В. М. Фатєєв Рецензент: доцент, к т. н. Є. Д. Дьяков Рекомендовано кафедрою електропостачання міст icon

В. М. Фатєєв Рецензент: доцент, к т. н. Є. Д. Дьяков Рекомендовано кафедрою електропостачання міст


Схожі
В. М. Гаряжа Рецензент: Фатєєв В. М...
С. Е. Рожкова Рецензент: доц. І. Г. Абраменко Рекомендовано кафедрою електропостачання міст...
О.І. Колбасін Рецензент: І. Г. Абраменко Рекомендовано кафедрою електропостачання міст...
Н. І. Гомза Рецензент: канд екон наук, доцент В. О...
І. Л. Железнякова Рецензент: доц. Т.І. Світлична Рекомендовано кафедрою економіки будівництва...
С. В. Нестеренко Рецензент: Т. Д. Панайотова Рекомендовано кафедрою хімії, протокол №8 від 09...
О. А. Шекшуєв Рецензент: О. О. Чуприна Рекомендовано кафедрою економічної теорії...
Н. М. Золотова Рецензент: Ι.Ι. Кобзар Рекомендовано кафедрою тсп І см, протокол №9 вiд 20. 05...
М. С. Наумов Рецензент: канд екон наук Є. П...
Б. М. Коржик Рецензент: В.І. Торкатюк Рекомендовано кафедрою “Безпека життєдіяльності”...
О. А. Шекшуєв Рецензент: канд екон наук В. В. Косов Рекомендовано кафедрою економічної теорії...
І. А. Островський > О. А. Шекшуєв Рецензент: канд екон наук О. А...



страницы:   1   2   3   4   5


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ




ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ І ПІДСТАНЦІЙ

для студентів 3 курсу денної та 4 курсу заочної форм навчання

спеціальності 6.090603





Харків – ХНАМГ – 2007

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з електричних станцій та підстанцій (для студентів 3 курсу денної і 4 курсу заочної форм навчання спеціальності 6.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання»). Укладачі: Воропай В. Г., Гаряжа В. М., Фатєєв В. М.

Харків: ХНАМГ, 2007. – 74 с.


Укладачі: В. Г. Воропай,

В. М. Гаряжа,

В. М. Фатєєв


Рецензент: доцент, к.т.н. Є. Д. Дьяков


Рекомендовано кафедрою електропостачання міст,

протокол № 6 від 21.01.2007 р.


Передмова

Специфіка об'єктів, які і вивчаються у дисципліні “Електричні станції й підстанції систем електропостачання” ускладнює можливість використання для їхнього вивчення в лабораторних умовах таких методів, як активний експеримент і фізичне моделювання.

У даному лабораторному практикумі наведені лабораторні роботи, які охоплюють різні розділи курсу й засновані на розрахункових дослідженнях математичних моделей об'єктів вивчення дисципліни за допомогою ЕОМ. Розрахункові дослідження здійснюються по готових програмах. Наведені програми можуть бути використані також при виконанні розрахунково-графічних робіт, курсових і дипломних проектів.

Виконання частини лабораторних робіт передбачається на реальному обладнанні електричних станцій і підстанцій, наявному в лабораторії.

Опис кожної лабораторної роботи містить домашнє завдання, порядок виконання роботи, зміст звіту, список літератури.

Лабораторні роботи виконує бригада у складі 2-3-х студентів. Перш ніж приступити до роботи, студенти знайомляться з правилами техніки безпеки, про що робиться відповідний запис в журналі інструктажа по техніці безпеки.

Для успішного виконання лабораторної роботи студентам необхідно заздалегідь ознайомитися з методичними вказівками і відповідною літературою, провести необхідні теоретичні розрахунки, підготувати протоколи звіту з таблицями для результатів вимірювань.
^

Лабораторна робота №1


ПОБУДОВА Й ДОСЛІДЖЕННЯ ГРАФІКІВ НАВАНТАЖЕННЯ ПІДСТАНЦІЙ


1.1. Мета роботи: Закріпити знання теми “Графіки електричних навантажень електроустановок” .


1.2. Загальні положення

Як відомо, споживання електроенергії окремими підприємствами, населенням, транспортом протягом доби та року нерівномірне. Режим споживання електроенергії може бути представленим графіком навантаження – залежністю активної, реактивної чи повної потужності від часу. (Рис.1.1)

Х
Рис. 1.1. - Добовий графік навантаження
арактерними величинами добового графіка є максимальне навантаження ; мінімальне , а також середньодобове – .Крім цього показником є коефіцієнт нерівномірності навантаження Річні графіки будують по характерних добових графіках для зимових, весняно-осінніх і літніх днів. При цьому ординати цих графіків розташовують вздовж осі абсцис від 0 до 8760 у порядку їх значень. Такі графіки називаються графіками по тривалості. Площа річного графіку в деякому масштабі відповідає електроенергії W, спожитій протягом року, а площа добового графіку – добовому споживанню електроенергії. Відношення називають тривалістю використання максимального навантаження. Графіки навантажень дозволяють прогнозувати очікувані максимальні навантаження, режим і розміри споживання електроенергії, обґрунтовано проектувати розвиток системи електропостачання. Чим більш рівномірні графіки навантаження, тим більш легко забезпечити її економічність. Розрахунок графіків навантаження виконують за допомогою програм GR1 і GR2.

Програма GR1 призначена для побудови графіків навантажень розподільних підстанцій міської мережі (кВт), до яких споживачі підключаються на напрузі 0.38 (0.22) кВ, а GR2 – для побудови графіків навантажень центрів живлення міської мережі (МВт), тобто підстанцій, до яких споживачі підключаються на напрузі 10 (6) кВ.

При складанні програм використаний такий метод побудови графіків:

- шляхом підсумовування графіків споживачів по годинах доби обчислюється графік споживання, який відрізняється від графіка навантажень на величину втрат потужності в мережі;

– змінні втрати в мережі в будь-яку годину доби () при навантаженні визначаються за формулою

(1.1)

де – втрати в мережі у відсотках від ;

- підсумовуються графік споживання й графік втрат.

Тобто, в основі алгоритму програм лежить обчислення сумарного навантаження всіх споживачів даної підстанції за кожну годину доби з урахуванням втрат потужності в мережі.

У програмах передбачені типові графіки (у відносних одиницях) найбільш характерних споживачів, тому вони можуть бути використані не тільки для побудови графіків навантажень підстанцій, але і як демонстраційні, для одержання типових графіків навантажень.


^ 1.3. Порядок виконання роботи

1). Вивчити теоретичний матеріал [2, 4].

2). Одержати у викладача вихідні дані для виконання роботи.

3). Використовуючи пропоновані програми:

3,а). Всі перераховані в завданні споживачі розділити на 2 групи (живлення кожної групи передбачається від окремої підстанції).

3,б). Ознайомитись з типовими добовими графіками окремих споживачів електроенергії.

3,в). Використовуючи наявні в програмах типові добові графіки ряду споживачів, побудувати добові графіки навантаження кожної підстанції.

3,г). Розрахувати – , , .

Порядок роботи із програмами GR1 й GR2 такий:

після трансляції програми на екран дисплея виводиться перелік наявних типових графіків і запит “Хочете подивитися один із графіків? (ТАК - введіть номер графіка, НІ - 100)” (за бажанням користувача на екран послідовно можна виводити будь-які наявні в програмі графіки);

– для побудови графіка навантаження підстанції необхідно визначити яку кількість типових графіків буде використано, задатися величиною максимальних втрат у мережі і ввести цю інформацію із запиту ЕОМ; далі для кожного графіка необхідно ввести його номер і максимальне навантаження споживача в кВт або МВт;

- якщо використаються індивідуальні графіки споживачів, то по запиту ЕОМ необхідно ввести їхню кількість, самі графіки у відносних одиницях і максимальні навантаження споживачів;

– після введення всієї інформації виконується розрахунок графіка, і на екран дисплея виводиться графік у вигляді таблиць навантажень в іменованих і відносних одиницях, а також максимальна величина навантаження (), середнє навантаження ( ) і коефіцієнт нерівномірності навантаження ;

- отриманий графік навантаження може бути побудований на екрані дисплея або роздрукований.

Отримані графіки необхідно замалювати й записати такі показники:

3,д). Змінюючи перелік споживачів електроенергії кожної підстанції скласти різні варіанти навантаження кожної підстанції, намагаючись наблизити коефіцієнт навантаження до одиниці.

Отримані графіки замалювати й записати

3,е). Проаналізувати отримані результати та вибрати оптимальний варіант навантаження для кожної підстанції. Для кращих варіантів роздрукувати графіка навантаження ПС і визначити



де п - кількість ступенів графіка.


^ 1.4. Зміст звіту

1). Завдання для виконання роботи.

2). Графіки навантаження кожної підстанції з вказівкою .

3). Роздруківку оптимального варіанту навантаження кожної ПС.

4). Висновки.


^ 1.5. Питання для самоперевірки.

1). Поясніть значення типових графіків навантаження споживачів.

2). Які показники характеризують графіки навантаження?

3). Як визначити за графіком навантаження вироблену (спожиту) електроенергію за розглянутий період?

4). Поясніть побудову річних графіків:

а) по тривалості навантаження;

б) максимальних навантажень.

5). Які техніко - економічні показники, можна визначити із графіків навантаження.

6). Поясніть використання графіків навантажень.


Лабораторна робота №2

^ ПОБУДОВА Й ДОСЛІДЖЕННЯ ГРАФІКІВ НАВАНТАЖЕННЯ ТЕЦ


2.1. Мета роботи

Закріпити знання теми “Графіки електричних навантажень електроустановок” шляхом моделювання графіків навантаження ТЕЦ.


^ 2.2. Загальні положення

Як відомо, теплоелектроцентралі призначені для централізованого постачання промислових підприємств і міст теплом та електроенергією. Режим ТЕЦ – добовий та сезонний – визначається, в основному, споживанням тепла. Звичайно ТЕЦ розташовують в центрі теплового навантаження, якому відповідає велике споживання електроенергії. Тому, щоб уникнути подвійної трансформації, вигідно всю електроенергію, яку виробляє ТЕЦ, або значну частину її передавати місцевим споживачам на генераторній напрузі. Внаслідок цього потужність генераторів і трансформаторів зв'язку станції з системою не співпадають. Ця потужність приймається з розрахунку, щоб була забезпечена передача надлишкової електроенергії в систему при максимальному тепловому споживанні і мінімальному електричному навантаженні району, а з іншого боку, щоб було забезпечене живлення району від системи при максимальному електричному навантаженні і мінімальному тепловому споживанні. Дослідження графіків навантаження ТЕЦ виконуєься з допомогою програма GR3, яка призначена для побудови добового графіка навантаження трансформаторів зв'язку ТЕЦ із енергосистемою при заданих графіках роботи ТЕЦ (графік навантаження генераторів) і споживачів на генераторній напрузі (місцевого навантаження). Для одержання графіка навантаження трансформаторів зв'язку із графіка навантаження генераторів віднімається графік споживання місцевого навантаження й витрата електроенергії на власні потреби . При значних коливаннях навантаження електростанцій враховується змінний характер споживання власних потреб.

, (2.1)

де - потужність, яка віддається з шин станції;

- установлена потужність генераторів;

- максимальна витрата на власні потреби.

Крім того обчислюється добовий баланс активної електроенергії по ТЕЦ у цілому.


^ 2.3. Порядок виконання роботи

1). Одержати у викладача завдання для виконання лабораторної роботи.

2). Підготувати вихідні дані, необхідні для виконання роботи.

3). Побудувати графіки споживання потужності на генераторній напрузі й графіки навантаження трансформаторів зв'язку.

4). Визначити основні техніко - економічні показники навантаження (середнє навантаження, коефіцієнт використання встановленої потужності, коефіцієнт заповнення, тривалість використання встановленої потужності й т. д.).

Порядок роботи із програмою GR3 наступний:

Вихідні дані для розрахунку готуються й уводяться по запиту ЕОМ у такому порядку:

– встановлена потужність електростанції ( ), МВт;

– максимальне навантаження за графіком навантаження генераторів ( ), МВт і кількість ступенів графіка ;

– графік навантаження генераторів, який представляється у вигляді тривалості ступеня (у годинах) і величини навантаження ступеня у відносних одиницях;

– максимальна витрата на власні потреби ( ) в % від , втрати в мережі місцевого навантаження в % від максимальної;

– кількість споживачів місцевого навантаження.

Для кожного споживача потрібно знати максимальне навантаження (МВт), кількість ступенів графіка навантаження, а також сам графік у вигляді тривалості ступеня й величини навантаження у відносних одиницях.

У результаті розрахунку на монітор за бажанням користувача може бути виведена така інформація:

- максимальні навантаження генераторів, місцевого навантаження, власних потреб, трансформаторів зв'язку, МВт;

- добові графіки активного навантаження генераторів, місцевого навантаження, власних потреб, трансформатора зв'язку, МВт;

- вироблення електроенергії генераторами, споживання її місцевим навантаженням, власними потребами й передача через трансформатор зв'язку, МВт ×год.

Та ж інформація може бути роздрукована.


^ 2.4. Зміст звіту

1). Завдання для виконання роботи.

2). Графіки навантаження ТЕЦ.

3). Основні техніко – економічні показники навантаження, отримані із графіків.

4). Висновки.


^ 2.5. Питання для самоперевірки

1). Пояснити сутність графіків навантаження електричної системи і їх вплив на режим роботи електростанцій.

2). Режими роботи й основні техніко - економічні показники ТЕЦ.

3). Назвати основні показники графіка навантаження.

4). З якою метою використовуються графіки електричних навантажень й їхні різновиди?

Лабораторна робота №3


^ ДОСЛІДЖЕННЯ НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ЗДАТНОСТІ,

СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ


3.1.Мета роботи

Дослідити навантажувальну здатність силових масляних трансформаторів, в різних умовах експлуатації залежно від режиму навантаження, температури охолоджуючого середовища, теплових параметрів і способу охолоджування трансформаторів; набути навичок оперативних розрахунків навантажувальної здатності трансформаторів, за допомогою ЕОМ.


^ 3.2.Загальні положення

Силові трансформатори загального призначення, особливо розподільні, як правило, працюють з нерівномірним навантаженням, при цьому відхилення миттєвого значення струму навантаження від середньодобового можуть іноді| досягати + 50 % і більше, звичайно з| певною періодичністю, як протягом доби, так і по сезонах року. Температура охолоджуючого середовища також коливається в широких межах.

В таких умовах при проектуванні підстанцій номінальна потужність трансформатора для кращого її використання вибирається меншою максимального добового навантаження з розрахунком на те, що в деякі години доби трансформатор повинен перевантажуватися. Оскільки перевантаженням він може піддаватися систематично, то умовою їх допустимості є збереження нормального терміну служби ізоляції трансформатора.

У аварійній ситуації головною умовоюзадачею є безперебійність електропостачання споживачів. Тому при ненавмисному відключенні одного з паралельно працюючих трансформаторів, ті, що залишилися в роботі, до ліквідації аварії, повинні допускати певне перевантаження. В цьому випадку можна допустити певне зниження терміну служби трансформатора.

Сукупність допустимих навантажень, систематичних і аварійних перевантажень визначають навантажувальну здатність трансформаторів.

У основі розрахунку навантажувальної здатності лежить теплове зношення ізоляції трансформатора. Під впливом температури і низки інших чинників фізико-хімічні властивості твердої ізоляції з часом зазнають зміни, при цьому ізоляція стає крихкою. Хоча електрична міцність її практично не знижується, вона більше не здатна витримувати механічні навантаження від вібрацій або коротких замикань. Цей незворотний процес називається старінням. Швидкість старіння ізоляції залежить від температури, а досягнутий ступінь старіння - від температури і часу її дії.

Для розрахунку навантажувальної здатності потрібно визначити температуру в найбільш нагрітих місцях обмотки, а також залежність швидкості старіння ізоляції від температури і температуру, при дії якої трансформатор працюватиме заданий, економічно виправданий термін.

Розрахунок температури найбільш нагрітої точки обмотки Тоб зводиться до визначення величини, на яку температура верхніх шарів масла перевищує температуру охолоджуючого середовища θм і температура найбільш нагрітої точки обмотки - температуру масла при несталих режимах нагрівання θнб.н.н.т., а також незмінній температурі охолоджуючого середовища, еквівалентній тій, що природньо змінюється.

Встановлено, що для трансформаторів справедливе співвідношення ,де - втрати потужності в трансформаторі.

Тобто і , звідки , (3.1)

де і - паспортні втрати активної потужності в сталі і міді трансформатора відповідно;

;

- перевищення температури масла у верхніх шарах над температурою охолоджуючого середовища;

- відносне навантаження трансформатора.

Згідно з рекомендаціями ГОСТ 14209-97 приймається x = 0.9, = 55° С для трансформаторів з системами охолоджування М і Д; x = 1.0, = 400С для трансформаторів з системами охолоджування Ц і ДЦ.

Для перевищення температури обмотки в найбільш нагрітій точціточці над температурою масла справедливе співвідношення



Тому (3.2)

Далі , (3.3)

де - перевищення температури найбільш нагрітої точки обмотки над температурою масла у верхніх шарах.

Згідно ГОСТ 14209-97 у| = 1.6 для трансформаторів з системами охолодження МіД;у = 1.8 для трансформаторів з системами охолодження ДЦ і Ц.

При нерівномірному графіку навантаження трансформатора його тепловий режим безперервно змінюється, причому закони зміни температури масла і температури обмотки відрізняються один від одного.

Розглянемо наявний багатоступінчастий графік навантаження трансформатора. Для перевищень температури масла у верхніх шарах можна записати (індекси М опущені)



(3.4)

. . . . . . . . . . . .

,

де , ,. . . - сталі перевищення температури масла у верхніх шарах, відповідно при навантаженнях ;

- постійна часу нагріву трансформатора.

Постійні часу трансформаторів відповідно до ГОСТ 11677-85 повинні міститися в паспорті трансформатора. За відсутності таких даних в паспортах трансформаторів, випущених після|потім| 1975 р., слід приймати такі значення теплових постійних:

τ= 3 год. для трансформаторів із системами охолодження М і Д;

τ= 2 год. для трансформаторів з системами охолодження ДЦ і Д.

Для трансформаторів, випущених до 1975 р., рекомендується приймати теплові постійні часу нагрівання, наведені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 - Значення теплових постійних часу

Система охолодження

Потужність трансформатора, кВА

Вища напруга, кВ

Значення Т, год.

М, Д

До 6300 включно

До 10 кВ включно

2.5

М, Д

Від 10000 до 40000 включно

35

3.0

М, Д

Більше 40000

35

2.0

М, Д

Від 2500 до 25000

включно

110

3.0

М, Д

Більше 25000

110

2.0

ДЦ, Ц

Більше 25000

Більше 110

1.5


Розв'язання Розв'язання системи рівнянь (3.4) дозволяє знайти початкове перевищення температури масла і перевищення температури масла в кінці будь-якого ступеня х.

Постійна часу нагріву обмоток значно менша постійної часу нагріву трансформатора і складає декілька хвилин. Тому можна вважати, що при ступінчастій зміні навантаження температура обмотки в найбільш нагрітій точці точці у момент зміни навантаження міняється стрибком від одного сталого значення до іншого, а далі міняється відповідно відповідно дозвідповіднозміні температури масла. Значення визначається з виразу (3.3).

На основі результатів розрахунку температури обмотки прийнято визначати відносне зношення ізоляції трансформатора. Відповідно до [5] прийнято, що при зміні температури ізоляції на 6 °С термін служби її або зношення змінюється удвічі в порівнянні з нормальним добовим зношенням при температурі найбільш нагрітої точки обмотки, рівній 98 °С. При цьому використовують розрахункові формули

(3.5)

, (3.6)

де і - відповідно, відносне зношення ізоляції на даному ступені графіка навантаження і за добу;

Тох.- еквівалентна температура охолоджуючого середовища.

ГОСТ 14209-97 рекомендує визначати навантажувальну здатність трансформатора, залежно від умов експлуатації з використанням таблиць, проте це наближені розрахунки. Для строгого визначення температури масла і обмоток, а також відносного зношення ізоляції доцільно використовувати ЕОМ. В цій роботі пропонується застосування програми RT 1.

Програма призначена для розрахунку температур обмотки і масла трансформатора, а також зношення ізоляції при заданому ступінчастому графіку навантаження і температурі охолоджуючого повітря. Вона розрахована на роботу в діалоговому режимі. Розрахунок виконується відповідно до методики, викладеної вище.

Вихідними ихідними| даними для розрахунку є такі параметри номінального режиму трансформатора: номінальна потужність Sн, МВ·А; номінальні втрати короткого замикання ΔРк і холостого холостого ходу ΔРх, кВт; постійна часу нагріву трансформатора τ, год.; параметри Х і У|в,біля|, що характеризують спосіб охолодження трансформатора.

Умови роботи трансформатора задаються наступнимислідуючими даними: максимальне навантаження Sм, МВ·А|; еквівалентна температура повітря Тох °С; ступінчастий графік навантаження у відносних одиницях (кількість ступенів графіка) nст; тривалість кожного ступеня |рівні|tс, год., і відносне значення ступеня|рівня| γi. Відносне навантаження трансформатора на кожному ступені|рівні|



У основній розрахунковій частині програми визначаються температури верхніх шарів масла в найбільш нагрітій точці обмотки на кожному ступені графіка з необхідним числом ітерацій до збіжності температур на початку першого і в кінці останнього ступеня графіка і досягнення встановленої точності розрахунку ε = 1.

У програмі передбачається порівняння температур масла і обмотки на кожному ступені графіка з найбільшими припустимими значеннями. Якщо розрахункова температура перевищує припустиме значення, то на екрані монітору з'являється інформація про це у вигляді тексту "НА СТУПЕНІ І Тоб > 160 ГРАД" або "НА СТУПЕНІ I Тм| >115 ГРАД" і розрахунок припиняється. Якщо розрахункові температури масла і обмотки перебувають в допустимих межах, то виконується повний розрахунок відносного зношення ізоляції.

Діалогова форма побудови програми дозволяє по ходу розрахунку змінювати наступні вихідні дані: параметри Х і У|в,біля|, постійну часу τ, розрахункове навантаження, потужність і тип трансформатора; графік навантаження і температуру охолоджуючого повітря. Такий спосіб розрахунку дозволяє підібрати найбільше навантаження, можливе за температурним режимом і допустимим терміном служби, при врахуванніурахуванні зимового і літнього графіків навантаження, визначити ступінь обмеження навантаження трансформатора в аварійному режимі.


^ 3.3. Порядок виконання роботи

1). Одержати|отримати| у|в,біля| викладача завдання|задавання| і вихідні дані, необхідні для його виконання (дані трансформаторів прийняти за довідковою літературою).

2). На ЕОМ розрахувати:

2,а). Оптимальне навантаження трансформатора Sопт. Як початкове навантаження прийняти Sр поч. = Sн.тр, а далі дискретно збільшувати Sр доки добове зношення ізоляції наблизиться до 1 (5-6 значень). Температуру охолоджуючого середовища не змінювати. Результати розрахунків занести в таблицю 3.2.

Таблиця 3.2. - Знаходження оптимального навантаження трансформатора

Розрахункове навантаження, Sр

Температура нагріву масла, Тм

Температура нагріву обмотки, Тоб

Добове зношення ізоляції

Sн.тр


























































Sопт







≈ 1


2,б). Розрахувати залежність температури масла Тм і температури обмотки Тоб від температури оходжуючого середовища Тох (Тм=f(Тох), Тоб=f(Тох)). Навантаження трансформатора прийняти рівним Sопт. Температуру охолоджуючого середовища змінювати у межах -15 +350С (5-6 значень). Результати розрахунку занести в таблицю 3.3.

Таблиця 3.3. - Залежність Тм=fох), і Тоб=fох)

Температура охолоджуючого середовища, Тох 0С

Температура нагріву масла, Тм

Температура нагріву обмотки, Тоб

Добове зношення ізоляції

-15














































+35











2,в). Розрахувати залежність температури масла Тм і температури обмотки Тоб від постійної часу нагріву трансформатора τ Тм=f(τ), і Тоб=f(τ). Значення τ прийняти рівними 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 год. Результати розрахунку занести в таблицю 3.4.


Таблиця 3.4. - Залежність Тм=f(τ), і Тоб=f(τ)

Постійна часу нагріву, τ

Температура нагріву масла, Тм

Температура нагріву обмотки, Тоб

Добове зношення ізоляції

1.5










2










2.5










3











Всі вищезазначені розрахунки необхідно виконати для двох заданих графіків навантаження.


^ 3.4. Зміст звіту

1). Завдання для виконання роботи.

2). Результати розрахунку на ЕОМ.

3). Залежності та .

4). Висновки.

^ 3.5. Контрольні питання

1). Які ви знаєте системи охолоджування трансформаторів?

2). Поясніть розподіл температур в трансформаторі та норми нагріву.

3). Які ізоляційні матеріали застосовують при виготовленні
трансформаторів?

4). Поясніть критерії старіння твердої ізоляції та залежність старіння
від температури.

5). Поясніть розрахункові схеми і методи визначення температури найбільш нагрітої точки обмоток трансформатора.

6). Які існують види перевантажень трансформаторів?

7). Поясніть умови вибору номінальної потужності трансформаторів з урахуванням |з врахуванням|їх навантажувальної здатності|здібності|.

8). Поясніть вибір номінальної потужності трансформаторів| за розрахунковими максимумами навантаження.


Лабораторна робота №4


^ ДОСЛІДЖЕННЯ ШИННИХ КОНСТРУКЦІЙ


4.1. Мета роботи

Дослідити нагрівання шинних конструкцій прямокутної форми, виконаних з алюмінію, струмами нормального режиму і струмами короткого замикання, а також електродинамічних впливів між шинами в системах трифазного струму.


^ 4.2.Загальні положення

4.2.1. Нагрівання шинних конструкцій при нормальному режимі і при коротких замиканнях.

Однією з найважливіших умов надійності роботи шинних конструкцій є правильний вибір їх відносно нагріву при різних режимах роботи. Слід розрізняти два основні режими нагріву:

перший режим – тривале нагрівання робочим струмом. У цьому режимі провідник набуває певної сталої температури.

другий режим – короткочасне нагрівання струмом, який значно перевищує робочий. Найбільш характерним випадком такого режиму є коротке замикання. У цьому режимі температура провідника безперервно підвищується в перебігу всього процесу короткого замикання.

Метою всіх теплових розрахунків шинних конструкцій є перевірка: чи не виходить температура нагріву їх різних елементів за припустимі межі.

Припустимі температури нагріву неоднакові для різних провідників і частин апаратів. В основному вони визначаються механічною міцністю струмопровідних частин. Для неізольованих алюмінієвих провідників, до яких відносяться шини, встановлена допустима температура 700С (тобто відносно низька), щоб забезпечити надійну роботу контактів і не допустити надмірного нагрівання ізольованих частин апаратів, до яких вони примикають.

Допустима температура при короткочасному нагріванні вища, ніж при тривалому. Для алюмінієвих шин вона складає 2000С.

Шини відносяться до однорідних провідників. Тепловиділення і тепловіддача, віднесені до одиниці довжини, однакові по всій довжині. Отже, температура шини також постійна по всій довжині, і передача тепла вздовж, неї відсутня. Теплообмін відбувається тільки з поверхні шини через конвекцію і випромінювання.

У сталому тепловому стані все тепло, що виділяється в шині в одиницю часу, віддається в навколишнє середовище:

, (4.1)

де – тепловий потік, Вт;

активний опір шини, ом;

струм в шині, А.

Як так і є функцією температури шини. Задавшись температурою шини і температурою повітря , можна визначити активний опір шини і тепловий потік з її поверхні, а також з виразу (3) струм

(4.2)

Залежність активного опору шини плоскої форми від температури в межах від –100 до +4000С близька до лінійної і може бути представлена таким чином:

, (4.3)

де та – активний опір при температурі, рівній, відповідно ;

деяка умовна температура, залежна від властивостей матеріалу шини. Для алюмінію .

Тепловий потік з поверхні шини має дві складові: через випромінювання (пр.) і через конвекцію (к.). Згідно закону Стефана – Больцмана, кількість енергії, яка випромінюється абсолютно чорним тілом, пропорційна четвертій степені його абсолютної температури. Для більшості твердих не абсолютно чорних тіл цей закон зберігає свою силу, але|та| коефіцієнт пропорційності зменшується залежно від стану поверхні даного тіла. На підставі цього закону віддача тепла випромінюванням може бути виражена рівнянням

, (4.4)

де F– випромінювана поверхня на одиницю довжини, м2;

температура поверхні шини і температура повітря в Ко;

постійна випромінювання, залежна від стану поверхні нагрітого тіла.

Значення для поверхонь шин, що найбільш часто зустрічаються, приведені табл.| 4.1.

Таблиця 4.1. - Постійна випромінювання

Рід поверхні



Алюміній окислений

0.11

Алюміній полірований

0.04

Алюміній, пофарбований емалевою фарбою

0.6 – 0.8


Віддачу тепла вільною конвекцією для найбільш простих випадків, що часто зустрічаються в практиці, можна визначити за формулою:

, (4.5)

де – перевищення температури шини, 0С;

поверхня шини на одиницю довжини, м2;

а – деяка функція визначального розміру поверхні (в даному випадку – ширина шини); значення а наведені в табл. 4.2.

Таблиця 4.2. - Значення функції а

Висота поверхні тепловіддачі, м

0.3

0.2

0.15

0.1

0.05

Значення функції а, Вт/(м2град1.25)

1.0

1.35

1.53

1.76

2.7


Повний тепловий потік з поверхні шини, віднесений до одиниці довжини, дорівнює

Ф = Фк + Фп

Як відомо, навантаження станції, підстанції, окремого приєднання – непостійне. При зміні навантаження змінюється ітемпература шини. Тепловий стан шини в перехідному режимі описується диференціальним рівнянням

, (4.6)

де ^ Р – потужність джоулевих| втрат, Вт:

С – теплоємність тіла, Вт·с/0С;

перевищення температури, 0С:

Ф – тепловий потік з поверхні, Вт.

Після інтегрування і перетворення отримуємо вираз для визначення поточної величини перевищення температури, коли на початку процесу нагріву температура шини дорівнює температурі навколишнього повітря

, (4.7)

де усталене перевищення температури при заданому струмі;

t – поточне значення часу;

Т – постійна часу нагріву, яка є відношенням повної теплоємності шини до теплового потоку з її поверхні в навколишнє середовище при перевищенні температури 10С.

При t=T

(4.8)

тобто на протязі часу, який дорівнює Т, перевищення температури провідника досягає приблизно 2/3 усталеного значення.

Якщо припустити, що теплообмін відсутній, рівняння (6) набирає вигляду: , звідки , (4.9)

тобто перевищення температури пропорційне часу і потужності втрат.

При t=T перевищення температури досягає значення ,

де F – поверхня тіла, м2;

коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2 0С), що враховує всі види теплообміну.

При короткочасному протіканні струму| короткого замикання температура нагріву шини визначається як сума температури нагріву шини до короткого замикання і температури перегріву його струмом короткого замикання тобто .

Час протікання струму короткого замикання дуже невеликий і не перевищує декількох секунд або навіть долей секунди, що дозволяє не враховувати відведення тепла в навколишнє середовище за час короткого замикання і вважати, що все виділене в шині тепло йде на підвищення його температури.

Повна температура нагріву провідника при короткому замиканні

, (4.10)

де Рср – середній питомий опір матеріалу шин, Ом м;

С – питома теплоємність, Вт с/м3;

сталий струм короткого замикання, А;

^ S – переріз провідника, м2;

tф– фактичний час дії струму короткого замикання.

Це час, протягом якого сталий струм нагріває шину до тієї ж температури, до якої вона була нагріта струмом короткого замикання, який змінюється у часі, за дійсний час τ.

Струм короткого замикання складається з періодичного і аперіодичного струмів, відповідно до чого приймають:

, (4.11)

де tфп – фактичний час дії періодичного струму;

tфа – те ж аперіодичного струму.

При короткому замиканні у віддаленій точці періодична складова струму короткого замикання не змінюється, тому

,

де – час дії релейного захисту.

власний час вимикання вимикача.

Аперіодичний струм затухає швидко (на протязі 0.2 – 0.1с), тому при визначенні температури нагріву струмом короткого замикання його слід враховувати тільки при розрахунковому часу .


^ 4.2.2 Електродинамічні сили взаємодії в трифазній шинній конструкції при короткому замиканні.

Визначенню підлягають електродинамічні сили, що виникають між шинами трифазної системи при короткому замиканні. При цьому розглядається варіант розташування шин в одній площині на рівних відстанях.

Струм| короткого замикання є функцією часу; отже, і електродинамічні сили також є | функціями часу. Вони залежать від виду замикання, фази вмикання, значення періодичної складової струму Ім| і постійної часу Та аперіодичної складової.

При короткому двофазному замиканні сила взаємодії провідників буде рівною

, (4.12)

де ω - кутова частота, с-1;

l – довжина прольоту, м;

а – відстань між шинами сусідніх фаз, м.

При короткому трифазному замиканні

(4.13)

(4.14)

де FA, FB, FC – сили, відповідно, в шинах фаз А, В і C, Н;

φ – початкова фаза періодичної складової струму короткого замикання в радіанах.

Програма SK1, яка базується на методиці, викладеній вище, дозволяє провести наступні розрахунки;

– визначення допустимого струму навантаження за заданих умов експлуатації;

– визначення температури шини при заданому струмі навантаження і заданих умовах експлуатації;

визначення температури нагріву шини струмами короткого замикання (КЗ|);

визначення величини і характеру зміни електродинамічних сил при КЗ|.

Порядок роботи з програмою SK1 такий:

Ввести геометричні розміри шини (h, b) в мм; температуру навколишнього середовища ()0С, допустиму тривалу температуру шини () і тип фарбування шин у вигляді коду (1 – алюміній окислений, 2 – алюміній полірований, 3 – пофарбовані емалевою фарбою); робочий струм шини (І,А.); допустимий тривалий струм шини (Ідоп.); величину струму КЗ| ( Ікз, А); час відключення струму КЗ| (tкз, с); відстань між шинами фаз (а, м); початкову фазу періодичної складової струму КЗ| (φ, град. ); постійну часу аперіодичної складової струму КЗ| (Іп) в А. В процесі розрахунків передбачена можливість зміни вихідних даних.

При розрахунку допустимих навантажень на екран дисплея виводяться:

% теплового потоку який відводиться конвекцією;

% теплового потоку який відводиться випромінюванням;

допустимий струм, А;

час розігрівання до 0.99 θ хвилин.

При розрахунку температури шини за заданих умов експлуатації при струмі І – допустима температура, 0 С;

При дослідженні температури нагріву шини струмом КЗ – температура шини, 0С;

При розрахунку електродинамічних сил на екран виводиться залежність електродинамічної сили у відносних одиницях від часу у вигляді графіка, максимальне значення електродинамічної сили (Н) і час на протязі якого вона спостерігається (с).


^ 4.3. Порядок виконання роботи


1). Одержати у викладача вихідні дані для виконання роботи.

2). Використовуючи програму “ SK1” дослідити:

2.1) залежність припустимих навантажень від типу поверхні шини:

- при горизонтальному кріпленні;

- при вертикальному кріпленні;

2.2) залежність припустимих навантажень від температури навколишнього середовища.

Зробити розрахунки для 5 – 6 значень температури навколишнього середовища при температурі шини, рівній 70 0С. (Діапазон зміни температури навколишнього середовища –150С + 350С);

2.2) залежність температури шини від величини робочого струму. ( )

2.3) залежність температури шини від температури навколишнього середовища при . (Діапазон зміни температури навколишнього середовища від -100С до + 350С);

2.4) залежність температури шини від величини робочого струму при заданих умовах експлуатації: ( змінювати в діапазоні від 0 до – ).

2.5) залежність динамічних зусиль від фази вмикання при різних видах КЗ. (α змінювати 6 разів у діапазоні 0 - 360);

2.6) залежність динамічних зусиль від співвідношення індуктивного і активного опорів у замкнутому колі при різних видах КЗ.(Та змінювати 3 рази в діапазоні 0.03 – 0.06).

Всі дослідження (крім 2.1) робити для шини з емалевим фарбуванням при горизонтальному її кріпленні.


^ 4.4. Зміст звіту

1). Завдання для виконання роботи.

2). Результати досліджень по п.2,а й висновки.

3). За результатами інших досліджень графіки залежностей і висновки.


^ 4.5. Питання для самоперевірки

1). Які шини застосовують в установках від 1 до 10 кВ включно?

2). Як кріпляться шини на опорах ізолятора?

3). З якою метою шини фарбують?

4). У які кольори фарбуються шини в установках постійного і трифазного струму?

5). Як впливає стан поверхні шини на припустимий струм навантаження?

6). Як впливає спосіб кріплення плоскої шини на її припустимий струм навантаження?

7). До якого із провідників трьох фаз при паралельному їхньому розташуванні в одній площині виявляється прикладеною найбільша сила у випадку короткого трифазного замикання?

8). Чому сила взаємодії при трифазному короткому замиканні приблизно на 15% більше, ніж при двофазному короткому замиканні?






Скачати 0.87 Mb.
залишити коментар
Сторінка1/5
Дата конвертації29.09.2011
Розмір0.87 Mb.
ТипДокументы, Освітні матеріали
Додати документ в свій блог або на сайт

страницы:   1   2   3   4   5
Ваша оцінка цього документа буде першою.
Ваша оцінка:
Додайте кнопку на своєму сайті:
uadocs.exdat.com

База даних захищена авторським правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
звернутися до адміністрації
Реферати
Автореферати
Методички
Документи
Поняття

опублікувати
Документи

Рейтинг@Mail.ru
наверх