Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения

Министерство образования Российской Федерации

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра электротехники и электромеханики

Лабораторная работа № 1

«Исследование режимов работы линии электропередачи

с помощью схемы замещения»

Цель работы: изучение энергетического процесса и распределения напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока в линии, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.

табл. 1. Паспортные данные электроизмерительных приборов.

Теоретические сведения

Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии электропередачи пользуются эквивалентной схемой замещения (рис. 1), где R_л – сопротивление линии; R_н – эквивалентное сопротивление всех подключенных потребителей; I – ток в линии; U₁ – напряжение в начале линии; U₂ - напряжение в конце линии (у потребителя).

С учетом принятых обозначений:

Энергетический процесс в схеме характеризуется следующим соотношением мощностей:

мощность, отдаваемая генератором в линию

мощность потерь электрической энергии в линии

мощность, отдаваемая линией потребителю (мощность нагрузки)

Коэффициент полезного действия линии определяется как отношение мощностей P₂ и P₁:

Если ток в цепи выразить через отношение мощности потребителя к напряжению потребителя и подставить это выражение в формулу для мощности потерь электрической энергии в линии, то получается следующее выражение:

Согласно этому выражению, при постоянной мощности нагрузки P₂ величина потерь в линии обратно пропорциональна квадрату напряжения, т.е. электрическую энергию экономично переда-вать при высоких напряжениях. Однако с ростом напряжения увеличивается стоимость изоляции линии.

Рабочее задание

1. Собираем схему, показанную на рис. 2.

В качестве потребителей используются лампы накаливания, включенные параллельно. При увеличении числа включенных ламп их эквивалентное сопротивление будет уменьшаться, а ток в цепи увеличивается.

В качестве аналога линии электропередачи используются два проволочных реостата. Общее сопротивление линии:

Максимальный ток будет при коротком замыкании в конце линии:

,

сопротивление R_л устанавливаем такой величины, чтобы ток короткого замыкания был близок к пределу измере-ния амперметра и не превышал номинального тока проволочных реостатов.

2. Изменяя величину тока от 0 до I_к, снимаем показания для 10 точек. Показания приборов и результаты вычислений записываем в табл. 2.

табл. 2. Опытные и расчетные данные.

Вывод: по построенным графикам видно, что напряжение на входе U₁ остается постоянным, сила тока при этом возрастает от 0 до 5,0 А. Падение напряжения на потребителе U₂ уменьшается в диапазоне от 215 до 0В, разность напряжений ΔU возрастает.

Напряжение U₂, мощность, отдаваемая генератором в линию P₁, КПД и ΔU линейно зависят от силы тока I; мощность P₁ возрастает от 0 до 1075 Вт, напряжение U₂ падает от 215 до 0 В, КПД от 1 до 0. Мощность нагрузки P₂ от силы тока зависит квадратично и достигает наибольшего значения около 260 Вт, сила тока при этом равна 2,6 А, а КПД η = 0,50.

В режиме холостого хода сопротивление цепи стремится к бесконечности, сила тока при этом равна 0 А, КПД равно 1. В режиме короткого замыкания сопротивление нагрузки равно 0, при этом сила тока достигает наибольшего значения

.