LABORATORIUM ELEKTROENERGETYKI

Badanie modelu

podstacji elektroenergetycznej prądu stałego

REALIZACJA ĆWICZENIA

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z konstrukcją elektroenergetycznej podstacji prądu stałego, wyznaczenie charakterystyk jej parametrów energetycznych w funkcji wartości obciążenia oraz rejestracja przebiegów prądu i napięcia badanego modelu.

2. Program ćwiczenia

1. Model podstacji prądu stałego i układy pomiarowe

Model fizyczny elektroenergetycznej podstacji prądu stałego stanowi zespół prostownikowy składający się z transformatora trójuzwojeniowego, o grupie połączeń
Y/y0-d11, dwóch zestawów diodowych pracujących w układzie pojedynczego lub podwójnego mostka 3-fazowego oraz dławika i filtru podstacyjnego. Moc znamionowa zespołu wynosi P_n=5,7 [kW], a znamionowy prąd wyprostowany I_d=26 [A]. Odpowiednio konfigurując model można zrealizować połączenia odpowiadające konstrukcji podstacji trakcyjnej z przekształtnikami sześcio i dwunastopulsowymi.

Dane techniczne modelu podstacji trakcyjnej prądu stałego:

Dane transformatora prostownikowego:

transformator - trójfazowy, trójuzwojeniowy, suchy z chłodzony powietrzem;

• układ połączeń - Y/d11 Y/y0-d11,

• moc znamionowa - S_n=6,3 [kVA],

• znamionowe napięcie pierwotne - U_n1=3 x 400 [V]; wtórne - U_n2=3 x 171 [V]
  i U=3 x 85,5 [V]; trójne - U_n3=3 x 85,5 [V],

• znamionowy prąd pierwotny - I_n1=3 x 9,1 [A]; wtórny - I_n2=3 x 21,2 [A];
  trójny - I_n3=3 x 21,2 [A].

Dane zestawu prostownikowego:

układ prostownikowy - mostek 3-fazowy lub podwójny 3-fazowy mostek szeregowy;

• wskaźnik tętnień w napięciu wyprostowanym - p = 6 lub p = 12,

• znamionowe napięcie wyprostowane - U_d=220 [V],

• znamionowy prąd wyprostowany - I_d=26[A].

Stanowisko laboratoryjne służy do sprawdzenia zależności elektrycznych występujących między napięciami i prądami uzwojenia pierwotnego transformatora prostownikowego, a odpowiednimi wielkościami dla uzwojenia wtórnego i zestawu diodowego.

Ćwiczenie obejmuje wykonanie następujących punktów badań:

1. sprawdzenie podstawowych zależności elektrycznych występujących w transformatorze prostownikowym i zespole diodowym,

2. wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej U_d = f(I_d) zespołu,

3. wyznaczenie charakterystyk mocy: czynnej P, biernej Q, pozornej S i odkształceń D

4. wyznaczenie strat mocy czynnej ΔP i sprawności η modelu podstacji trakcyjnej,

5. pomiar współczynnika mocy cos ϕ pracy podstacji,

6. pomiar wartości współczynników odkształcenia TDD i THD,

7. rejestracja przebiegów prądów i napięć w poszczególnych blokach modelu podstacji.

Wszystkie powyżej wymienione punkty ćwiczenia realizowane są dla dwóch układów pracy podstacji; tj. z połączeniem odpowiadającym układowi sześciopulsowemu
o grupie połączeń transformatora Y/d11, oraz układowi dwunastopulsowemu o grupie połączeń transformatora Y/y0-d11.

Do przeprowadzenia pomiarów niezbędna jest następująca aparatura pomiarowa:

• stanowisko laboratoryjne podstacji trakcyjnej,

• autotransformator 3 - fazowy,

• obciążenie rezystancyjne o mocy P=5[kW],

• oscyloskop dwukanałowy z sondami napięciowymi i prądowymi,

• amperomierze EM i ME o zakresie pomiarowym 0,6 ÷ 30 [A],

• woltomierze EM i ME o zakresie pomiarowym 0 ÷ 400 [V],

• watomierze ED o zakresach: 5 ÷10 [A] i 100 ÷400 [V] oraz miernik cos ϕ,

• miernik współczynników zawartości harmonicznych.

Schematy połączeń stanowiska, w układach sześciopulsowym i dwunastopulsowym przedstawiono na rys. 1 i 2.

W pierwszym punkcie ćwiczenia należy pomierzyć wartości skuteczne prądów
i napięć strony pierwotnej i wtórnej transformatora, gałęzi zestawu diodowego oraz strony stałoprądowej dla obciążenia zmienianego w granicach: I_obc = I_d = 0 ÷ I_dn. Jako obciążenie należy włączać kolejne elementy rezystora mocy, dobierając odpowiednio połączenie jego sekcji.

W punkcie drugim wyznacza się charakterystykę zewnętrzną U_d = f(I_d) modelu
w oparciu o pomiary prądu i napięcia w poszczególnych blokach stanowiska. Charakterystyki należy wyznaczyć łącznie dla całej podstacji oraz dla jej poszczególnych elementów

Moce: czynną P, bierną Q, pozorną S i odkształceń D pobierane z sieci zasilającej wyznaczamy na podstawie wskazań watomierzy oraz amperomierzy i woltomierzy. Do pomiaru mocy czynnej zastosowano układ Arona.

Moc oddaną po stronie stałoprądowej wyznaczamy, jako iloczyn napięcia U_d i natężenia prądu I_d. Współczynnik mocy cos ϕ wyznaczamy dwoma sposobami; tj.: ze wskazań miernika współczynnika mocy oraz z mocy czynnej i pozornej (PN-75/06073/12). Miernik współczynnika mocy cos ϕ należy włączyć analogicznie jak watomierze w obwodzie pierwotnym, podpinając koniec cewki napięciowej do punktu zerowego zasilania. Sprawność wyznaczamy metodą pośrednią, zgodną z normą PN -75/E - 06073/12.

Wartości współczynników odkształcenia TDD i THD wyznaczamy przy pomocy miernika opracowanego w DasyLab lub miernika parametrów jakości energii elektrycznej.

Obserwacje oscyloskopowe przebiegów prądów i napięć wykonuje się z użyciem sond prądowych i napięciowych. W przypadku stosowanej w ćwiczeniu sondy prądowej - cęgowej nie istnieje zagrożenie błędnego jej włączenia do badanego obwodu, a co za tym idzie niebezpieczeństwo zwarcia i uszkodzenia obwodów oscyloskopu.

W przypadku sondy napięciowej należy zwrócić szczególną uwagę na jej podłączenie, gdyż wykonanie błędnego połączenia doprowadzić może do zwarcia poprzez obwody oscyloskopu i jego zniszczenia.

Drugą opcją obserwacji przebiegów, wykorzystywaną w ćwiczeniu, jest zastosowanie komputerowego zestawu pomiarowego. Zestaw ten złożony jest z kart pomiarowych, zespołu kondycjonującego sygnał, układu ochrony przeciwprzepięciowej oraz programu rejestracji i obróbki danych DasyLab. Uwagi o zastosowaniu sond napięciowych
i zagrożeń z tym związanych odnoszą się również do komputerowego zestawu pomiarowego.

Otrzymane wyniki należy zanotować w poniżej przedstawionych tabelach, a przebiegi zarejestrować w postaci elektronicznej. Wielkości podane w tabelach odnoszą się do poszczególnych faz - A, B, C, tak jak na rysunkach nr 1 i 2.

1. Tabele pomiarowe i obliczeniowe

1. Układ połączeń podstacji z zespołem sześciopulsowym

1. Wyznaczenie zależności elektrycznych w transformatorze i zestawie diodowym

Lp	U1AB	I1A	I1B	I1C	U2AB	I2A	I2AB	Ud	Id
	V	A	A	A	V	A	A	V	A
1
2
3
4
5
6
7
8
9

2. Wyznaczenie mocy, współczynnika mocy, strat mocy i sprawności

POMIARY

OBLICZENIA

Lp

P1

P2

cos ϕ

P

Q

S

D

cos ϕ

Pd

ΔP

η

W

W

-

W

VAR

VA

VA

-

W

W

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1. Układ połączeń podstacji z zespołem dwunastopulsowym

1. Wyznaczenie zależności elektrycznych w transformatorze i zestawie diodowym

Lp

U1AB

I1A

I1B

I1C

U2AB

I2A

U3AB

I3AB

I3A

ID1

Ud1

Ud2

UD

Id

V

A

A

A

V

A

V

A

A

A

V

V

V

A

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2. Wyznaczenie mocy, współczynnika mocy, strat mocy i sprawności

	POMIARY			OBLICZENIA
Lp	P1	P2	cos ϕ	P	Q	S	D	cos ϕ	Pd	ΔP	η
	W	W	-	W	VAR	VA	VA	-	W	W	%
1
2
3
4
5
6
7
8
9

2. Pomiar przebiegów prądu i napięcia modelu stacji prądu stałego

Przebiegi należy pomierzyć w punktach podanych na rys. 1 i 2 i zarejestrować
w postaci elektronicznej.

Grupa wykonująca ćwiczenia powinna przynieść na zajęcia dyskietkę.

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

1. temat, cel i zasadnicze zagadnienia ćwiczenia,

2. schematy i tabele pomiarowe,

3. tabele obliczeniowe i przykłady wykonanych obliczeń,

4. charakterystyki wyznaczone dla modelu podstacji z zespołami sześcio i dwunastopulsowymi,

5. przebiegi prądu i napięcia dla poszczególnych bloków podstacji elektroenergetycznej,

6. wnioski i spostrzeżenia.

1

8

Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego

Wydział Transportu

Zakład Energetyki i Elektrotechniki

ul. Malczewskiego 29

tel.: [phone]