Учебная работа. Исследование распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

исследование распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный нефтяной технический университет

(ГОУ ВПО УГНТУ)

Филиал УГНТУ в г. Салавате

Лабораторная работа

По дисциплине:

Внутризаводское электроснабжение и режимы

Тема:

исследование распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях

ЭАПП-140610.65-3.01.11 ЛР

Исполнитель: А.З. Акчурин

студент гр. АПЗс-10-21

руководитель: доцент, к. т.н.

Р.Г. Вильданов

Салават 2012

Цель работы: изучить распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях, а также определить напряжения в узлах замкнутых электрических сетях.

1. Краткие теоретические сведения

В простых сетях есть узлы, питающихся по двум ветвям, но нет узлов, получающих питание более чем по двум ветвям, отсутствуют узлы, с которыми соединены три и более ветвей. Характерным частным видом простой замкнутой сети является кольцевая сеть (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема простой замкнутой сети

Она содержит один замкнутый контур. В качестве источников питания могут служить или электрические станции, или шины подстанции, в свою очередь связанные сетью с электростанции.

Кольцевая сеть может быть представлена в виде линии с двухсторонним питанием. Действительно, если источник питания в узле 1 мысленно разделить на два и представить в виде узлов 1 и 4, то из кольцевой сети получим линию с двухсторонним питанием (рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема сети с двусторонним питанием

К достоинствам замкнутых сетей следует отнести повышенную надежность электроснабжения потребителей, меньше потери мощности, к недостаткам — сложность эксплуатации, удорожание за счет дополнительных линий. Расчет замкнутых сетей сложнее, чем разомкнутых. электрическая схема простой замкнутой сети представлена на рисунке 3.

рисунок 3 — Электрическая схема замкнутой сети

Схема замещения простой сети представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Схема замещения

исходные данные

U1=U4=12,5 В.

Известно

Z12 = 1,8 + j·5,42 Ом;

Z23 = 1,6 + j·3,66 Ом;

Z34 = 2,4 + j·7,6 Ом;

S2 = S3 = 2,75 + j·1,56 ВА.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой электрическую схему, состоящую из резисторов, конденсаторов, имитирующих активные и реактивные сопротивления линий электропередачи и нагрузки. В качестве активных сопротивлений линий электропередач выбраны низкоомные резисторы, позволяющие изменять сопротивления линий. В схему включены выключатели SВ2, SВ3, SВ4, позволяющие образовывать разомкнутые электрические сети, кольцевые сети, сети с двумя номинальными напряжениями, имитировать аварийные ситуации в электрических сетях.

В электрической схеме предусмотрены гнезда и перемычки Р1…Р5, позволяющие изменять конфигурацию сети, а также включать электроизмерительные приборы.

Сигнальные лампы HL1 и HL2 служат для контроля наличия напряжения.

Схема имеет батарею конденсаторов Ск, служащих для компенсации реактивной составляющей сети.

электрическая схема стенда собрана на плате и расположена внутри стенда. На лицевой панели лабораторного стенда выполнена мнемосхема (рис.). Вместо изображения выключателей, клейм, сигнальных ламп на панель выводятся сами выключатели, клеммы и сигнальные лампы.

В качестве электроизмерительных приборов в лабораторной работе используются многопредельные комбинированные приборы (аналоговые и цифровые) — тестеры.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет без учета потерь мощности

Заданы одинаковые напряжения по концам линии U1=U4.

Определяем приближенное потокораспределение в кольце с целью выявления точки потокараздела. Принимаем следующие допущения:

а) пренебрегаем потерями

б) предполагаем, что ток участка определяется по номинальному напряжению.

.

При равенстве напряжении источников питания на основании второго закона Кирхгофа можно записать

.

Если заменим в последнем выражении все комплексные величины на сопряженные, то получим следующее уравнение

. (1)

Так как потери мощности не учитывается, первый закон Кирхгофа для узлов 2 и 3 запишется

S23 = S12 — S2, (2)

S43 = S4 — S23 = — S12 + S2 + S3 . (3)

Подставив значения мощности (2) и (3) в (1), получим уравнение с одним неизвестным

. (4)

Отсюда находим значение потока мощности S12

(5)

.

Аналогично для потока мощности S43

; (6)

Проверяем правильность определения потоков мощности на головных линиях кольца по условию

,12 + j·1,74 + 2,39 + j·1,38 = 2·(2,75 + j·1,56);

,9 + j·3,12 = 5 + j·3,12.

Так как условие выполняется, можно сделать вывод, что потоки мощности на головных линиях кольца определены правильно.

Находим поток в линию 23 по первому закону Кирхгофа для узла 2

(8)

S23 = 3,12 + j·1,74 — 2,75 — j·1,56 = 0,37 + j·0,18 ВА.

Узел (2)3 — точка потокораздела. Мощность, поступающая с электростанции и определённая без учета потерь мощности

S1=S12 + S43; (9)

S1 = 3,12 + j·1,74 + 2,39 + j·1,38 = 5,5 + j·3,12 BA.

3.2 Расчет с учетом потерь мощности

Предположим, что направлению мощностей соответствует точка потокораздела в узле 3, который отмечен залитым треугольником. «Разрежем» линию в узле 3 (рисунок 5) и рассчитываем потоки мощности в линиях 13 и 43.

рисунок 5 — Схема разрезанной линии

Необходимо вычесть из потоков мощности S12, S23 ,S34 мощности, генерируемые емкостными составляющими сопротивлений линии

(10)

(11)

(12)

(13)

Рисунок 6 — Схема с точкой потокораздела

потери мощности в линии 23

(14)

Мощность в конце линии 12

; (15)

Мощность в начале линии 12

(16)

(17)

Потери мощности в линии 43

(18)

Мощность в начале линии

(19)

Мощность, потребляемая с шин электростанции

(20)

замкнутый цепь потокораспределение напряжение

3.3 Определение напряжений в узлах

Падение напряжения DU43

(21)

U3 = U1 — DU43; (22)

Падения напряжения DU12

(23)

U2=U1 — DU12; (24)

Падения напряжения DU23

; (25)

U3 = U2 — DU23; (26)

наибольшая потеря напряжения в номинальном режиме, определяется без учета потерь мощности

DUНБ = DU13 = DU12 + DU23; (27)

DUНБ = DU13 = 1,5 + 0,11=1,61 В.

3.4 Определение напряжения и с учетом потерь мощности

При отключении линии 43 мощность в линии 12

(28)

(29)

=U1 — DU12; (30)

= 12,22 — 1,46 = 10,76 В;

(31)

U3 =U2 — DU23; (32)

U3 = 11 — 0,11 = 10,89 В;

DUНБ = DU12 = DU12 + DU23; (33)

DUНБ = 1,46 + 0,11 = 1,57 В.

3.5 Расчет послеаварийных режимов

рисунок 7 — Расчетная схема

При отключении линии 43 мощность в линии 12

S12 = S3 + S2; (34)12 = 2·(2,75 + j·1,56) = 5,5 + j·3,12 BA.

Мощность в линии 23

S23 = S3; (35)

S23 = 2,75 + j·1,56 BA.

Определим потери напряжения в линии 12, 23 напряжения в узлах 2, 3 и DUАВ НБ

(36)

U2АВ = U1 — DU12АВ; (37)

U2АВ = 12,22 — 2,19 = 10,03 В;

(38)

U3АВ = U2АВ- DU23АВ; (39)

U3АВ = 10,03 — 0,8 = 9,23 В;

DUАВНБ = U23АВ+ DU12АВ; (40)

DUАВНБ = 0,8 + 2,19 = 3,2 В.

При отключении линии 12

Рисунок 8 — Расчетная схема

S43 = S2 + S3; (41)

S23 = S2; (42)43 = 5,5 + j·3,12 ВА;23 = 2,75 + j·1,56 ВА;

(43)

3АВ = U1 — DU43АВ; (44)

U3АВ = 12,5 — 3,02 = 9,48 В;

(45)

U2АВ = U3АВ — DU32АВ; (46)

U2АВ = 9,23 — 1,1 = 8,1 В;

DUАВНБ = DU42АВ = DU43АВ + DU32АВ; (47)

DUАВНБ = 3,02 + 1,1 = 4,12 В.

Результаты измерений и расчетов занесены в таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Результаты опыта 1

ВеличиныОпытныеРасчетныеU1, B12,512,5U2, B11,1211,00U3, B10,8911,20∆UНБ, B1,34∆S12, ВА0,15 + j·0,44∆U12, B1,51,5∆U23, B0,120,11∆U34, B1,331,30∆S23, BA1,73·10-3 + j·3,97·10-3∆S43, BA0,12 + j·0,39

Таблица 2

Результаты опыта послеаварийного режима

Отключение линии 43Отключение линии 12U2авU3ав∆U12ав∆U23ав∆UавнбU2авU3ав∆U32ав∆U43ав∆UавнбВОпытные10,13102,231,023,29,5101,123,054,12Расчетные10,039,232,190,88,19,481,12,97

Вывод

В ходе данной лабораторной работы были изучены простые замкнутые сети, распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях при различных режимах работы, а также были найдены напряжения в узлах замкнутых электрических сетях, потери напряжений и мощности в линиях.

Контрольные вопросы

  • Расчет кольцевых сетей без учета мощностей
  • Расчет кольцевых сетей с учетом потерь мощностей
  • Расчет напряжений без учета мощностей
  • Расчет напряжений с учетом потерь мощности
  • Расчет послеаварийных режимов
  • Какой из аварийных режимов наиболее тяжелый?
  • Какие сети называются простыми замкнутыми?
  • Как определяется точка потокораздела?
  • Учебная работа. Исследование распределения потоков мощности в простых замкнутых сетях