Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения. ОБ.Эн. Лаб. 06.09.22. Пермский национальный исследовательский политехнический университет

• Название: Пермский национальный исследовательский политехнический университет
• Анкор: Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения
• Дата: 15.11.2022
• Размер: 64.32 Kb.
• Имя файла: ОБ.Эн. Лаб. 06.09.22.docx
• Тип: Исследование; #789974

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

Пермский национальный исследовательский

политехнический университет
Электротехнический факультет
Кафедра Электротехника и электромеханика (ЭТЭМ)

О Т Ч Е Т

о лабораторной работе № 1

«Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения»

(наименование лабораторной работы)

Выполнил:

студент группы ЭЭ-21-1б в

Полежаев С.В. в

(фамилия, инициалы)

в

(подпись)

Проверил:

Ст. преподаватель кафедры ЭТЭМ

Зиятдинов И.Р. в

(фамилия, инициалы)

в

(оценка)

в

(подпись)

Пермь 2022

1 Цель работы

Изучение влияния величины нагрузочного тока на энергетический процесс и распределение напряжений в 2-х проводной линии электропередачи (ЛЭП).

2 Содержание лабораторной работы

Собрать электрическую цепь, представленную на рис. 1, в которой сопротивление проводов линии R_Л представлено резисторами R₁₄ и R₁₅, а сопротивление приемника энергии R_Н – резисторами R₁ и R₁₁.

Рисунок 1 - Схема замещения 2-х проводной линии электропередачи

Универсальным измерителем стенда РР1 измерять напряжение U₁ источника энергии (напряжение в начале линии) и ток I, протекающий в линии. Вольтметром стенда измерять напряжение U₂ приемника энергии (напряжение в конце линии).

Далее исследовали режим холостого хода (Х.Х.) ЛЭП, изменив исходную схему, вынув подходящий к резистору R1 провод из гнезда на входе резистора.

Исследовали нагрузочные режимы работы ЛЭП при изменении сопротивления резистора R₁₁, переключая его тумблер в порядке 2-3-1, а также вынув резистор R₁₁, изменяли сопротивление резистора R₁ переключением его тумблера в порядке 2-3-1.

Теоретически дополнительно рассчитали два особых нагрузочных режима работы ЛЭП, используя приведенные ниже расчетные выражения:

- согласованный режим работы (согл.реж.), при котором сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии, R_Н = R_Л, а R_Л = R_{Л ср};

- режим короткого замыкания (к.з.) на зажимах потребителя, при котором сопротивление нагрузки R_H = 0, а R_Л = R_{Л ср}.

Процесс передачи электрической энергии по линии электропередачи характеризуется следующими величинами:
ток в линии



потеря напряжения в линии электропередачи



сопротивление линии



мощность источника, отдаваемая в линию электропередачи



мощность приемника



мощность потерь электрической энергии в линии



коэффициент полезного действия линии электропередачи



где: I – ток в линии; U₁ – напряжение источника (напряжение в начале линии); U₂ – напряжение приемника (напряжение в конце линии); R_Л – сопротивление линии; R_Н – сопротивление приемника энергии.

Зная формулы можно рассчитать необходимые величины.

Результаты проделанных всех измерений были занесены в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты опытов и измерений

№ опыта и режим работы	Измерено			Вычислено
	I, мА	U1, В	U2, В	∆U, В	P1, мВт	P2, мВт	∆P, мВт	η	Rл ср., Ом
Х.Х 1	0	9	8,99	0,01	0	0	0	100	21,1
Нагр.режим 2	58	9	7,76	1,24	522	450,08	71,92	86,2
3	73	9	7,45	1,55	657	543,85	113,15	82,7
4	93	9	7,04	1,96	837	654,72	182,28	78,2
5	239	9	3,98	5,02	2151	951,22	1199,78	44,2
6	280	9	3,14	5,86	2520	879,20	1640,80	34,8
7	320	9	2,30	6,70	2880	736,00	2144,00	25,6
Согл. Режим	213	9	4,44	4,56	1917	959,72	957,29	50
К.З.	426	9	0	9	3834	0	3834	0

На основании таблицы 1 получили следующие графики:


Рисунок 3 – Графики зависимости напряжения от нагрузочного тока


Рисунок 2 – Графики зависимости мощностей от нагрузочного тока


Рисунок 4 – График зависимости КПД от нагрузочного тока

3 Вывод

В ходе работы были исследованы режимы работы линии электропередачи. С помощью теории и практики было изучено влияния величины нагрузочного тока на энергетический процесс и распределение напряжений в линии электропередачи (ЛЭП). Выведены зависимости электрических величин от нагрузочного тока.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоит электрическая цепь?

Цепь состоит из элементов таких как: источник питания(напряжения), сопротивление проводов линии R_Л представлено резисторами R₁₄ и R₁₅, а сопротивление приемника энергии R_Н (нагрузка)– резисторами R₁ и R₁₁.

2. В чем состоит цель расчета электрической цепи и как она достигается?

Целью расчета электрической цепи является определение параметров как отдельных элементов цепи, так и общих ее параметров, применяя основные формулы. Зная ток в цепи и напряжение, можно рассчитать сопротивление потребителя.

3. Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа. Расскажите о методике применения их к расчету простых цепей постоянного тока.

Закон Ома. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению участка( ). Законы Кирхгофа:

Ⅰ-ый. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю .

Ⅱ-ой. Алгебраическая сумма падения напряжения в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС в контуре .

4. Расскажите о тепловом действии электрического тока. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

Нагревание проводника прямо пропорционально его сопротивлению, времени действия тока и квадрату силы тока. Зная, что мощность тока — это квадрат силы тока на сопротивления, а работа и количество теплоты, выделенное на потребителе, это мощность на время.

5. Запишите и объясните уравнение баланса мощностей в любой электрической цепи.

Баланс мощностей – это выражение закона сохранения энергии, в электрической цепи. Определение баланса мощностей звучит так: сумма мощностей потребляемых приемниками, равна сумме мощностей отдаваемых источниками.

6. Какой режим работы в электрической цепи называется номинальным, а какой - нагрузочным?

Нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

7. Как изменяется напряжение на зажимах источника при увеличении тока нагрузки?

Чем больше ток, тем меньше напряжение на зажимах источника.

8. В чем состоят особенности режимов холостого хода и короткого замыкания электрической цепи?

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания. В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Режим короткого замыкания. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние нарушает нормальную работу устройства. В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником, при этом его сопротивление близко к нулю, ток в цепи значительно превышает номинальные значения.

9. Какой режим работы электрической цепи называется согласованным, и где он используется?

Согласованный режим – это режим, при котором сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии. Согласованный режим работы применяется в радиотехнических цепях, устройствах автоматики и телемеханики, в других слаботочных цепях, где необходимо передать от источника к приемнику наибольшую мощность.

10. Что называется внешней характеристикой источника?

Внешней характеристикой источника питания называется зависимость напряжения на зажимах источника от силы тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме.

11. В чем недостаток крутопадающей внешней характеристики источника с точки зрения условий работы приемников?

Промежуток величины «Сила тока» у крутопадающей внешней характеристики источника меньше чем у пологопадающей, жесткой и возрастающей.

12. Как изменится напряжение в конце линии электропередачи, если в середине линии произойдет короткое замыкание?

Напряжение исчезнет. При коротком замыкании сопротивление и напряжение в сети равно 0.

13. Объясните, почему при больших мощностях передача энергии на большие расстояния производится при высоких напряжениях.

Согласно закона Джоуля-Ленца количество теплоты, выделяемой проводником равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику. Исходя из данного закона , следует, что уменьшить потери в линии электропередач можно двумя способами: либо уменьшить сопротивление проводов, либо уменьшить силу тока в них. Рассмотрим второй способ — уменьшать силу тока в линии электропередач. Но при данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при повышении передаваемого напряжения в линии электропередач. Поэтому, при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо пользоваться высоким напряжением и, чем длиннее линия передачи, тем более выгоднее использовать более высокое напряжение.

14. Укажите величину допустимых потерь напряжения в проводах линии электропередачи.

Значение потери электронапряжения регламентируется и нормируется сразу несколькими правилами и инструкциями устройства электроустановок. Так, согласно правилу СП 31-110-2003, суммарная потеря напряжения от входной точки в помещении до максимально удаленного от нее потребителя электроэнергии не должно быть больше 7.5 %. Это правило работает на всех электроцепях с напряжением не более 400 вольт. Данное правило используется при монтаже и проектировке сетей, а также при их проверке службами Ростехнадзора.

15. Объясните пути уменьшения потери напряжения в проводах линии электропередачи.

Первый способ основан на снижении сопротивления нулевого провода. В этом случае параллельно сопротивлению нулевого провода подключается сопротивление земли между нулем трансформатора подстанции и нулем потребителя. Если заземление сделано правильно, т.е. его сопротивление менее 8 Ом для однофазной сети, и менее 4 Ом для трехфазной, то удается существенно (до 50%) снизить потери в линии.

Второй способ борьбы с потерями. Этот способ основан на применении специальных стабилизаторов напряжения на входе в дом или другой объект. Такие стабилизаторы бывают как однофазного, так и трехфазного типа. Они увеличивают cos и обеспечивают стабилизацию напряжения на выходе в пределах 5%, при изменении напряжения на входе 30%. Их мощностной ряд может быть от сотен Вт до сотен кВт.

Третий способ борьбы с потерями. Этот способ снижения потерь за счет использования трехфазного подключения. При таком подключении снижаются токи по каждой фазе, а, следовательно, потери в линии и можно равномерно распределить нагрузку.