3 содержания отчёта, подсчитать сопротивление линии передачи, ток короткого замыкания и сравнить их с данными таблицы 2.1.

Читайте также: УДК 621.313

№№ пп	Измерено	Вычислено	Примечание
В	В	А	Вт	Вт	Вт	Вт	–	Ом
Режим ХХ
Согласованный Режим
Режим КЗ

1. От чего зависит падение напряжения в линии?

2. Объяснить вид характеристик линии передаче.

3. Какие режимы работы линии передачи Вы знаете?

4. От чего зависит ток короткого замыкания линии передачи?

5. При каком условии линия передачи передаёт нагрузке наибольшую мощность? Когда применяются линии, работающие в этом режиме?

6. Как изменяются характеристики линии электропередачи, если её выполнить из алюминиевого провода?

7. Как изменяются характеристики линии электропередачи, если вместо алюминиевого провода взять медный провод?

8. Как изменятся падение напряжения и потери мощности в линии передачи, если увеличить площадь сечения проводов?

1. Общая электротехника / под ред. Блажкина А.Т. Л.: Энергия, 1986 (разд.1.1 – 1.5)

2. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Электротехника М.: Энергоатом издат, 1985 (разд. 1.1 – 1.10)

3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983 (разд.1.2-1.10,1.18)

4. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высш. школа, 1984 (разд.1.1-1.6)

Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 9 ; Нарушение авторских прав