ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

Цель работы: Ознакомление студентов с основными энергетическими параметрами, способами их измерений и расчетов при проектировании систем

электроснабжения объектов.

Основная цель проектирования любой системы электроснабжения состоит в возможно более точном определении величин электрических нагрузок, т.е. мощностей потребителей, влияющих на правильность выбора всех элементов, составляющих систему. Чем точнее определены электрические нагрузки, тем выше экономичность и надежность работы всей системы.

Настоящая лабораторная работа посвящена изучению способов измерений и методики расчетов параметров, характеризующих электрические нагрузки.

I. Описательная часть.

Электрические нагрузки и режимы работы электроустановок характеризуются несколькими параметрами и коэффициентами [1,2].

Расчетная мощность Р_р это тридцатиминутная максимальная мощность в наиболее загруженную смену:

Р_p= K_c·P_у , где

K_с – коэффициент спроса; Р_у - установленная (номинальная) мощность. Полная расчетная мощность равна: S_p=P_p/cosφ , где cosφ коэффициент мощности нагрузки, среднее значение которого для ГРР при отсутствии компенсирующих устройств может быть принято равным 0.7 (при невозможности определения точного значения).

Установленная (номинальная) мощность Р_у - мощность получаемая от сети потребителем, работающим в номинальном режиме. Например, если на заводской табличке (называемой шильдиком) асинхронного электродвигателя обозначено значение мощности на валу Р₂=250 Вт, а КПД= 0.63, то значение установленной мощности будет равно: Р_у=Р₂/η=250/0.63=395Вт.

Максимальная мощность Р_м - наибольшее значение мощности за время наблюдения Т.

Средняя мощность (активная Р_с и реактивная Q_c ) – отношение расхода электроэнергии к времени наблюдения Т:

Р_c=W_a/T, кВт; Q _c= W_p/T, квар; , кВ·А.

Средняя мощность может быть также определена как среднеарифметическое значение за время наблюдения:

; ; .

Коэффициенты, характеризующие режимы работы электроустановок, устанавливают соотношения между параметрами электрических нагрузок: коэффициент максимума К_м=Р_м/P_c;

коэффициент использования K_и=Р_с/Р_у ;

коэффициент спроса К_c= Р_м/Р_у= K_м K_и.

Для определения параметров и коэффициентов проводят измерения соответствующих величин в существующих системах, а затем с их использованием рассчитывают значения нагрузок и по ним производят выбор оборудования проектируемой системы электроснабжения.

Измерения тока, напряжения, мощности и расхода электроэнергии в системах электроснабжения производят электроизмерительными приборами различных систем, подключаемыми к установкам через измерительные трансформаторы тока и напряжения. Применение измерительных трансформаторов позволяет расширить пределы измерений применяемых электроизмерительных приборов и повысить безопасность проведения контрольно-измерительных операций при работах с высоким напряжением.

Электроизмерительные приборы (ЭП) разделяются на 8 классов по точности (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0). По принципу действия они различаются на электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные и др. На шкалах ЭП нанесены условные обозначения, определяющие их основные характеристики.

Измерительные трансформаторы (ИТ) разделяются на измерительные трансформаторы тока (ИТТ) и измерительные трансформаторы напряжения (ИТН). Их условные обозначения в схемах показаны на рис. 1. Концы первичной обмотки ИТН обозначаются прописными буквами: А-Х, вторичной обмотки - строчными буквами: а-х. Концы первичной обмотки ИТТ обозначаются прописными буквами: Л1-Л2, вторичной обмотки - прописными буквами И1-И2. Для повышения безопасности персонала вторичные обмотки ИТ заземляются.

ИТТ выбирают по номинальному току и номинальному напряжению электроустановки, по коэффициенту трансформации, по номинальной мощности вторичной обмотки и классу точности. Чтобы ИТТ работал в выбранном классе точности необходимо обеспечить номинальную нагрузку в его вторичной цепи. Промышленностью выпускаются ИТТ следующих типов: катушечные (ТК, ТКЛ), проходные одновитковые (ТПОЛ), проходные многовитковые (ТПФМ, ТПФМУ), проходные шинные (ТПШФ). Номинальные токи первичных обмоток ИТТ находятся в диапазоне от 5 до 15000А при номинальных, напряжениях от 0,4 до 10 кВ, номинальный вторичный ток универсальных ИТТ равен 5 А. По точности ИТТ разделяются на 4 класса: 0,5; 1,0; 3,0; 10,0.

Рис.1. Условные обозначения измерительных трансформаторов: а) тока; б) напряжения

Рис.2. Схеме подключений электроизмерительных приборов через измерительные трансформаторы тока и напряжения

Рис.З. Условные обозначения счетчиков электроэнергии:

PI - счетчик активной энергия,

PK - счетчик реактивной энергии.

ИТН выбирают по номинальному напряжению, номинальной мощности на фазу, классу точности, типу и схеме соединений. Номинальные первичные напряжения ИТН находятся в диапазоне от 0,4 до 10 кВ при номинальных мощностях от 25 до 480 ВА; номинальные вторичные напряжения универсальных ИТН составляют 100 В. Промышленностью выпускаются ИТН следующих типов: сухие (НОС, НОСК, НТС), масляные (НОМ, НТМК, НТМИ) и каскадные (НКФ). Все они, разделяются на три класса точности: 0,5 ; 1,0 и 3,0.

На рис. 2 изображена схема подключения измерительных приборов через измерительные трансформаторы к сети переменного тока, питающей асинхронный электродвигатель М.

При определении истинных значений тока, напряжения и мощности следует учитывать величины коэффициентов трансформации ИТ. Например, если в схеме, показанной на рис. 2, использованы ИТ с коэффициентами трансформации: К_итт = 8, К_итн = 10, а показания приборов равны: I^I= 4 А, V^I= 100 В, P^I = 300 Вт, то истинные значения будут равны: V= K_итн *V^I=10*100 =1000 В; I = К_итн *I^I = 8*4 = 32A; P = К_итт К_итн Р^I = 8*10*300 = 24 кВт.

Измерение расхода энергии в цепях переменного тока производят индукционными счетчиками, выпускаемыми в различном конструктивном исполнении:

СО, С0У - счетчики (С) активной энергии, однофазные (0), универсальные;

САЗ, СРЗ, САЗУ, СР3У - счетчики активной (А), и реактивной (Р) энергии, двухэлементные, используемые в 3-проводных сетях 3-фазного тока, универсальные (У);

СА4, СР4, СА4У, СР4У - счетчики активной и реактивной энергии соответственно, трехэлементные, для 4-проводвных сетей 3-фазвого тока, универсальные.

Номинальные напряжения этих счетчиков равны от 127 до 380 В, номинальные токи - от 1 до 50 А.

Счетчики выбирают по номинальным значениям токов и напряжений, а также - в соответствии с количеством фаз системы электроснабжения.

Однофазные индукционные счетчики имеют одну пару измерительных обмоток (токовую и напряжения), счетчики САЗ и СРЗ (двухэлементные) имеют две пары, а счетчики СА4 и СР4 (трехэлементные) – три пары измерительных обмоток. Каждая пара обмоток подключается к соответствующей фазе электрической сети по схеме, аналогичной схеме включения ваттметра (рис. 2). При этом начала обмоток, обозначенные индексами «Г» (генераторные), необходимо подключать к проводам, соединяющим счетчик с сетью (генератором энергии), а концы обмоток, обозначенные индексами "Н" (нагрузка), - к проводам, идущим от счетчика, к нагрузке (потребителю энергии). Условные обозначения и схемы включения счетчиков показаны на рис. 3 и 4.

Испытательный стенд содержит макет линии электропередачи с опорами, разъединителями, выключателями и трансформаторами, закрытый прозрачным оргстеклом, обеспечивающим необходимую электробезопасность при работе с макетом. Внутри макета на вертикальной стенке размещены щитовые электроизмерительные приборы: амперметры, вольтметр, частотомер, киловаттметры и счетчики активной и реактивной энергии. Выводы электроизмерительных приборов и расположенных внутри макета ИТ с соответствующими обозначениями расположены на горизонтальной панели макета. На вертикальной стенке над макетом изображена схема системы электроснабжения, заканчивающаяся электрическим щитком с силовыми клеммами (рис.5). К первым трем клеммам верхнего ряда (А, В, С) по трем линейным проводам макета линии электропередачи подведено 3-фазное напряжение. Эти клеммы называются генераторными и через них поступает электроэнергия, необходимая для проведения лабораторной работы. К трем последним, клеммам (А¹, В¹, С¹) - (нагрузочным) подключены выводи нагрузки, в качестве которой используется асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором мощностью Р₂ = 3 кВт, с КПД = 0,69, являющийся приводом труборазворота буровой установки. К клеммам нижнего ряда подключен нулевой провод сети.

Для подключения нагрузки к сети следует соединить нагрузочные клеммы с генераторными либо непосредственно, либо - через токовые цепи ИТТ или электроизмерительных приборов в соответствии с вышерассмотренными схемами.

II. Практическая часть

1. Ознакомиться с описанием, основными узлами системы и устройством макета системы электроснабжения.

2. Собрать схему измерений, показанную на рис. 6, обязательно замкнув накоротко перемычкой выходную обмотку ИТТ (зажимы И1-И2).

3. После проверки схемы преподавателем включить питание макета. Измерить вольтметром pV фазное напряжение U_AO (напряжение между линейным и нулевым проводами), а также линейное напряжение U_AB на вторичной обмотке трансформатора напряжения (напряжение между клеммами а и в). Затем при нажатой кнопке ВПЕРЁД и отключенной короткозамыкающей перемычке (И1-И2) измерить токи в первичной и вторичной обмотках ИТТ. Результаты измерений занести в табл.1.

Таблица 1.

Измерено	Рассчитано
U_AO, B	U_AB, B	I₁, A	I₂, A	U_AX, B	К_итт	К_итн

4. Собрать схему измерений, показанную на рис. 6, подключив вместо вольтметра рV к вторичной обмотке ИТН (клеммы а - в) обмотку напряжения (U^*-U) киловаттметра кW , а вместо амперметра рА₁₀ подключив его токовую обмотку (I^*-I).

5. После проверки схемы преподавателем включить питание макета и замерить потребляемую активную мощность за один цикл работы электроустановки: работа ВПЕРЕД (2 мин.), пауза (1 мин.), работа НАЗАД (1 мин.). Результаты занести в табл.2.

Таблица 2.

Р_изм, кВт	Рассчитано
Р_у, кВт	Р_м, кВт	Р_с, кВт	Р_р, кВт	К_м	К_и	К_с

III. Расчётная часть.

1. По данным таблицы №1 рассчитать величины коэффициентов трансформации ИТТ и ИТН.

2. По данным таблицы № 2 рассчитать значения средней Р_с, максимальной Р_м, установленной Р_у и расчетной Р_р мощностей за один цикл работы установки.

3. Определить величины коэффициентов спроса К_с, максимума К_м, использования K_и.

IV. Графическая часть.

1. Составить отчет о проделанной работе, вычертив в нем электрические схемы измерений.

2. Построить графики измеренных и рассчитанных мощностей за один цикл работы электроустановки.

3. Начертить схему подключения счетчика СА4 к 3-фазной 4-проводной сети через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

V. Вопросы для самопроверки.

1. Что такое электрическая нагрузка?

2. Дать определение установленной, расчетной, максимальной и средней мощности.

3. Дать определение коэффициентов, характеризующих параметры нагрузки.

4. Каковы схемы включения электроизмерительных приборов: амперметров, вольтметров, ваттметров и счетчиков.

5. Как найти среднюю и расчетную мощности нагрузки по известному графику работы.