Помощь студентам в учебе
Разработка комплекса виртуальных лабораторных работ по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети»
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 9
1.1 Общие сведения о моделирование электрических систем 9
1.2 Основные виды моделей 9
1.3 Сравнение виртуальных и реальных лабораторных работ 11
2 АНАЛИЗ РАБОТЫ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ В
РЕЖИМЕ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 16
2.1 Сети с изолированной нейтралью 16
2.2 Сети с глухим заземлением нейтрали 20
3 МОДЕЛИ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ 21
3.1 Физическая модель 21
3.2 Модель чёрного ящика 21
3.3 Параметрическая модель 22
3.4 Расчет параметров дуги 29
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 34
4.1 Модель электрической сети с изолированной нейтралью 34
4.2 Модели электрических сетей с резистивной, компенсированной и
комбинированной нейтралью 38
4.3 Моделирование работы вакуумного выключателя в электрических сетях
среднего класса напряжения 39
4.4 Моделирование дугового однофазного замыкания на землю 41
4.5 Результаты моделирования 46
5 РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 49
5.1 Состав рабочего места 49
5.2 Порядок выполнения лабораторных работ 49
5.3 «Лабораторная работа №1 Моделирование электрической сети с
изолированной нейтралью» 54
5.4 «Лабораторная работа №2 Моделирование электрической сети с
резистивной нейтралью» 55
5.5 «Лабораторная работа №3 Моделирование электрической сети с
компенсированной нейтралью» 58
5.6 «Лабораторная работа №4 Моделирование электрической сети с
комбинированной нейтралью» 60
5.7 «Лабораторная работа №5 Моделирование работы вакуумного
выключателя в электрических сетях среднего класса напряжения» 62
5.8 «Лабораторная работа №6 Моделирование образования дугового
однофазного замыкания на землю» 65
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
6.1 Краткое описание места проведения 67
6.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 67 6.3 Выбор нормативных значений, факторов рабочей среды и рабочего
процесса 68
6.4 Охрана труда 70
6.6 Эргономика и производственная эстетика 73
6.7 Противопожарная и взрывобезопасность 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 9
1.1 Общие сведения о моделирование электрических систем 9
1.2 Основные виды моделей 9
1.3 Сравнение виртуальных и реальных лабораторных работ 11
2 АНАЛИЗ РАБОТЫ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ В
РЕЖИМЕ ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ 16
2.1 Сети с изолированной нейтралью 16
2.2 Сети с глухим заземлением нейтрали 20
3 МОДЕЛИ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ 21
3.1 Физическая модель 21
3.2 Модель чёрного ящика 21
3.3 Параметрическая модель 22
3.4 Расчет параметров дуги 29
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 34
4.1 Модель электрической сети с изолированной нейтралью 34
4.2 Модели электрических сетей с резистивной, компенсированной и
комбинированной нейтралью 38
4.3 Моделирование работы вакуумного выключателя в электрических сетях
среднего класса напряжения 39
4.4 Моделирование дугового однофазного замыкания на землю 41
4.5 Результаты моделирования 46
5 РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО ПОСОБИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 49
5.1 Состав рабочего места 49
5.2 Порядок выполнения лабораторных работ 49
5.3 «Лабораторная работа №1 Моделирование электрической сети с
изолированной нейтралью» 54
5.4 «Лабораторная работа №2 Моделирование электрической сети с
резистивной нейтралью» 55
5.5 «Лабораторная работа №3 Моделирование электрической сети с
компенсированной нейтралью» 58
5.6 «Лабораторная работа №4 Моделирование электрической сети с
комбинированной нейтралью» 60
5.7 «Лабораторная работа №5 Моделирование работы вакуумного
выключателя в электрических сетях среднего класса напряжения» 62
5.8 «Лабораторная работа №6 Моделирование образования дугового
однофазного замыкания на землю» 65
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 67
6.1 Краткое описание места проведения 67
6.2 Анализ вредных и опасных производственных факторов 67 6.3 Выбор нормативных значений, факторов рабочей среды и рабочего
процесса 68
6.4 Охрана труда 70
6.6 Эргономика и производственная эстетика 73
6.7 Противопожарная и взрывобезопасность 74
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
На сегодняшний день современное общество все больше нуждается в электроэнергии, а, соответственно и, в линиях электропередач, которые будут поставлять её потребителю. Но чем больше протяженность линий электропередач, тем больше проблем возникает с их внедрением и эксплуатацией. Но перед тем, как вводить в работу очередной участок цепи, необходим анализ и точный расчет параметров будущей сети. Частично эту задачу позволяет решить математическое моделирование.
С развитием современной вычислительной техники и появлением все более совершенного программного обеспечения все больше задач решаются при помощи ЭВМ. Такой подход позволяет быстро и оперативно составить математическую модель участка сети и проанализировать процессы, которые будут там происходить при определенных параметрах. Для проведения данных операций требуется квалифицированный персонал, который должен постоянно повышать свой уровень подготовки. Современная ситуация такова, что требуется подготовка квалифицированных специалистов для работы в данной сфере.
Проведение опытов в реальных сетях связаны с большими рисками и опасностью их эксплуатации. Так же само оборудование и его использование является весьма дорогостоящим и требует от персонала определенного ряда знаний и соответствующих разрешений на работу с оборудованием повышенного напряжения. Но в современных реалиях изучение процесса однофазного замыкания на землю необходимо, так как ОЗЗ является самым распространённым повреждением в сетях электроснабжения и составляет порядка 80% от всех нарушений в работоспособности сети. Поэтому моделирование данных процессов является одним из перспективных направлений в подготовке будущих специалистов.
В учебном плане подготовки бакалавров по профилю «Электропривод и автоматизация производственных процессов» направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника» предусмотрено выполнение лабораторных работ по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети». Для повышения качества подготовки специалистов и наглядно-визуального изучения процессов и явлений, происходящих в сетях среднего класса напряжения (6-10-35 кВ) был разработан комплекс виртуальных лабораторных работ в математической программной среде. В качестве такой среды можно использовать Matlab с пакетом расширения Simulink. Студенты, выполняющие лабораторные работы должны иметь теоретические знания, которые дадут им возможность решать практические задачи по моделированию электрических сетей и процессов, которые в их происходят.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение качества подготовки студентов по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, таких как:
- анализ режимов работы электрических сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралью в нормальном и аварийном режимах работы; • расчет параметров электрической дуги;
• описание среды моделирования
• разработка математических моделей работы электрических сетей;
• разработка методических указаний по проведению лабораторных работ
• анализ вредных и опасных факторов, вопросов организации рабочего места, вопросов экологической и пожарной безопасности, а так же обеспечение безопасности во время чрезвычайной ситуации.
Объект работы - процесс обучения по направлению 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника».
Предмет работы - лабораторные работы по дисциплине
«Электроэнергетические системы и сети» в математической программной среде Matlab с пакетом расширения Simulink.
С развитием современной вычислительной техники и появлением все более совершенного программного обеспечения все больше задач решаются при помощи ЭВМ. Такой подход позволяет быстро и оперативно составить математическую модель участка сети и проанализировать процессы, которые будут там происходить при определенных параметрах. Для проведения данных операций требуется квалифицированный персонал, который должен постоянно повышать свой уровень подготовки. Современная ситуация такова, что требуется подготовка квалифицированных специалистов для работы в данной сфере.
Проведение опытов в реальных сетях связаны с большими рисками и опасностью их эксплуатации. Так же само оборудование и его использование является весьма дорогостоящим и требует от персонала определенного ряда знаний и соответствующих разрешений на работу с оборудованием повышенного напряжения. Но в современных реалиях изучение процесса однофазного замыкания на землю необходимо, так как ОЗЗ является самым распространённым повреждением в сетях электроснабжения и составляет порядка 80% от всех нарушений в работоспособности сети. Поэтому моделирование данных процессов является одним из перспективных направлений в подготовке будущих специалистов.
В учебном плане подготовки бакалавров по профилю «Электропривод и автоматизация производственных процессов» направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника» предусмотрено выполнение лабораторных работ по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети». Для повышения качества подготовки специалистов и наглядно-визуального изучения процессов и явлений, происходящих в сетях среднего класса напряжения (6-10-35 кВ) был разработан комплекс виртуальных лабораторных работ в математической программной среде. В качестве такой среды можно использовать Matlab с пакетом расширения Simulink. Студенты, выполняющие лабораторные работы должны иметь теоретические знания, которые дадут им возможность решать практические задачи по моделированию электрических сетей и процессов, которые в их происходят.
Целью выпускной квалификационной работы является повышение качества подготовки студентов по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника».
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач, таких как:
- анализ режимов работы электрических сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралью в нормальном и аварийном режимах работы; • расчет параметров электрической дуги;
• описание среды моделирования
• разработка математических моделей работы электрических сетей;
• разработка методических указаний по проведению лабораторных работ
• анализ вредных и опасных факторов, вопросов организации рабочего места, вопросов экологической и пожарной безопасности, а так же обеспечение безопасности во время чрезвычайной ситуации.
Объект работы - процесс обучения по направлению 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника».
Предмет работы - лабораторные работы по дисциплине
«Электроэнергетические системы и сети» в математической программной среде Matlab с пакетом расширения Simulink.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы был произведен анализ программных комплексов «NI Multisim», «VisSim», «МВТУ» и «Simulink».который показал, что Matlab с пакетом расширения Simulink, хоть и обладает недостатками, но в то же время компенсирует их многообразием решаемых задач, а также наличием бесплатной студенческой версии.
Произведен анализ режимов работы электрических сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралью, выявлены их особенности, а именно, что сеть с изолированной нейтралью отличается высокой надежностью и простотой выполнения, но при образовании ОЗЗ происходит повышение напряжения на двух других фазах относительно земли в Т3 раз, в то же время в сети с глухозаземленной нейтралью любое ОЗЗ является КЗ и релейная защита немедленно отключает поврежденный участок, т.е. нарушается бесперебойность электроснабжения.
Помимо этого было произведено описание существующих моделей электрической дуги и выбрана модель дуги Майера для дальнейших расчетов, а так же произведены расчеты длины, напряжения и тока, дуги. Минимальный ток, дуги при чисто активной нагрузке составляет 25 А, её длина равняется 2.7 м, а сопротивление равно 0.077 Ом. При чисто реактивной нагрузке ток составляет 56.25 А, при этом длина дуги будет составлять 3.8 метров, а сопротивление будет 0.076 Ом, что не противоречит теоретическим данным.
Результатом выполнения выпускной квалификационной работы является создание комплекса виртуальных лабораторных работ по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети». Комплекс включает в себя шесть лабораторных работ включающие в себя создание моделей электрической сети 10 кВ. Моделируется работа, как в нормальном, так и в аварийном режиме при возникновении однофазного замыкания на землю во время обрыва провода. Так же рассмотрена модель сети с вакуумным выключателем в момент размыкания контактов.
Проведен анализ вопросов охраны труда, проанализированы вредные и опасные производственные факторы. Одним из вредных факторов является продолжительное нахождение за ПЭВМ в сидячем положении, которое может привести к снижению остроты зрения, а так же вызвать гиподинамию, поэтому необходимо делать перерывы в работе. Помимо этого описаны основные требования к микроклимату и параметрам рабочего места, произведен расчет освещения, который показал, что освещенность как естественная, так и искусственная соответствует нормам. Так же рассмотрены вопросы охраны труда, экологической безопасности и обеспечения безопасности при пожаре и в случаи возникновения чрезвычайных ситуаций.
Произведен анализ режимов работы электрических сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралью, выявлены их особенности, а именно, что сеть с изолированной нейтралью отличается высокой надежностью и простотой выполнения, но при образовании ОЗЗ происходит повышение напряжения на двух других фазах относительно земли в Т3 раз, в то же время в сети с глухозаземленной нейтралью любое ОЗЗ является КЗ и релейная защита немедленно отключает поврежденный участок, т.е. нарушается бесперебойность электроснабжения.
Помимо этого было произведено описание существующих моделей электрической дуги и выбрана модель дуги Майера для дальнейших расчетов, а так же произведены расчеты длины, напряжения и тока, дуги. Минимальный ток, дуги при чисто активной нагрузке составляет 25 А, её длина равняется 2.7 м, а сопротивление равно 0.077 Ом. При чисто реактивной нагрузке ток составляет 56.25 А, при этом длина дуги будет составлять 3.8 метров, а сопротивление будет 0.076 Ом, что не противоречит теоретическим данным.
Результатом выполнения выпускной квалификационной работы является создание комплекса виртуальных лабораторных работ по дисциплине «Электроэнергетические системы и сети». Комплекс включает в себя шесть лабораторных работ включающие в себя создание моделей электрической сети 10 кВ. Моделируется работа, как в нормальном, так и в аварийном режиме при возникновении однофазного замыкания на землю во время обрыва провода. Так же рассмотрена модель сети с вакуумным выключателем в момент размыкания контактов.
Проведен анализ вопросов охраны труда, проанализированы вредные и опасные производственные факторы. Одним из вредных факторов является продолжительное нахождение за ПЭВМ в сидячем положении, которое может привести к снижению остроты зрения, а так же вызвать гиподинамию, поэтому необходимо делать перерывы в работе. Помимо этого описаны основные требования к микроклимату и параметрам рабочего места, произведен расчет освещения, который показал, что освещенность как естественная, так и искусственная соответствует нормам. Так же рассмотрены вопросы охраны труда, экологической безопасности и обеспечения безопасности при пожаре и в случаи возникновения чрезвычайных ситуаций.
