Разработка и внедрение лаборатории по курсу «Электромагнитная обстановка и электромагнитная совместимость на подстанциях». Проектирование, монтаж, наладка и методическое обеспечение лабораторной работы «Оценка качества электропитания источника постоянного тока с использованием аккумуляторных батарей».
Введение
1. Общие технические и проектные решения по разработке и внедрению
лаборатории по курсу «Электромагнитная обстановка и электромагнитная совместимость на подстанциях» 6
1.1 Актуальность разработки лаборатории по курсу «Электромагнитная
обстановка и электромагнитная совместимость на подстанциях» 6
1.2 Описание лаборатории по курсу «Электромагнитная обстановка и
электромагнитная совместимость на подстанциях» 11
1.3 Схема электроснабжения и приборный парк лаборатории 24
1.4 Вывод по разделу 1 26
2. Теоретическое изучение влияния качества выпрямленного напряжения на работоспособность МПУ 27
2.1 - Электромагнитные помехи и требования к источнику постоянного тока. 27
2.1.1 Электромагнитные помехи 27
2.1.2 Критерии источника постоянного тока, отвечающие требованиям ЭМС.29
2.2 Общая характеристика источников постоянного тока зз
2.3 Влияние аварийных режимов на качество электроэнергии 34
2.3.1. Пульсация и спектральный состав выпрямителя напряжения в
безаварийном режиме 34
2.3.1.1. Двухполупериодное выпрямление 35
2.3.1.2. Т рехполупериодное выпрямление 36
2.3.1.3 Шестиполупериодная схема выпрямления (схема Ларионова) 37
2.3.2 Пульсации и спектральный состав выпрямителя напряжения в аварийном режиме 38
2.3.2.1 Аварийный режим в двухполупериодном выпрямителе 38
2.3.2.2 Аварийный режим в трехполупериодном выпрямителе 40
2.3.2.3 Аварийный режим в шестиполупериодном выпрямителе 41
2.4 Моделирование стенда в среде multisim 43
2.4.1 Двухполупериодный выпрямитель 43
2.4.1.1 Спектральный состав напряжения двухполупериодного выпрямителя в
безаварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim 43
2.4.1.2 Спектральный состав двухполупериодного выпрямителя в аварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim45
2.4.2 Трехполупериодный выпрямитель 47
2.4.2.1 Спектральный состав напряжения трехполупериодного выпрямителя в
безаварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim 47
2.4.2.2 Спектральный состав трехполупериодного выпрямителя в аварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim50
2.4.3 Шестиполупериодный выпрямитель 52
2.4.3.1 Спектральный состав напряжения шестиполупериодного выпрямителя
в безаварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim 52
2.4.2.2 Спектральный состав двухполупериодного выпрямителя в аварийном режиме, полученный с помощью спектрального анализатора в среде multisim54
2.4 Вывод по разделу 2 57
3. Разработка, монтаж, наладка и апробация работы стенда «Оценка
качества электропитания источника постоянного тока.» 58
3.1 Теоретическое исследование и компьютерное моделирование стенда 58
3.2. Апробация работы стенда 60
3.3 Выводы по разделу 3 66
4. Разработка методического обеспечения по выполнению лабораторной
работы «Оценка качества электропитания источника постоянного тока с использованием LC-фильтров» 67
4.1 Методические указания к лабораторным работам: «Оценка качества
электропитания источника постоянного тока с использованием LC-фильтров»
67
4.1.1 Введение 70
4.1.2 Техника безопасности при работах в лаборатории 70
4.1.3 Общие указания по оформлению отчетов 71
4.1.4 Общие положения 72
4.1.5 Термины и определения 78
4.1.6 Теоретические основы качества электропитания ИПТ 81
4.1.7 Лабораторная работа №1 91
Вопросы для самопроверки 94
4.2 Возможные варианты выполнения лабораторной работы с исходными данными и полученными результатами 95
5. Безопасность жизнедеятельности 95
5.1 Анализ вредных и опасных производственных факторов 96
5.2 Технические и организационные мероприятия по охране труда 96
5.3 Мероприятия по производственной санитарии 98
5.4 Мероприятия по пожарной и взрывной безопасности 99
6. Разработка сетевого графика 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
Список сокращений 104
Библиографический список 105
Широкое использование микропроцессорной техники и устройств на подстанциях(ПС) напряжением 110кв и выше требует решения вопроса электромагнитной совместимости с оборудованием ПС и режимами ее работы. К режимам работы относятся: нормальный режим эксплуатации и аварийные режимы. К аварийным режимам работы относятся: режимы короткого замыкания(КЗ) и эксплуатация ПС в период грозовой активности. Известно[1], что импульсные магнитные поля, возникающие в режиме короткого замыкания или при разряде молнии в молниеприемник на ПС, негативно влияют на работоспособность микропроцессорных устройств (МПУ). Негативное влияние на работоспособность МПУ оказывают электромагнитные помехи,
распространяющиеся в воздушном пространстве или по контрольным кабелям и качество выпрямленного напряжения источников постоянного тока.
Основными параметрами источника постоянного тока является размах (пульсация) и отклонение выпрямленного напряжения согласно требованиям, СТО 56947007-29.240.044-2010 пульсация напряжения постоянного тока не должна превышать 10%, а согласно ГОСТ 32144-2013 (п.4.2.2) отклонение напряжения не должно превышать ±10%.
Источник постоянного тока представляет из себя выпрямитель и сглаживающий фильтр. Следовательно, помимо постоянной составляющей присутствует и переменная составляющая, что приводит к возникновению определенного спектра высших гармоник в выпрямленном напряжении. Высшие гармоники могут оказать негативное влияние на работоспособность МПУ. Установлено что чем выше пульсация, тем шире спектр гармоник и выше значение высших гармоник. Следовательно, качество выпрямленного напряжения влияет на работоспособность МПУ.
Приобретение студентами навыков и опыта в оценке качества выпрямленного напряжения источника постоянного тока является актуальной задачей
Вследствие этого, целью настоящей дипломной работы является разработка стенда и методического обеспечения, по оценке качества выпрямленного напряжения источника постоянного тока. Для решения поставленной цели необходимо рассмотреть следующие задачи:
1. Общие технические и проектные решения по разработке и внедрению лаборатории по курсу «Электромагнитная обстановка и электромагнитная совместимость на подстанциях»
2. Источники электромагнитных помех и требования к источнику постоянного тока.
3. Теоретическое изучение влияния качества выпрямленного напряжения на работоспособность МПУ и разработка схемы стенда, по оценке качества электропитания источника постоянного тока.
4. Разработка конструкции стенда, монтажа, наладки и апробация работы стенда.
5. Разработка методического обеспечения по выполнению лабораторной работы, связанной с оценкой влияния качества источника постоянного тока на работу МПУ.
6. Обеспечение безопасности жизнедеятельности при выполнении монтажных и наладочных работ на стенде.
7. Разработка сетевого графика, позволяющего своевременно выполнить работу по разработке, монтажу и наладки стенда.
Основные результаты работы изложены в следующих выводах:
1. Разработанная лаборатория, включающая в себя шесть стендов, позволяет выполнить двенадцать лабораторных работ по курсу «Электромагнитная обстановка и электромагнитная совместимость на подстанциях»
2. Каждый стенд позволяет выполнять лабораторную работу в количестве вариантов от трёх до шестидесяти в зависимости от назначения стенда. Варианты выполнения работ выдает преподаватель.
3. Теоретические исследование и компьютерное моделирование
позволило разработать принципиальную электрическую схему стенда, на которой наглядно демонстрируются работа двухполупериодного, трехполупериодного (схема Миткевича), шестиполупериодного (схема
Ларионова) выпрямителей в нормальном и аварийном режиме, связанном с обрывом в цепи диода
4. Стенд позволяет продемонстрировать работу и выполнить соответствующие измерения пульсации и отклонения напряжения с учетом изменения нагрузки, использования широкополосных, LC-фильтров и АКБ
5. Электрическая схема стенда полностью соответствует виртуальной схеме, полученной при моделировании.
6. Апробация работы стенда показала, что лабораторные работы, заложенные в стенде, полностью отвечают теоретическим исследования и результатам моделирования.
7. Разработка методического обеспечения позволяет на стенде выполнять две лабораторные работы, Оценка качества электропитания источника постоянного тока с использованием LC-фильтров и Оценка качества электропитания источника постоянного тока с использованием АКБ. Каждая из них может быть выполнена в 30 вариантах.
8. В методическом обеспечении имеется сводная таблица контрольных данных по выполнению каждого варианта работы, что позволяет преподавателю оперативно оценивать качество лабораторных работ.
9. Разработанный стенд и методическое обеспечение полностью соответствует цели дипломной работы.
10. В лаборатории предусмотрено все условия для безопасного выполнения лабораторных работ с позиции безопасности жизнедеятельности человека.
11. Разработанный сетевой график позволил рассчитать время и силы для полноценного и качественного выполнения дипломной работы.
1. Бессонов Л. А. «Теоретические основы электротехники.» Москва: Издательство "Высшая школа", 1978 год.
2. Готтлиб И.М. «Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы» Издательство: Москва Постмаркет 2002 год
3. Марк Е. Хернитер Электронное моделирование в Multisim
4. Мазель К. «Выпрямители и стабилизаторы напряжения»
Издательство: Госэнергоиздат Год: 1951
5. СО 34 35 311-2004 «Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях»
6. СТО 56947007-29.240.044-2010 «Методические указания по обеспечению электромагнитной совместимости на объектах электросетевого хозяйства»
7. СТО 56947007-29.130.15-105-2011 «Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок»