Лабороторная работа № 73 Определение потерь электрической энерги. Определение потерь электрической энергии в распределительных сетях
 Скачать 94.03 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» Лабораторная работа № 73 по дисциплине: Электроэнергетические системы и сети на тему: «Определение потерь электрической энергии в распределительных сетях» Выполнил: Бондарев М.С. группа АТБ-21-1 Проверил: Работа защищена “____”_________ 20__г. Магнитогорск 2023 Цель работы: определить факторы, влияющие на величину потерь активной и реактивной мощности в распределительной сети, изучить зависимость потерь мощности от величины нагрузки и её характера, а также изучить влияние номинального напряжения распределительной сети на величину потерь активной и реактивной мощности. Краткие теоретические сведения 1. Потери мощности и электроэнергии в линиях электропередач Передача электроэнергии по проводам сопровождается потерями активной мощности и энергии, которые обусловлены нагревом проводов при прохождении по ним тока, утечкой тока через изоляторы, потерей мощности на корону. Потери активной мощности в трехфазной линии, обусловленные нагревом проводов, определяются по формуле, кВт:  где I, Ia,1р - полный, активный и реактивный токи в линии, А; Р, Q- активная и реактивная мощности нагрузки, кВт и квар; U-линейное напряжение, кВ; R— активное сопротивление одной фазы линии, Ом Потери реактивной мощности в трехфазной линии, рассчитываются по формуле, квар:  где X- индуктивное сопротивление одной фазы линии, Ом. При расчетах по формуле (1) и (2) мощность и напряжение должны быть взяты для одной и той же точки линии. Расчет потерь мощности на основе полной схемы замещения должен производиться с учетом влияния проводимостей путем добавления к мощности нагрузки потерь мощности в проводимостях. При расчете потерь мощности в линии с несколькими нагрузками либо в разветвленной линии для каждого участка линии нужно определить линейные мощности, которые, начиная с последнего участка, получаются путем суммирования мощности нагрузки и потерь мощности на предыдущем участке. Так, для линии, показанной на рис. 1, S2=Sa, а S1= S2+ ΔS2 + ΔSb, где ΔS2 - потери мощности на втором участке, определяемые по формулам (I) и (2).  Рис. 1. Расчетная схема сети Полные потери мощности в линии равны сумме потерь мощности на всех участках: ΔS = ΔS1 + ΔS2. В местных сетях потери мощности в проводимостях и их влияние на потери мощности в последующих звеньях сети не учитываются, поэтому расчеты ведутся по номинальному напряжению сети. Тогда для сети, изображенной на рис. 1.:  Где R1, R2-активные сопротивления участков сети, Ом Аналогично находятся потери мощности в местных магистральных линиях с ответвлениями. Потери мощности в линии с равномерно-распределенной суммарной нагрузкой I, будут в три раза меньше, чем при той же нагрузкой I, приложенной на конце линии, т.е. в этом случае,  Потери энергии  в линии определяются путем умножения потерь мощности на время их существования. Так как нагрузка и связанные с пей потери мощности с течением времени непрерывно изменяются, то при определении потерь мощности  умножают на время наибольших потерь  , которое находится по кривым рис. 2 в зависимости от времени пользования максимума нагрузки Тнб и cos, либо по формуле.Таким образом, потери энергии:   Рис.2 Определение времени наибольших потерь 2. Потери мощности и энергии в двухобмоточных трансформаторах Передача мощности через трансформатор сопровождается потерями мощности в активном и реактивном сопротивлениях обмоток, а также потерями, связанными с намагничиванием, стали. Потери, возникающие в обмотках, зависят от протекающего по ним тока; потери, идущие на намагничивание, определяются приложенным напряжением и в первом приближении могут быть приняты неизменными и равными потерям мощности холостого хода. Суммарные потери мощности в трансформаторе могут быть вычислены как:  (7)  где Rm, Xm -активное и индуктивное сопротивление трансформатора, Ом ΔPx.x., ΔQx.x.- активные и реактивные потери мощности кВт, квар U - Номинальное напряжение трансформатора, к которому приведены его сопротивления и ток. Расчет потерь мощности в трансформаторе удобнее проводить по параметрам, приведенным в справочной литературе:  (8)  где – ΔPк.з. потерн короткого замыкания, кВт S- Нагрузка трансформатора, кВА; Sн-номинальная мощность трансформатора, кВА. Uк.з.- напряжение короткого замыкания, % Если ΔQХХ неизвестны, а IХХ известен, %, то  При параллельной работе п одинаковых трансформаторов их эквивалентное сопротивление уменьшается в п раз, тогда как потери на намагничивание во столько же раз увеличиваются:  (10)  Потери энергии в трансформаторе, не зависящие от тока нагрузки, определяются путем умножения потерь мощности на время их действия, кВт*ч:  Потери энергии, зависящие от тока нагрузки, находятся умножением максимальных потерь мощности на время максимальных потерь . Полные потери энергии в трансформаторе определяются:  Описание лабораторного комплекса Лабораторный комплекс «Передача и качество электрической энергии в системах электроснабжения» позволяет исследовать параметры установившегося режима электрической сети, характеристики электрической нагрузки. Комплекс состоит из лабораторного стола, в каркасе которого закрепляются отдельные модули и персонального компьютера. Персональный компьютер типа IBM является одним из составных звеньев лабораторного комплекса, он используется для осциллографирования, визуализации данных, п качестве многоканального осциллографа и самописца, а также для управления элементами комплекса в реальном масштабе времени. Общий вид комплекса представлен на рис. 3.  Рис. 3. Общий вид комплекса Практически все модули, входящие в состав стенда, имеют трехфазное исполнение. Некоторые из них позволяют регулировать значения отдельных параметров, или управлять их работой. Схема, приведенная в рекомендациях по выполнению лабораторных работ, изображена в однофазном исполнении. Разделение схемы на модули сохраняется (каждый модуль выделен пунктирным прямоугольником). Описание и условное обозначение модулей, использующихся для выполнения данной лабораторной работы, приведены в таблице 1 Таблица 1 Описание модулей лабораторного комплекса «Передача и качество электрической энергии в системах электроснабжения»
Порядок выполнения работы: Собрать схему лабораторных испытаний рис.4. (ВСЕ модули стенда должны быть ОТКЛЮЧЕНЫ!). Схема представляет собой сеть с радиальным питанием. Источник питания 1. представляющий собой сеть бесконечной мощности, через понижающий трансформатор 2 и модуль измерителя мощности 3, питает линию электропередачи 4. работающую на активно-индуктивную нагрузку 5. В качестве нагрузки используются два модуля: модуль активной и модуль индуктивной нагрузки. Каждый из модулей представляет собой 3 независимых сопротивления. Активные и индуктивные элементы модулей соединяются параллельно. Для измерений режимных параметров линии электропередачи используются датчики токов и напряжений. При этом, датчики токов включаются последовательно в измеряемую цепь фазы А, а датчики напряжения - на напряжение фазы А (измерения производя тся относительно нейтрали силового трансформатора). Мощность со стороны первичной обмотки трансформатора измеряется с помощью универсального измерителя мощности 3. Установить параметры линии электропередач: а) максимальное значение продольной составляющей (переключатель SA1 в положение 3); б) отключить поперечную составляющую (переключатель SA2, SA3 в положение 1). Установить параметры активной и индуктивной нагрузки: переключатель SA1 в максимально возможное положение (модуль активной нагрузки SA1 в положение 11, модуль индуктивной нагрузки SAI в положение 1). Нейтраль трансформатора оставить не заземленной (режим работы с изолированной нейтралью). Загрузить менеджер автоматического управления (Пуск —» Программы —» LCVicw—» Менеджер управления). В появившемся диалоговом окне выбрать раздел «Лабораторные работы» и выбрать работу «Потери электрической энергии и распределительных сетях». В диалоговом окне появятся виртуальные измерительные приборы для измерения активной и полной мощностей в начале и в конце линии электропередачи. Опыт №1 Перевести переключатели режима управления всех задействованных блоков в положение «Руч». Подать питание на стенд (тумблер QF1 модуля питания стенда в положение «Вкл»), Включить все модули, имеющие индивидуальный тумблер подачи питания «Сеть» (модуль трехфазной сети, модуль измерителя мощности). Нажать кнопку «Вкл» модуля трехфазной сети (кнопка SB1, загорается красная лампа модуля). 8. Записать показания измерительных приборов: активную и полную мощность в начале линии электропередачи, активную и полную мощность в конце лилии электропередачи, активную и реактивную мощность со стороны высокого напряжения силового трансформатора (показания снимаются с мультиметра измерителя мощности) в таблицу 2. Измерение всех параметров сети проводятся для фазы А, поэтому все экспериментальные данные нужно увеличить в 3 раза. 9. Отключить стенд (нажать кнопку SB2 модуля трехфазной сети, отключить все модули, имеющие тумблер «Сеть», отключить тумблер QF1 модуля питания стенда). 10. Но полученным результатам рассчитать: 10.1 экспериментальные данные: - реактивные мощности в начале и в конце линии:  - величину полной мощности сети:  - величину потерь мощности в линии электропередачи:   - величину потерь мощности в силовом трансформаторе:   - величину коэффициента мощности:  10.2 расчетные данные: рассчитать  с помощью формул 1, 2, 8,9.Полученные результаты свести в таблицу 2. Рассчитать потери электрической энергии в трансформаторах и линиях с помощью формул 5, 11-13. исходные данные для расчета взять из таблицы 5 в соответствии с заданным вариантом. Полученные результаты свести в таблицу 2. Опыт №2 11. Повторить испытания при двух других значениях нагрузки: минимальное и среднее значение (повторить пункты 6-10 порядка выполнения работ). 12. По полученным результатам рассчитать величины активных и реактивных потерь мощности в силовом трансформаторе и линии электропередачи. Построить график зависимости потерь от величины нагрузки  (в выводе работы объяснить полученную зависимость).Опыт. №3 13. Перевести электропередачу на пониженное напряжение (127В вместо 220В). Для этого, переключиться на отпайки силового трансформатора с меньшим напряжением на вторичной обмотке. Восстановить максимальное значение активно-индуктивной нагрузки. Повторить пункты 6-10 порядка выполнения работы. 14. Сравнить полученные значения потерь с потерями при работе линии электропередачи па более высоком напряжении и сделать соответствующие выводы (отразить в выводах по работе). 15. Восстановить напряжение электропередачи 220В. Опыт. №4 16. Установить переключатель величины активной нагрузки в среднее положение. 17. Не изменяя величины активной нагрузки, провести испытания при двух различных значениях индуктивной нагрузки. Повторить пункты 6-9 порядка выполнения работы. 18. Рассчитать потери мощности в трансформаторе и линии электропередачи, а также, соответствующие им значения  , Сделать выводы о влиянии характера нагрузки на потери мощности в сети (отразить в выводе работы). Рис .4 Схема лабораторной установки Таблица 2 Экспериментальные и расчетные данные
Таблица 3 Номинальные параметры трансформатора
Таблица 4 Характеристики линии электропередач
Вывод: в ходе выполнения данной лабораторной работы были определены факторы, влияющие на величину потерь активной и реактивной мощности в распределительной сети изучены зависимости потерь мощности от величины нагрузки и её характера, а также изучено влияние номинального напряжения распределительной сети на величину потерь активной и реактивной мощностей. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||