Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

108-2003

Методические указания

по выполнению лабораторной работы N 2

по дисциплине «Электроснабжение»

для студентов специальности 311400

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

дневной и заочной форм обучения

Воронеж 2003

Составители: д-р техн. наук А.И.Зайцев,

Канд. техн. наук В.А.Сергеев

УДК 658.26.001.2

Методические указания по выполнению лабораторной работы N 2 для студентов специальности 311400 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» дневной и заочной форм обучения, по дисциплине «Электроснабжение»/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. А.И. Зайцев, В.А. Сергеев. Воронеж, 2003, 36 с.

Даны краткие теоретические пояснения к существующим схемам энергоснабжения с изолированной, компенсированной и глухозаземленной нейтралями, с учетом возникновения в них симметричных и нессиметричных режимов нагрузки, а также однофазных коротких замыканий на землю.

По методике выполнения лабораторной работы даются: задание, указания по выполнению, требования к отчету, контрольные вопросы и перечень необходимой для подготовки литературы.

Предназначены для студентов 4-5-х курсов специальности 311400.

Табл. 4. Ил. 7. Библиограф. 6 назв.

Рецензент: канд. техн. наук А.Н.Низовой

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой ЭМСЭС

доц. В.П.Шелякин.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

© Воронежский

государственный

технический университет, 2003

Цель работы

Целью настоящей лабораторной работы является изучение влияния способа заземления нейтрали электроустановок напряжением до 1 кВ и свыше 1 кВ на надежность работы системы и повышению безопасности ее обслуживания.

Краткие теоретические пояснения

Выбор режима нейтрали электроустановок

В системах электроснабжения напряжением 6, 10, 20 и 35 кВ применяется, в основном, изолированная нейтраль, если величины емкостных токов замыкания на землю не превосходят указанных ранее допустимых значений, в противном случае применяются нейтрали, заземленные через дугогасящие аппараты, компенсирующие емкостной ток замыкания на землю. Применение дугогасящих катушек с автоматической компенсацией в настоящее время способствует более широкому распространению систем с компенсацией емкостных токов, технически более совершенных, чем системы с изолированной нейтралью. При напряжениях 6 и 10 кВ нейтраль генераторов обычно заземляется через активное сопротивление. В системах напряжением 110, 220 и 500кВ применяется глухое либо эффективное заземление нейтрали с разземлением нейтрали части трансформаторов при необходимости ограничения тока однофазно к.з.

В 3-х фазных электрических сетях напряжением 110кВ и выше, определяющим фактором при выборе способа заземления нейтрали является стоимость изоляции. Применяется в основном эффективное заземление нейтрали, при котором во время однофазного к.з. на землю напряжение на неповрежденных фазах равно приблизительно 0,8 линейного напряжения.

В современных низковольтных установках, согласно /4/, применяют следующие режимы нейтрали:

1) глухое заземление нейтралей трансформаторов и генераторов;

2) полностью изолированная нейтраль (только у генераторов);

3) нормально изолированная нейтраль трансформатора с включенным в нейтраль или фазу заземленным пробивным предохранителем.

В соответствии с ПУЭ в четырехпроводных сетях переменного тока 220/127 и 380/220 В или трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление обязательно, при номинальном напряжении 500 и 660В нейтраль должна быть надежно изолирована. В трехфазных трехпроводных сетях напряжением 380 и 220 В применяются оба вида нейтралей (ПУЭ не регламентирует запрещение того или иного режима нейтрали). Однако выбор того или иного режима нейтрали должен производиться с учетом всех местных условий с целью обеспечения наилучших условий безопасности /3/.

Порядок выполнения работы

Подготовка к проведению исследований

В ходе самостоятельной подготовки к выполнению работы, студент должен ознакомиться с назначением основных элементов лабораторного стенда, приборами и оборудованием, а также внимательно изучить раздел 2 настоящего методического руководства.

Определить по формулам (1)-(9) величины ожидаемых токов и напряжений, регистрируемых измерительными приборами при различных режимах нейтрали электрической системы. Данные емкостных сопротивлений фаз, а также параметры катушки индуктивности и трансформатора Тр1 нанесены непосредственно на лицевой панели стенда.

Внимание! Категорически запрещается производить включение или выключение силового автомата АП1 без разрешения ведущего занятия преподавателя.

4.2. Приведение исследований (экспериментов)

ВНИМАНИЕ! Перед началом каждого эксперимента необходимо убедиться в исправном состоянии лабораторного стенда (лампы НL1 – НL3 должны гореть с одинаковым накалом).

4.2.1. Система с глухозаземленной нейтралью в нормальных и аварийных режимах

Для проведения экспериментов замкнуть накоротко перемычкой (отрезок проводника) клеммы О₆ - О₇ активного сопротивления R_0.

Исходное положение: АП2 – “отключен”, АП3 – “включен”, АП4 – “отключен”.

Нормальный режим работы

Установить с помощью выключателей в фазах А-С симметричное состояние системы С_а=С_в=С_с=80 мкФ после чего произвести включение стенда автоматом АП1.

Рис. 7. Схема электрическая принципиальная лабораторной установки

Измерить величины напряжений каждой фазы трансформатора вольтметрами V_1, V_2, V₃ и ток в нейтрали V₄ относительно земли, а также токи в фазах I₁, I₂, I₃ и ток в нейтрали I₄.

Результаты измерений занести в табл. 1 (см. Приложение).

Несимметричный режим работы

Установить с помощью выключателей в фазах несимметричную нагрузку С_а=50 мкФ; С_в=80 мкФ; С_с=135 мкФ.

Определить показания всех приборов и результаты измерений занести в табл. 1 (см. Приложение).

Аварийный режим работы

Произвести замыкания фазы А на землю при произвольной нагрузке во всех путем замыкания автомата АП4. Система должна отключиться с помощью автомата АП1.

ВНИМАНИЕ! После окончания эксперимента 3 все автоматы и выключатели установки должны быть поставлены в положение “отключено”.

4.2.2. Система с нейтралью трансформатора, заземленной через активное сопротивление в нормальном и аварийном режимах (эффективное заземление нейтрали).

Для проведения экспериментов необходимо снять перемычку с клемм O₆ – O₇, т.е. ввести в нейтраль активное сопротивление R_0. Исходное положение: АП2, АП4 – “отключены”, АП3 – “включено”

Нормальный режим работы

Установить аналогично 1 симметричную нагрузку в фазах А-С. Записать показания всех приборов в табл. 2.

Несимметричный режим работы

Установить аналогично 2 несимметричную нагрузку в фазах. Записать показания всех приборов и занести их в табл. 2.

Аварийный режим работы

Произвести замыкание фазы А на землю включением автомата АПЧ, при этом нагрузка в фазах С и В должна быть равна: С_С=С_В=80 мкФ. Записать показания всех приборов и занести их в табл. 1. По данным опыта подсчитать величину R₀ и также занести в табл. 2.

ВНИМАНИЕ! После окончания эксперимента 6 все автоматы и выключатели лабораторной установки должны быть поставлены в положение “отключено”.

4.2.3. Система с изолированной нейтралью трансформатора в нормальном и аварийном режимах.

Установить с помощью выключателей в фазах А-С симметричную нагрузку С_А=С_в=С_с=80 мкФ, автоматы АП2, АП3, АП4 поставить в положение “отключено”.

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе выполняется на стандартных листах белой бумаги формата А4 (197х110мм) рукописным способом или с применением средств ввода-вывода современных ЭВМ аккуратно и в соответствие со стандартами ЕСКД. Титульный лист отчета должен содержать: наименование учебного заведения, кафедры, наименование темы лабораторной работы, Ф.И.О. студента, номер студенческой группы и дату выполнения работы.

На последующих листах отчета должны содержаться следующие материалы:

1. Принципиальная электрическая схема лабораторного стенда с краткой технической характеристикой лабораторного оборудования.

2. Результаты выполнения экспериментов 1–18 в виде заполненных табл. 1–5.

3. Векторные диаграммы напряжений и токов для нормальных и аварийных режимов работы для всех экспериментов 1 – 18 выполненные на миллиметровой или иной масштабно-координатной схеме с соблюдением следующих условий:

- масштаб по току принять m₁ = 0,2 А/см, масштаб по напряжению принять m_u = 5,0 В/см;

- считать, что для любого режима работы линейные напряжения в схеме U_АВ=U_ВС=U_СА=35 В. Фазовый сдвиг между векторами линейных напряжений равен 120⁰;

- при определении положения нейтральной точки 0^, в различных экспериментах из вершин полученного треугольника АВС (см. рис. 2), отложить величины напряжений U^‘_АО U^‘_ВО U^‘_СО (по данным эксперимента) в масштабе m_u;

- считать, что токи фаз являются чисто емкостными, пренебрегая активным сопротивлением фазы. При коротком замыкании фазы считать ток чисто активным.

4. Краткие выводы по величине напряжений и токов в системах с различными видами нейтралей;

5. Ответы на контрольные вопросы.

6 Контрольные вопросы для домашней

подготовки

6.1. Назовите основные схемы соединения нейтралей и области их применения по мощности и величине напряжения.

6.2. Какие системы называются “системами с большими токами замыкания на землю”?

6.3. В чем состоит физический смысл введения понятия “коэффициент заземления”?

6.4. Какие факторы учитываются при выборе способа заземления нейтрали.

6.5. Надежность заземления какой из систем выше через активное сопротивление R или через индуктивность реактора x_p? Ответ пояснить по векторной диаграмме и принципиальной схеме стенда.

6.6. Назовите недостатки систем с изолированной нейтралью.

Приложение

Таблица 1

Глухое заземление нейтрали

№ опытов	Положение автоматов АП2 – АП4	Параметры системы С1 – С3,Lk	Результаты измерений
UА,В (U1)	UВ,В (U2)	UС,В (U3)	UО,В (U4)	IА,А (I1)	Ib,А (I2)	IC,А (I3)	I4,А (I4)

Таблица 2

Эффективное заземление нейтрали

№№ опытов	Положение автоматов АП2 – АП4	Параметры системы С1 – С3,Lk	Результаты измерений
UА,В (U1)	UВ,В (U2)	UС,В (U3)	UО,В (U4)	IА,А (I1)	Ib,А (I2)	IC,А (I3)	Iс,А (I4)	I3,А (I5)

Таблица 3

Изолированная нейтраль

№№ опытов	Положение автоматов АП2 – АП4	Параметры системы С1 – С3, Lk	Результаты измерений
UА,В (U1)	UВ,В (U2)	UС,В (U3)	UО,В (U4)	IА, А	IВ, А	IC, А	I4,А	I3,А

Таблица 4

Резонансное заземление нейтрали

№№ опытов	Положение автоматов АП2 – АП4	Параметр системы С1-С3,Lk – С3,Lk	Результаты измерений
UА,В (U1)	UВ,В (U2)	UС,В (U3)	UО,В (U4)	IА,А (I1)	IВ,А (I2)	IC,А (I3)	I4А (I4)	I3,А (I5)
13а
13б
13в

Таблица 5

Обрыв одной фазы

№№ опытов	Положение автоматов АП2 – АП4	Параметр системы С1-С3,Lk – С3,Lk	Результаты измерений
UА,В (U1)	UВ,В (U2)	UС,В (U3)	UО,В (U4)	IА,А (I1)	IВ,А (I2)	IC,А (I3)	I4,А (I4)	I3,А(I5)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства. М.: Агропомиздат, 1990.

2. Харкута К.С. и др. Практикум по электроснабжению сельского хозяйства. М.: Агропромиздат, 1992.

3. Правила устройства электроустановок /М-во топлива и энергетики РФ, РАО “ЕЭС России”, 7-е изд., перераб. и доп. М.: “ДеАН”; - 2001.

4. Правила эксплуатации электроустановок потребителей “ДеАН”; изд. 6-е. - М.:ОРГРЕС; - 1999.

5. Князевский Б.А. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий: – Учебник для студ. вузов по спец. “Электропривод и автоматизация промышленных установок”; 3-е изд. М.:Высш. шк., 1986.

6. Учебное пособие к лабораторным работам по электроснабжению / Под. ред. А.А.Федорова Ч.1; М. Изд-во МЭИ, 1971.

Методические указания

по выполнению лабораторной работы N 2

по дисциплине «Электроснабжение»

для студентов специальности 311400

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

дневной и заочной форм обучения

Составители

Зайцев Александр Иванович

Сергеев Владимир Аронович

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать .03.03

Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл. печ. л. 2,4. Уч.-изд. л. 2,1. Тираж 100 экз. Заказ №

"С"

Воронежский государственный технический университет

394026, г. Воронеж, Московский просп., 14

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

108-2003

Методические указания

по выполнению лабораторной работы N 2

по дисциплине «Электроснабжение»

для студентов специальности 311400

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

дневной и заочной форм обучения

Воронеж 2003