Переходный процесс при несимметричном коротком замыкании в электрической сети, питающейся от источника практически бесконечной мощности

 

Цель работы: изучить переходные процессы при несимметричных коротких замыканиях в электрической сети, питающейся от источника практически бесконечной мощности.

 

Основные сведения

Расчеты токов трехфазных коротких замыканий в трехфазных симметричных сетях производятся на одну фазу вследствие подобия явлений, происходящих в каждой из фаз, и равенства значений одноименных величин.

При несимметрии в произвольной точке системы сопротивления в фазах неодинаковы и по этим причинам явления по фазам различны. Неодинаковы в этом случае токи, напряжения и углы сдвига между ними в различных фазах рис. 5. Для определения токов и напряжений в любой фазе несимметричной системы необходимо составить схему замещения и написать необходимое число уравнений с учетом взаимоиндукции, что усложняет решение задач.

Сравнительно просто расчеты несимметричных режимов в трехфазных сетях осуществляются с помощью метода симметричных составляющих. Вычисление токов и напряжений в этом случае сводятся к определению этих величин при некотором фиктивном трехфазном КЗ, что дает возможность вновь воспользоваться однолинейной схемой замещения и произвести расчет на одну фазу. В этом заключается одно из основных достоинств метода симметричных составляющих.

Метод симметричных составляющих

Произвольную несимметричную систему трех векторов А, В, С можно разложить однозначно на три симметричные системы:

– систему векторов прямой последовательности А ₁; В ₁; С ₁;

– систему векторов обратной последовательности А ₂; В ₂; С ₂;

– систему векторов нулевой последовательности А ₀; В ₀; С ₀.

 

 

Рис.5 Расположение векторов в различных последовательностях

Согласно условию разложения имеем:

;

; (1)

.

Для сведения уравнений к трем неизвестным вводят оператор фазы а. Модуль оператора фазы равен 1. Таким образом, если любой вектор умножить на а, то модуль вектора не изменится, а лишь произойдет его поворот на 120º против часовой стрелки. Благодаря этому свойству можно векторы каждой из симметричных систем (прямой, обратной, нулевой) выразить через один вектор той же системы, т. е. три неизвестных в уравнении свести к одному.

Оператор фазы а определяется из соотношений:

;

; .

Если принять в качестве основной фазу А, то систему (1) при помощи оператора фазы а можно представить в следующем виде:

;

; (2)

.

Совместное решение системы уравнений дает:

;

;

.

Степень несимметрии трехфазной системы оценивается коэффициентами несимметрии и неуравновешенности системы.

Абсолютная величина отношения составляющей обратной последовательности к прямой называется коэффициентом несимметрии системы.

Абсолютная величина отношения составляющей нулевой последовательности к прямой называется коэффициентом неуравновешенности системы.

Системы прямой и обратной последовательности являются симметричными и уравновешенными, а система нулевой последовательности является симметричной, но неуравновешенной. Система нулевой последовательности может существовать только в неуравновешенных системах, которые характеризуются следующим условием: .

Геометрическая сумма неуравновешенной системы фазных токов равна утроенному току нулевой последовательности, который протекает в земле или нулевом проводе.

 

Электрическая схема соединений

Таблица 2

Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Параметры
A1	Трехфазная трансформаторная группа	3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А2, А3	Модель линии электропередачи	400 В~; 3х0,5 А 0…1,5 Гн/ 0…50 Ом 0…2´0,45 мкФ 0…250 Ом
А4	Трехполюсный выключатель	400 В ~; 10 А
А5	Трехфазная трансформаторная группа	3 х 80 В×А; 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 / 230 В (треугольник)
А6	Активная нагрузка	220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт
А7	Индуктивная нагрузка	220/380 В; 50Гц; 3х40 Вар
А8	Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения	3 трансформатора напряжения 600 / 3 В; 3 трансформатора тока 0,3 А / 3 В
А9	Коннектор	8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/ выходов
А10	Персональный компьютер	IBM совместимый, Windows XP, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E
G1	Трехфазный источник питания	400 В ~; 16 А
Р1	Блок мультиметров	3 цифровых мультиметра

Порядок выполнения работы

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" трехфазного источника питания G1.

3. Соедините вилки питания 220 В устройств, используемых в эксперименте, сетевыми шнурами с розетками удлинителя.

4. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

5. Смоделируйте интересующий вид короткого замыкания. Для моделирования трехфазного замыкания соедините точки К1, К2, К3 и К4; двухфазного – К1 и К2; двухфазного на землю – К1, К2 и К4; однофазного – К1 и К4.

6. Смоделируйте режим работы нейтралей трансформаторов исследуемой сети. Для моделирования глухозаземленной нейтрали соедините точки N1 (N3) и N2. Для случая изолированной нейтрали оставьте эти точки несоединенными.

7. Номинальные фазные напряжения трансформаторов А1 и А5 выберите равными 127 В.

8. Выберите мощность индуктивной нагрузки А7 – 100 % от 40 Вар во всех фазах, активной А6 – 10% от 50 Вт во всех фазах.

9. Переключатель режима работы выключателя А4 установите в положение «РУЧН.».

10. Установите следующие параметры моделей линий электропередачи А2 и А3: R = 200 Ом, L/R = 1,2/32 Гн/Ом, C = 0 мкФ.

11. Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А10 и запустите программу «Многоканальный осциллограф».

12. Включите автоматические выключатели и устройство защитного отключения источника G1.

13. Включите ключ-выключатель источника G1.

14. Для регистрации токов фаз выберите сканирование каналов ACH0-ACH8, ACH2-ACH10, ACH4-ACH12; для регистрации напряжений выберите каналы ACH1-ACH9, ACH3-ACH11, ACH5-ACH13. Отобразите панель цифровых индикаторов нажатием на виртуальную кнопку . Настройте панель на регистрацию действующих значений сигналов. Выберите подходящие множители (0,1 для токов и 200 – для напряжений).

15. Для измерения токов и напряжений схемы также можно использовать блок мультиметров P1.

16. Нажмите кнопки «ВКЛ» включения сканирования первого, второго и третьего каналов виртуального осциллографа.

17. Нажмите кнопку «ВКЛ» источника G1. Включите выключатель «СЕТЬ» трехполюсного выключателя А5.

18. Смоделируйте короткое замыкание, нажав кнопку «ВКЛ» трехполюсного выключателя А4. По цифровым индикаторам определите значения установившихся токов и напряжений при коротком замыкании.

19. Отключите выключатель А4 нажатием на кнопку «ОТКЛ» на его передней панели.

20. Для анализа влияния удаленности точки короткого замыкания от генератора можно изменять положение точки КЗ и параметры моделей элементов. Внимание! Запрещается моделировать короткие замыкания при суммарном индуктивном сопротивлении линий менее 0,6 Гн. Запрещается моделировать однофазное КЗ на землю при емкостях фаз линий более 0,18 мкФ.

21. По показаниям электронного осциллографа начертить графики режимов коротких замыканий: нормальный режим (токи), двухфазное короткое замыкание, двухфазное короткое замыкание на землю, однофазное короткое замыкание, нормальный режим (напряжения), трехфазное короткое замыкание (симметричное), двухфазное короткое замыкание, двухфазное короткое замыкание на землю, однофазное короткое замыкание.

22. Сделать вывод по работе.

Контрольные вопросы

1. Укажите основные положения метода симметричных составляющих.

2. К чему сводится расчёт несимметричных режимов при использовании метода симметричных составляющих?

3. Как составляются схемы замещения прямой, обратной, нулевой последовательностей?

4. Как определяются сопротивления обратной и нулевой последовательностей трёхобмоточных трансформаторов?

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: