Регистрация и отображение тока трехфазного короткого замыкания

Методические указания для выполнения лабораторных работ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Регистрация и отображение тока трехфазного короткого замыкания

1.1 Электрическая схема соединений

1.2 Перечень аппаратуры

1.3 Описание электрической схемы соединений

1.4 Указания по проведению эксперимента

1.5 Контрольные вопросы

1.2 Перечень аппаратуры

Таблица 1.1 Условия выполнения точной синхронизации.

1.3 Описание электрической схемы соединений

Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как первичный двигатель М1 с независимым возбуждением, присоединена к нерегулируемому выходу " ВОЗБУЖДЕНИЕ" источника G2, к регулируемому выходу " ЯКОРЬ" которого присоединена якорная обмотка этой же машины. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к розетке " 380 В" трехфазного источника питания G1.

Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как синхронный генератор G4, через гнезда " F1", " F3" присоединена к выходу возбудителя G3, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к розетке " 220 В" трехфазного источника питания G1.

Фазы статорной обмотки генератора G4 через блок синхронизации А3 и трехфазную трансформаторную группу А4 с фазными напряжениями 230 / 230 В присоединены к модели линии электропередачи А7, которая через трехполюсный выключатель А8 присоединена к выходу трехфазного источника питания G1.

Кроме того, использован выключатель А6, выводы которого с одной стороны, соединены с фазами сети между трансформатором А4 и моделью линии А7, а с другой стороны, замкнуты накоротко.

Блок А1 измерительных трансформаторов тока и напряжения использован для получения сигнала, пропорционального току генератора G4.

Плата сбора информации персонального компьютера А5 плоским проводом соединена с коннектором А2.

К аналоговым входам АСН0 и АСН1 присоединены выходы одного из трансформаторов тока блока измерительных трансформаторов тока и напряжения А1.

1.4 Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока (стр. 12).

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" источника G1.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А5, войдите в каталог “Программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Модель электрической системы»”, вызовите прикладную программу «Многоканальный записывающий осциллограф».

· Осуществите ручное подключение к сети синхронного генератора G4 методом точной синхронизации в соответствии с указаниями по проведению эксперимента 1 настоящего руководства.

· Используя возможности прикладной программы, установите продолжительность переходного процесса при коротком замыкании.

· Переключатель режима работы выключателя А6 установите в положение " РУЧН".

· Запустите прикладную программу и сразу после этого нажмите кнопку " ВКЛ." выключателя А6.

· Через 1…2 секунды нажмите кнопку " ОТКЛ." выключателя А6.

· Изменение тока статорной обмотки генератора G4 при коротком замыкании в сети наблюдайте на экране монитора компьютера.

· По завершении эксперимента поверните регулировочные рукоятки сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели " СЕТЬ" возбудителя G3, источника G2, указателя Р1 и выключателей А6, А8, отключите источник G1 нажатием на красную кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя.

1.5 Контрольные вопросы

1. Дайте определение таким понятиям, как режим работы системы, парамет­
ры системы, параметры режима, установившийся режим, переходный процесс, послеаварийный установившийся режим.

2. Какова вероятность коротких замыканий в электрических системах и ка­
кие существуют виды КЗ?

3. Перечислите наиболее часто встречающиеся причины возникновения ко­
ротких замыканий.

4. Каковы наиболее тяжелые последствия коротких замыканий?

5. Для каких целей проводятся расчеты коротких замыканий

Лабораторная работа №2.

Трехфазное АПВ линии электропередачи с односторонним питанием

1.1 Электрическая схема соединений

1.2 Перечень аппаратуры

1.3 Описание электрической схемы соединений

1.4 Указания по проведению эксперимента

1.5 Контрольные вопросы

1.2 Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	400 В ~; 16 А
А1	Трехфазная трансформаторная группа	347.1	3 х 80 В× А; 230 (звезда)/242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А2, А6, А12	Трехполюсный выключатель		400 В ~; 10 А
А3, А4	Модель линии электропередачи	313.2	400 В ~; 3 ´ 0.5 А
А5	Активная нагрузка	306.1	220/380 В; 50 Гц 3´ 0…50 Вт;
А7	Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения	401.1	600 В / 3 В (тр-р. напряж.) 0, 3 А / 3 В (тр-р. тока)
A8	Коннектор		8 аналоговых диф. входов; 2 аналоговых выхода; 8 цифр. входов /выходов
А9	Блок ввода/вывода цифровых сигналов		8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А10	Терминал		6 розеток с 8 контактами; 6´ 8 гнезд
А11	Персональный компьютер		IBM совместимый, Windows 9*, Монитор, мышь, клавиатура, Плата PCI 6024Е
Р1	Блок мультиметров	509.2	0...1000 В ; 0...10 А

1.3 Описание электрической схемы соединений

Активная нагрузка А5 получает питание от трехфазного источника G1 через последовательно включенные трехфазную трансформаторную группу А1 с напряжениями 230 / 230 В, выключатель А2 и линии электропередачи А3, А4.

К фазам между линиями А3, А4 подключены последовательно соединенные выключатели А6 и А12, выполняющие функцию короткозамыкателя. Выключатель А12 управляется вручную и служит непосредственно для моделирования короткого замыкания, в то время как выключатель А6, управляющийся от компьютера, предназначен для моделирования желаемого времени существования этого короткого замыкания.

Первичная обмотка трансформатора тока блока А7 включена в фазу L1 между выключателем А2 и линией А3.

Первичная обмотка трансформатора напряжения блока А7 включена между блоком А1 и выключателем А2 между фазами L1, L2.

Выходы измерительных трансформаторов напряжения и тока подключены соответственно к аналоговым дифференциальным входам ACH0-ACH8 и ACH1-ACH9 коннектора А8.

Цепи управления и контроля состояния выключателей А2, А6 и А12 через терминал А10 присоединены к цифровым входам/выходам блока А9.

Коннектор А8 с помощью ленточных проводников присоединен к плате сбора данных компьютера А11 и блоку А9.

Ток в линии электропередачи можно контролировать амперметром Р1.

1.4 Указания по проведению эксперимента

· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

· Соберите электрическую схему соединений тепловой защиты машины переменного тока (стр. 12).

· Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом " РЕ" источника G1.

· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

· Переключатели режима работы выключателей А2 и А12 установите в положение «АВТ.», а выключателя А6 – в положение «РУЧН.».

· Регулировочные рукоятки активной нагрузки А5 установите в крайние против часовой стрелке положения.

· С помощью регулировочных рукояток установите требуемые параметры моделей линии электропередачи А3, А4 (например, R=0 Ом, L/R_L = 1, 5/50).

· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А11.

· Включите источник G1.

· Включите выключатель «Сеть» на всех используемых в эксперименте блоках.

· Войдите в каталог С компьютера “Программное обеспечение учебного лабораторного комплекса «Модель электрической системы»” и запустите прикладную программу " Трехфазное АПВ линии электропередачи с односторонним питанием". Установите желаемые уставки защиты, кратность и уставки АПВ, а также уставку времени существования короткого замыкания (например оставьте те значения, которые используются по умолчанию).

· Меняя положение регулировочных рукояток нагрузки А5, установите по амперметру Р1 ток в модели линии А3 (А4), например, 0, 25 А.

· Нажмите на кнопку «Начать запись» на экране монитора компьютера.

· Введите защиту линии, нажав для этого кнопку «Ввести защиту».

· Непосредственно после этого смоделируйте короткое замыкание, нажав на кнопку «ВКЛ» выключателя A6.

· После срабатывания релейной защиты нажмите на кнопку «Остановить запись» на экране компьютера.

· Проанализируйте полученные осциллограммы напряжения и тока линии. При этом можно пользоваться следующими сервисными возможностями программы:

- Масштабирование графика производится путем нажатия на левую клавишу мыши и, не отпуская ее, движения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным движением – справа налево и снизу вверх.

- Двигать график относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на нем правой кнопки мыши и ее одновременного движения в нужную сторону.

- Для удобства определения значений величин по графикам в нижней части экрана отображаются текущие координаты указателя мыши.

· По завершении эксперимента нажмите кнопку «ОТКЛ.» выключателя А6, отключите источник G1, выключатели «СЕТЬ» блоков А2, А6 и А12.

1.5 Контрольные вопросы

1. Что такое обобщенный вектор трехфазной системы и какова его роль при
анализе режимов работы электрической машины?

2. Какими уравнениями описывается переходный процесс в синхронной ма­
шине?

3. Какие существуют схемы замещения явнополюсных и неявнополюсных
синхронных машин в расчетах переходных процессов?

4. Перечислите основные параметры синхронной машины и объясните их
физический смысл.

5. Как в расчетах переходных процессов представляются трансформаторы?

6. Назовите способы представления нагрузок в расчетах переходных про­
цессов.

Лабораторная работа №3.

Определение угловых характеристик P (d), Q (d), U (d) синхронного генератора.

1.1 Электрическая схема соединений

1.2 Перечень аппаратуры

1.3 Описание электрической схемы соединений

1.4 Указания по проведению эксперимента

1.5 Контрольные вопросы

1.2 Перечень аппаратуры.

1.3 Описание электрической схемы соединений.

Обмотка возбуждения машины постоянного тока, используемой как первичный двигатель М1 с независимым возбуждением, присоединена к нерегулируемому выходу " ВОЗБУЖДЕНИЕ" источника G2, к регулируемому выходу " ЯКОРЬ" которого присоединена якорная обмотка этой же машины. Вход питания источника G2 присоединен с помощью электрического шнура к розетке " 380 В" трехфазного источника питания G1.

Обмотка ротора машины переменного тока, используемой как синхронный генератор G4, через гнезда " F1", " F3" присоединена к выходу возбудителя G3, вход питания которого присоединен с помощью электрического шнура к розеток " 220 В" трехфазного источника питания G1.

Фазы статорной обмотки генератора G4 через блок синхронизации А2 и трехфазную трансформаторную группу А1 с номинальными фазными напряжениями 230 / 230 В присоединены к выходу трехфазного источника G1, через две последовательно соединенные модели линии электропередачи А3, А4 и трехфазную трансформаторную группу А5 с номинальными фазными напряжениями 230 / 230 В.

Частоту вращения генератора G4 можно контролировать с помощью указателя Р1, соединенного с выходом преобразователя G5.

Величину и частоту напряжения генератора G4 и сети можно контролировать с помощью измерителя напряжений и частот Р2.

Активную Р и реактивную Q мощности генератора G4 можно измерять с помощью измерителя мощностей Р3.

Фазовый угол d сдвига ЭДС генератора G4 и напряжения сети (угол нагрузки генератора) можно измерять с помощью указателя Р4 угла нагрузки синхронной машины, связанного контрольным кабелем с преобразователем угловых перемещений G5 и выходом источника G1 (сетью).

1.4 Указания по проведению эксперимента.

· Осуществите ручное подключение к сети синхронного генератора G4 методом точной синхронизации в соответствии с указаниями по проведению эксперимента раздела 1 настоящего руководства.

· Включите выключатель " СЕТЬ" указателя угла нагрузки Р4.

· Вращая регулировочные рукоятки источника G2 и возбудителя G3, установите равными нулю значения активной и реактивной мощностей генератора G4.

· С помощью потенциометров «ГРУБО» и «ТОЧНО» установки нуля указателя Р4 настройте последний путем установки его стрелки на нулевое значение (середину) шкалы. Если этого сделать не удается, то проводник, соединяющий гнездо «L» указателя P4 с гнездом «L2» источника G1, пересоедините так, чтобы он соединял гнездо «L» указателя P4 с гнездом «L1» или «L3» источника G1.

· Установите вращением регулировочной рукоятки возбудителя G3 требуемый ток возбуждения I_f генератора G4, например 1, 5 А, и поддерживайте его неизменным в ходе эксперимента.

· Вращая регулировочную рукоятку источника G2, изменяйте угол d нагрузки и записывайте показания указателя Р4 угла нагрузки синхронной машины, ваттметра и варметра измерителя мощностей Р3 и вольтметра, блока Р2 в таблицу 3.1.

Таблица 3.1.

· В случае перехода генератора G4 в асинхронный режим работы разгружайте его по активной мощности, вращая регулировочную рукоятку источника G2 против часовой стрелки до тех пор, пока не восстановится синхронная работа генератора с сетью.

· По завершении эксперимента, вращая регулировочную рукоятку источника G2, разгрузите генератор G4 по активной мощности, нажмите кнопку " ОТКЛ." блока синхронизации А2, поверните регулировочные рукоятки сначала у возбудителя G3, а затем у источника G2 против часовой стрелки до упора, отключите выключатели " СЕТЬ" возбудителя G3, источника G2, блока синхронизации А2, указателей Р1 и Р4, отключите источник G1 нажатием на кнопку – гриб и последующим отключением ключа – выключателя.

· Постройте в виде графиков угловые характеристики P (d), Q (d), U (d).

1.5 Контрольные вопросы

1. Что такое принципиальная и расчетная схемы замещения, в чем состоит их
отличие?

2. Каковы основные достоинства системы относительных единиц?

3. Что такое точное и приближенное приведение параметров схемы?

4. Каковы достоинства введения коэффициентов трансформации в базисные
напряжения?

5. Какие существуют схемы замещения основных элементов схемы в расчетах различных видов переходных процессов?

Лабораторная работа №4.