Курсовая по информатике

Белорусский национальный технический университет Факультет Энергетический Кафедра «Электрические станции» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Информатика» Тема: «Расчет электрической цепи» Исполнитель: студент ЭФ, 2 курс, группа 10601219 А. А. Пылило Руководитель работы: А. Г. Баран Минск 2020 Б ЕЛОР УС С К ИЙ НАЦИОНАЛЬ НЫЙ ТЕХНИЧЕС К ИЙ УНИВ ЕР С ИТЕТ «УТВЕРЖДАЮ» Зав. кафедрой «Электрические станции» ____________ И.В. Новаш ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине «Информат ика» Студенту гр. 10601219 Пылило А.А. 1. Тема работы: «Разработка алгоритма и компьютерной программы расчета электрической цепи переменного тока». 2. Сроки сдачи студентом законченной работы «10» декабря 2020 г. 3. Исходные данные к работе: – схема электрической цепи C 4 R2 L1 R3 C3 R1 B A R2 C1 C L2 D L3 R5 C2 E R4 C4 R2 C 3 L1 – вариант исходных данных № 15; – закон изменения напряжения на зажимах схемы AD иАD = Um · sin(t) при частоте питающей сети f; – Информатика: методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальностей 1-43 01 01 «Электрические станции», 1-53 01 04 «Автоматизация и управление энергетическими процессами» / Сост. В.А. Булат, Е.А. Дерюгина, П.И. Климкович. – Минск, 2007. – С. 36. 4. Постановка задачи (п. 4.1. Fortran, п. 4.2. Python + Fortran). 4.1. Составить компьютерную программу, позволяющую в графическом и табличном виде: а) сопоставить изменение мгновенных значений токов в ветвях схемы; б) сопоставить изменение мгновенных значений напряжений uAD, uAB, uBE, uEC и uCD; в) сопоставить изменение мгновенных значений напряжения на зажимах схемы uAD и напряжений на конденсаторе С1 (uCx) и индуктивности L1 (uLx). 4.2. Составить компьютерную программу, позволяющую исследовать влияние изменения параметра Q от значения Q1 до Q2 (не менее 40 промежуточных точек) на действующие значения: а) токов (п. 4.1а) и напряжений (п. 4.1б) (в табличном виде); б) токов и напряжений на элементах цепи из п. 4.1в (в графическом и табличном виде). 4.3. Определение действующих значений токов и напряжений в п. 4.1 и 4.2 задания осуществлять с использованием их мгновенных значений. Вычисления определенного интеграла реализовать методом Симпсона. 4.4. В MatLab составить компьютерную программу, позволяющую в графическом виде: а) сопоставить изменение мгновенных значений токов в ветвях схемы; б) сопоставить изменение мгновенных значений напряжений uAD, uAB, uBE, uEC и uCD; в) сопоставить изменение мгновенных значений напряжения на зажимах схемы uAD и напряжений на конденсаторе С1 (uCx) и индуктивности L1 (uLx). Определение действующих значений величин осуществлять с использованием их мгновенных значений. Вычисления определенного интеграла реализовать методом квадратур. 4.5. В разработанных программах (п. 4.1 и 4.4) для каждого определенного параметра схемы предусмотреть вывод максимального и действующего значений, а также угла начальной фазы. Форма представления результатов в виде приведенной ниже таблицы. Точность – 8 знаков после запятой. Параметр Максимальное значение Действующее значение Угол,  I1, А .... Uad, В .... UCn, В ULn, В 4.6. В MathCAD составить программный модуль расчета электрической цепи п. 3 задания в начальный момент времени и построения осциллограмм изменения мгновенных значений токов и напряжений за один период. 4.7. В Microsoft Office Visio построить векторные диаграммы токов и напряжений цепи п. 3 задания в начальный момент времени. 4.8. Для схемы электрической цепи и варианта исходных данных (п. 3 задания) в среде имитационного моделирования Simulink создать расчетную модель переменного тока. Для составленной модели получить совмещенные осциллограммы (время расчета 2 периода): а) токов всех ветвей; б) напряжений участков схемы; в) токов и напряжений всех элементов схемы. 5. Содержание расчетно-пояснительной записки. 5.1. Для каждого программного модуля (головной программы и подпрограмм) представить: 5.1.1. Описание математической модели расчета (подробная). 5.1.2. Разработка алгоритма и блок-схемы алгоритма программного модуля. 5.1.3. Таблица идентификаторов и распечатка текста программного модуля. 5.2. Результаты расчета программы (исходные данные, значения, таблицы, графики). Построение графиков по каждому пункту выполнить на одной координатной плоскости (возможно использование масштабных коэффициентов). 5.3. Анализ результатов и сопоставление их с вычислениями в MathCAD. Построение векторных диаграмм. 5.4. Результаты моделирования в среде Simulink. 5.5. Будущее, прошлое и настоящее (15 страниц, шрифт 12, абзац 10 мм). 5.5.1. Устройства и технологии ограничения токов короткого замыкания в электрической сети. 5.5.2. Устройство микропроцессорных защит REM610. 5.5.3. Питер ван Мушенбрук (научная биография). 5.6. Выводы Руководитель А.Г. Баран Задание принял к исполнению А.А. Пылило РЕФЕРАТ Работа 112 с., 37 рис., 2 табл., 3 источника, 10 прил. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ, НАПРЯЖЕНИЕ, ТОК, КОНДЕНСАТОР, ИНДУКТИВНОСТЬ, ГРАФИК, АЛГОРИТМ, БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА Объектом исследования является электрическая цепь. Цель работы – разработка программы расчёта электрической цепи. В работе даны алгоритм и описание логики программы расчета заданной электрической цепи. Приведена блок-схема алгоритма, таблица идентификаторов, текст программы и полученные результаты для данной электрической цепи. Данная программа написана на алгоритмическом языке FORTRAN. Программа может использоваться для расчетов аналогичных электрических схем. Результаты работы программы отображаются в виде таблиц и графических зависимостей, что делает процесс анализа результатов расчета крайне простым. Приведенный в курсовой работе расчётно-аналитический материал объективно отражает состояние исследуемого процесса. 4 СОДЕРЖАНИЕ стр. ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 7 1 Постановка задачи................................................................................................ 8 1.1 Математическая модель расчета электрической цепи переменного наряжения .................................................................................................. 8 2 Методика расчёта электрической цепи ............................................................ 10 2.1 Расчет цепи переменного напряжения ........................................... 10 3 Описание главной программы .......................................................................... 13 3.1 Алгоритм программы цепи переменного напряжения ................. 13 3.2 Алгоритм подпрограммы вычисления действующих значений по методу трапеций ...................................................................................... 14 4 Таблица идентификаторов ................................................................................ 15 5 Анализ ошибок ................................................................................................... 20 6 Будущее, прошлое и настоящее ........................................................................ 21 6.1 Устройства и технологии ограничения токов короткого замыкания в электрической сети .............................................................................. 21 6.2 Устройство микропроцессорных защит REM610 ......................... 24 6.2.1 Виды повреждений. ....................................................................... 26 6.2.2 Защита шин станций и подстанций ............................................. 30 6.3 Питер ван Мушенбрук ...................................................................... 33 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 36 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 37 ПРИЛОЖЕНИЕ А Код программы для цепи переменного напряжения ........ 38 5 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты расчета цепи переменного напряжения в Fortran ..................................................................................................................... 62 ПРИЛОЖЕНИЕ В Код программы для цепи переменного напряжения в Pуthon ...................................................................................................................... 73 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты расчета цепи переменного напряжения в Рython ...................................................................................................................... 84 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты расчета цепи переменного напряжения в MathCad .................................................................................................................. 86 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Блок-схема программы для расчета цепи переменного напряжения ............................................................................................................ 89 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Код программы для цепи переменного напряжения в MATLAB ................................................................................................................ 91 ПРИЛОЖЕНИЕ З Результаты моделирования цепи переменного напряжения в Simulink ............................................................................................................. 102 ПРИЛОЖЕНИЕ И Результаты программирования в MATLAB .................... 108 ПРИЛОЖЕНИЕ K Векторные диаграммы токов и напряжений ................... 112 6 ВВЕДЕНИЕ Развитие различных областей науки и техники во многом вызвано использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ), в особенности цифровой вычислительной техники. Это выдвигает на одно из первых мест задачу подготовки грамотных в области компьютерной техники специалистов, поскольку в своей профессиональной деятельности инженер должен иметь не только представление о практическом использовании ЭВМ, но и уметь применять их при решении разнообразных технических, экономических и научных задач. В настоящее время одним из главных путей повышения эффективности проектно-конструкторских работ в промышленности и сельском хозяйстве является автоматизация проектирования на основе применения вычислительной техники. Поиск оптимальных решений при работе с компьютером позволяет оперативно получать сведения о текущих результатах и вносить необходимые коррективы, осуществлять целенаправленный переход от одного метода решения задачи к другому, изменять параметры электрической цепи, точность решения и др. Цель данного курсового проекта является разработка программы на алгоритмическом языке программирования FORTRAN – языке наиболее широко применяющемся для программирования инженерных и научных задач, а также закрепление и углубление знаний, полученных при изучении дисциплины «Информатика», приобретение навыков практического применения знаний – самостоятельного составления программ для расчета электрических цепей однофазного синусоидального тока. 7 1 Постановка задачи Задание предусматривает расчет электрической цепи, к которой приложено синусоидальное напряжение, построение графиков по результатам расчета, а также разработка подпрограммы вычисления определенного интеграла методом прямоугольников для расчета действующих значений токов в ветвях и напряжений на реактивных элементах схемы. Исходные данные представлены в таблице 1. Таблица 1 – Исходные данные для цепи переменного напряжения Обозначение 𝑅1 𝑅2 𝑅3 𝑅4 𝑅5 𝐶1 𝐶2 𝐶3 𝐶4 Размерность Ом Ом Ом Ом Ом мкФ мкФ мкФ мкФ Значение 56 20 40 55 0 2500 550 0 600 Продолжение таблицы 1 Обозначение 𝐿1 𝐿2 𝐿3 𝑈 𝐹 j Размерность мГн мГн мГн В Гц - 10 33 0 550 Значение 145 √−1 1.1 Математическая модель расчета электрической цепи переменного наряжения Исходная расчетная схема имеет вид, представленный на рисунке 1. Преобразование схемы выполним методом эквивалентного преобразования. Метод эквивалентных преобразований заключается в том, что электрическую цепь или ее часть заменяют более простой по структуре электрической цепью. При этом токи и напряжения в непреобразованной части цепи должны оставаться неизменными, т. е. такими, каким они были до преобразования. Этапы преобразования представлены на рисунке 2. 8 C4 R2 L1 R1 R2 R3 C1 C B E L2 R4 C4 R2 C3 L1 D Рисунок 1 – Расчетная схема электрической цепи переменного напряжения Z1 А Z2 Z3 Z6 Z4 B C Z5 А Z12 E Z8 D Z7 Z345 Z67 Z8 D Z А D Рисунок 2 – Преобразование схемы переменного напряжения 9 2 Методика расчёта электрической цепи 2.1 Расчет цепи переменного напряжения Определим параметры элементов электрической схемы: Циклическая частота: 𝜔 = 2𝜋𝑓. Индуктивное сопротивление катушки 𝐿1 : 𝑋𝐿1 = 𝜔𝐿1 Индуктивное сопротивление катушки 𝐿3 : 𝑋𝐿3 = 𝜔𝐿3 Ёмкостное сопротивление конденсатора 𝐶2 : 𝑋С2 = 1 . 𝜔𝐶2 Ёмкостное сопротивление конденсатора 𝐶3 : 𝑋𝐶3 = 1 . 𝜔𝐶3 Ёмкостное сопротивление конденсатора 𝐶4 : 𝑋𝐶4 = 1 . 𝜔𝐶4 Рассчитываем сопротивление отдельных участков схемы: 𝑍1 = 𝑅2 − 𝑗𝑋𝐶4 , 𝑍2 = 𝑅1 , 𝑍3 = 𝑗𝑋𝐿1 , 𝑍4 = 𝑅2 − 𝑗𝑋𝐶1 , 𝑍5 = 𝑗𝑋𝐿2 , 𝑍6 = 𝑅3 , 𝑍8 = 𝑅2 + 𝑗𝑋𝐿1 − 𝑗𝑋𝐶2 , 𝑍12 = 𝑍1 𝑍2 , 𝑍1 +𝑍2 10 𝑍34 = 𝑍3 𝑍4 , 𝑍3 +𝑍4 𝑍345 = 𝑍34 𝑍5 , 𝑍34 +𝑍5 𝑍67 = 𝑍7 𝑍6 , 𝑍7 +𝑍6 𝑍678 = 𝑍67 + 𝑍8 , 𝑍34567 = 𝑍345 + 𝑍67 , 𝑍 = 𝑍12 + 𝑍345 + 𝑍67 + 𝑍8 , 𝑍𝐿1 = 𝑗𝑋𝐿1 , 𝑍𝐶1 = −𝑗𝑋𝐶1 . Сопротивление участка AD: 𝑍𝐴𝐷 = 𝑍. Максимальное значение тока всей схемы: 𝐼𝑚𝐴𝐷 = 𝑈𝐴𝐷 . |𝑍𝐴𝐷 | Значения максимальных токов на ветвях цепи будут находиться по следующим формулам: 𝐼𝑚1 = 𝐼𝑚𝐴𝐷 . Амплитудное значение напряжения на индуктивности 𝐿1 : 𝑈𝑚𝐿1 = 𝐼𝑚1 𝑋𝐿1 . Амплитудное значение напряжения на конденсаторе 𝐶1 : 𝑈𝑚𝐶1 = 𝐼𝑚1 𝑋𝐶1. Закон изменения тока в электрической цепи и ее ветвях имеет вид: 𝑖 = 𝐼𝑚 sin(𝜔𝑡 − 𝜑). Закон изменения напряжения на зажимах AD: 𝑢𝐴𝐷 = 𝑈𝑚𝐴𝐷 sin(𝜔𝑡). Действующие значения токов в цепи и ее ветвях находим по формуле: 11 1 𝑇2 𝐼Д = √ ∫ 𝑖 𝑑𝑡. 𝑇 0 Действующие значения напряжения на участках цепи находим по формуле: 1 𝑇 𝑈Д = √ ∫ 𝑢2 𝑑𝑡. 𝑇 0 12 3 Описание главной программы 3.1 Алгоритм программы цепи переменного напряжения 3.1.1 Описание массивов и переменных. Выбор метода расчета определенного интеграла. 3.1.2 Описание исходных данных (численных значений элементов электрической цепи и др.). 3.1.3 Подготовительные расчеты (вычисление значения π, приведение значений L и C к расчетному виду). 3.1.4 Приведение сопротивлений и напряжений к комплексному виду. 3.1.5 Вычисление полного сопротивления электрической цепи в соответствии свыше предложенной математической моделью. 3.1.6 Вычисление токов и напряжений в ветвях. 3.1.7 Вычисление модулей токов ветви и напряжений на элементах схемы. 3.1.8 Вычисление фаз токов ветви и напряжений на элементах схемы. 3.1.9 В соответствии с законами изменения напряжений и токов на разветвленных и неразветвленных участках цепи, а также на катушках 𝐿1 , конденсаторе 𝐶1 вычисляем мгновенные значения тока и напряжения в момент времени t. 3.1.10 Находим действующие значения токов и напряжений методом прямоугольников. 3.1.11 Вычисление действующих напряжений и токов на катушках 𝐿1 и конденсаторе 𝐶1 . 3.1.12 Вывод действующих значений токов и напряжений в таблицу в файл ответов result.txt. 3.1.13 Вывод графиков изменения токов и напряжений на элементах схемы, а также на катушках 𝐿1 и конденсаторе 𝐶1 . 13 3.2 Алгоритм подпрограммы вычисления действующих значений по методу трапеций 3.2.1 Описание переменных. 3.2.2 Очистка ячейки где будут накапливаться значения. 3.2.3 Вычисление с первого и заканчивая n элементом. 3.2.4 Вычисление значения определенного интеграла. 3.2.5 Конец (возврат в точку вызова). 3.3 Алгоритм вычисления угла сдвига фазы между током и напряжением 3.3.1 Проверяем значения переменных. Описываем их. 3.3.2 Вычисляем угол сдвига фаз. 3.3.3 Конец (возврат в точку вызова). 14 4 Таблица идентификаторов Обозначения параметров кода программы для цепи переменного напряжения (приложение А) сведем в таблицу идентификаторов (таблица 2). Таблица 2 – Таблица идентификаторов Обозначение Смысл параметра 1 2 R1 Сопротивление на резисторе R1 R2 Сопротивление на резисторе R 2 R3 Сопротивление на резисторе R 3 R4 Сопротивление на резисторе R 4 R5 Сопротивление на резисторе R 5 C1 Емкость на конденсаторе C1 C2 Емкость на конденсаторе C2 С3 Емкость на конденсаторе С3 L1 Индуктивность на катушке L1 L2 Индуктивность на катушке L2 L3 Индуктивность на катушке L3 U Напряжение цепи f Частота Q1 Начальное значениеL2 Q2 Конечное значениеL2 Z Полное сопротивление цепи Z1 Сопротивление участка 1 Z2 Сопротивление участка 2 Z3 Сопротивление участка 3 15 Продолжение таблицы 2 1 2 Z4 Сопротивление участка 4 Z5 Сопротивление участка 5 Z6 Сопротивление участка 6 Z7 Сопротивление участка 7 Z8 Сопротивление участка 8 UAB Напряжение на участке AB UBC Напряжение на участке BC UCD Напряжение на участке CD UBE Напряжение на участке BE UEC Напряжение на участке EC UC1 Напряжение на конденсаторе C1 UL1 Напряжение на катушке L1 I1 Ток в ветви 1 I2 Ток в ветви 2 I3 Ток в ветви 3 I4 Ток в ветви 4 I5 Ток в ветви 5 I6 Ток в ветви 6 I7 Ток в ветви 7 I8 Ток в ветви 8 I1MAX Максимальное значение тока 1 I2MAX Максимальное значение тока 2 I3MAX Максимальное значение тока 3 I4MAX Максимальное значение тока 4 I5MAX Максимальное значение тока 5 I6MAX Максимальное значение тока 6 I7MAX Максимальное значение тока 7 I8MAX Максимальное значение тока 8 16 Продолжение таблицы 2 1 2 U1MAX Максимальное значение напряжения на участке 1 U2MAX Максимальное значение напряжения на участке 2 U3MAX Максимальное значение напряжения на участке 3 U4MAX Максимальное значение напряжения на участке 4 U5MAX Максимальное значение напряжения на участке 5 U6MAX Максимальное значение напряжения на участке 6 U7MAX Максимальное значение напряжения на участке 7 U8MAX Максимальное значение напряжения на участке 8 I1A Угол сдвига фазы тока в ветви 1 I2A Угол сдвига фазы тока в ветви 2 I3A Угол сдвига фазы тока в ветви 3 I4A Угол сдвига фазы тока в ветви 4 I5A Угол сдвига фазы тока в ветви 5 I6A Угол сдвига фазы тока в ветви 6 I7A Угол сдвига фазы тока в ветви 7 I8A Угол сдвига фазы тока в ветви 8 U1A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 1 U2A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 2 U3A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 3 U4A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 4 U5A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 5 U6A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 6 U7A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 7 U8A Угол сдвига фазы напряжения в ветви 8 UC1A Угол сдвига фазы напряжения на конденсаторе C1 UL1 Угол сдвига фазы напряжения на катушке L1 Img1 Мгновенное значение тока в ветви 1 Img2 Мгновенное значение тока в ветви 2 17 Продолжение таблицы 2 1 2 Img3 Мгновенное значение тока в ветви 3 Img4 Мгновенное значение тока в ветви 4 Img5 Мгновенное значение тока в ветви 5 Img6 Мгновенное значение тока в ветви 6 U1mg Мгновенное значение напряжения в ветви 1 U2mg Мгновенное значение напряжения в ветви 2 U3mg Мгновенное значение напряжения в ветви 3 U4mg Мгновенное значение напряжения в ветви 4 U5mg Мгновенное значение напряжения в ветви 5 U6mg Мгновенное значение напряжения в ветви 6 U7mg Мгновенное значение напряжения в ветви 7 U8mg Мгновенное значение напряжения в ветви 8 UC1mg Мгновенное значение напряжения на конденсаторе C1 UL1mg Мгновенное значение напряжения на катушке 𝐿1 Idei1 Действующее значение силы тока 1 Idei2 Действующее значение силы тока 2 Idei3 Действующее значение силы тока 3 Idei4 Действующее значение силы тока 4 Idei5 Действующее значение силы тока 5 Idei6 Действующее значение силы тока 6 Udei1 Действующее значение напряжения 1 Udei2 Действующее значение напряжения 2 Udei3 Действующее значение напряжения 3 Udei4 Действующее значение напряжения 4 Udei5 Действующее значение напряжения 5 Udei6 Действующее значение напряжения 6 Udei7 Действующее значение напряжения 7 18 Окончание таблицы 1 1 Udei8 UC1dei 2 Действующее значение напряжения 8 Действующее значение напряжения на конденсаторе C1 UL1dei Действующее значение напряжения 𝐿1 19 5 Анализ ошибок При выполнении отладки программы в приложениях А, В, Д и Ж были выявлены некоторые синтаксические и логические ошибки. Синтаксические ошибки находились на этапе трансляции программы, их исправление заключалось во внесении в программу необходимых изменений и дополнений. Логические ошибки определялись при выполнении проверочных расчетов. Для этого вводились в программу дополнительные операторы, позволяющие находить значения некоторых параметров электрической цепи, которые легко проверяемы по законам Ома и Кирхгофа и другим известным методам расчета электрических цепей. Для получения значений этих параметров вводилась отладочная печать. Блок-схемы программ и подпрограмм представлены в приложении Е. Результаты расчетов представлены в приложениях Б, Д, З и И. Векторные диаграммы токов приложении К. 20 и напряжений представлены в 6 Будущее, прошлое и настоящее 6.1 Устройства и технологии ограничения токов короткого замыкания в электрической сети В системах электроснабжения промышленных предприятий могут возникать короткие замыкания (КЗ), приводящие к резкому увеличению токов. Поэтому все основное электрооборудование системы электроснабжения должно быть выбрано с учетом действия таких токов. Различают следующие виды коротких замыканий: – трехфазное симметричное короткое замыкание; – двухфазное – две фазы соединяются между собой без соединения с землей; – однофазное – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю – две фазе соединяются между собой и землей. Основными причинами коротких замыканий являются нарушения изоляции отдельных частей электроустановок, неправильные действия персонала, перекрытия изоляции из-за перенапряжений в системе. Замыкания нарушают электроснабжение потребителей, в том числе и неповрежденных, подключенных к поврежденным участкам сети, вследствие понижения на них напряжения и нарушения работы энергосистемы. Поэтому короткие замыкания должны ликвидироваться устройствами защиты в возможно короткие сроки. На рисунке 3 показана кривая изменения тока при коротком замыкании. С момента его возникновения в системе электроснабжения протекает переходный процесс, характеризующийся изменением двух составляющих тока короткого замыкания (ТКЗ): периодической и апериодической Рисунок 3 – Кривая изменения тока при коротком замыкании Крупные промышленные предприятия подключаются, как правило, к мощным электроэнергетическим системам. При этом токи короткого замыкания могут достигать весьма значительных величин, вызывая затруднения в выборе электрооборудования по условиям устойчивости при коротком замыкании. Большие сложности возникают также при построении систем электроснабжения с большим количеством мощных электродвигателей, питающих точку короткого замыкания. 21 В связи с этим при проектировании систем электроснабжения приходится определять оптимальную величину тока короткого замыкания. Наиболее распространенными способами его ограничения являются: – раздельная работа трансформаторов и питающих линий; – включение в сеть дополнительных сопротивлений – реакторов; – применение трансформаторов с расщепленной обмоткой. Использование реакторов особенно целесообразно при подключении сравнительно маломощных электроприемников к шинам электростанций и к подстанциям большой мощности. При подключении приемников с ударной нагрузкой – мощных печей, вентильного электропривода – увеличение реактивности сети путем установки реакторов зачастую невозможно, так как оно приводит к увеличению колебаний и отклонению напряжения. На рисунке 4 приведена схема подстанции 110 кВ, питающей резкопеременные нагрузки. В ней не предусмотрено реагирование на выводах и линиях 3, питающих мощную ударную нагрузку, чтобы не увеличивать реактивность сети и толчки реактивной мощности. На этих присоединениях применены мощные выключатели 1. На прочих линиях предусмотрено реактирование и обычные сетевые выключатели 2 с отключаемой мощностью до 350 - 500 MBА. Рисунок 4 – Схема подстанции 110 кВ, питающей резкопеременные нагрузки На современных промышленных предприятиях с разветвленной двигательной нагрузкой (обогатительные фабрики и др.) для ограничения токов короткого замыкания применяют разработанную систему электроснабжения с управляемым аварийным режимом. Тенденции развития электроэнергетических систем (ЭЭС), тесно связанные с общим экономическим развитием, характеризуются устойчивым ростом электрических нагрузок и соответствующим увеличением генерирующих мощностей, усилением связей с соседними ЭЭС и созданием крупных объединенных систем, охватывающих не только территории отдельных стран, но и целые континенты. Неизбежным следствием такого развития является рост токов короткого замыкания, особенно остро проявляющийся в регионах с высокой плотностью энергопотребления, а также мегаполисах. Увеличение токов короткого замыкания (КЗ), сопровождающееся увеличением электродинамических и тепловых воздействий на оборудование, приводит к росту повреждений обмоток генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов, реакторов и других электрических аппаратов. Сверхнормативные токи КЗ могут повреждать выключатели, обеспечивающие локализацию и ликвидацию аварийных ситуаций в системе, 22 что приводит к увеличению масштабов последствий КЗ, в том числе за счет возникновения пожаров на энергообъектах. Указанные обстоятельства снижают надежность работы электроэнергетических систем. Максимальный уровень токов короткого замыкания, определяющий требования к электрическим аппаратам и оборудованию, становится критическим параметром и ограничивающим фактором развития электрических систем. Величина максимального уровня тока КЗ становится техникоэкономическим параметром, определяющим целесообразность ограничения тока КЗ или замену оборудования на новое (если это возможно), способное выдержать увеличенные значения токов КЗ. Учитывая, что второй путь является высокозатратным, основными методами решения проблемы связаны с применением способов и мероприятий по ограничению уровней токов КЗ. В настоящее время в сетях промышленных предприятий, станций и подстанций напряжением до 35 кВ, ограничение токов КЗ достигается, в основном, за счет применения токоограничивающих реакторов и трансформаторов с расщепленными обмотками. В сетях напряжением выше 35 кВ основными являются схемно-технические решения, обеспечивающие секционирование сети и организацию автоматического деления сети при аварийных ситуациях. Однако все эти решения приводят к снижению надежности электроснабжения потребителей, увеличению потерь в системе, снижению качества напряжения на его шинах, т.к. ограничение токов КЗ достигается за счет увеличения суммарного реактанса сети. Проблема ограничения токов короткого замыкания является весьма актуальной для всех стран мира. Решением этой проблемы занимаются практически все крупные электротехнические компании, международные научные организации, такие как СИГРЭ и IEEE, научно-исследовательские центры и ВУЗы во многих странах, в том числе и в России. Особенно остро проблема проявляется в сетях напряжением 110-220 кВ. Об актуальности проблемы неоднократно заявляли представители Мосэнерго, Ленэнерго, ФСК ЕЭС и др. Появление новых технологий и материалов, связанных с преобразовательной техникой и явлением сверхпроводимости, быстрый прогресс параметров элементной базы силовой электроники и характеристик высокотемпературных сверхпроводниковых материалов (ВТСП), дает возможность создания токоограничивающих устройств нового поколения, обладающих свойствами, которые позволят открыть дорогу к широкому применению этих устройств в электроэнергетике. Эти свойства могут быть сформулированы в виде общих технических требований к токоограничителям (ТО), в соответствии с которыми ТО должны: – обеспечивать ограничение значений ударного и установившегося токов КЗ до допустимого (заданного) уровня; – иметь быстродействие не хуже 2 – 3 мс; – не оказывать существенного влияния на нормальный режим работы сети, прежде всего на уровень напряжений; – не вносить существенных нелинейных искажений в параметры режима сети, особенно при нормальном режиме ее работы; – иметь автоматическое срабатывание и восстановление после устранения тока КЗ; – иметь стабильные характеристики при изменении схемы сети; – не оказывать отрицательного влияния на функционирование других элементов сети и систем защиты (например, на запуск двигателей, работу АПВ и т.д.). Одновременно с реализацией функции токоограничения новые устройства могут обеспечить быстродействующее отключение тока (за время менее полупериода частоты питающей сети). 23 6.2 Устройство микропроцессорных защит REM610 Реле REM 610 является универсальным многофункциональным реле, в основном предназначенным для защиты электродвигателей в широком диапазоне их применений. Реле REM 610 построено на микропроцессорной базе. За работой реле непрерывно следит система самоконтроля. Интерфейс человек-машина (HMI) включает в себя жидкокристаллический дисплей (ЖКД), который делает местное управление реле простым и безопасным. Местное управление реле может выполняться с помощью компьютера, подключенного к переднему порту последовательнои связи. Дистанционное управление может выполняться через задний порт, соединенный с системой управления и контроля через последовательную шину связи. Основные особенности: – Трехфазная тепловая защита от перегрузки. – Контроль запуска трехфазного двигателя на основе расчета тепловой нагрузки с возможностью блокировки реле скорости. – Трехфазная защита от перегрузки по току с независимой характеристикой времени срабатывания и возможностью блокировки реле скорости. – Трехфазная защита от короткого замыкания мгновенного действия или с независимой характеристикой времени срабатывания. – Трехфазная минимальная токовая защита (при потере нагрузки) с независимой характеристикой времени срабатывания. – Ненаправленная защита от замыкания на землю с независимой характеристикой времени срабатывания. – Трехфазная защита от асимметрии, основанная на измерении тока обратной последовательности фаз с обратнозависимой характеристикой времени срабатывания. – Защита от опрокидывания фазы, основанная на измерении тока обратной последовательности фаз. – Суммирующий счетчик времени пуска с функцией запрета повторного запуска. – УРОВ (Устройство резервирования отказа выключателя). Реле REM 610 является универсальным многофункциональным реле, в основном предназначенным для защиты стандартных асинхронных двигателей среднего напряжения средней и большой мощности в широком диапазоне их применений. Оно реагирует на аварийные ситуации во время пуска двигателя, его нормальной работы, холостого хода и охлаждения в неподвижном состоянии, например при использовании двигателя в насосе, вентиляторе, на мельнице или в дробильной установке. Большое число реализованных защитных функций позволяет реле REM 610 полностью защитить двигатель от повреждения. Реле может использоваться с приводами, управляемыми как силовыми выключателями мощности, так и контакторами. Реле REM 610 может одинаково успешно использоваться как для защиты, например, фидерных кабелей и силовых трансформаторов, которые требуют защиты от тепловой перегрузки, так и, например, одно-, двух- и трехфазной максимальной токовой защиты или ненаправленной защиты от замыкания на землю. Для обеспечения правильной и безопасной работы реле REM 610, если оно эксплуатируется в заданных условиях, рекомендуется выполнять профилактическое техническое обслуживание каждые пять лет (см. ниже и раздел Технические характеристики). При использовании функций часов реального времени или сохранения регистрируемых данных аккумуляторную батарею необходимо заменять через каждые пять лет. Если обнаруживается внутренняя неисправность реле, препятствующая его работе, реле сначала пытается устранить неисправность путем перезапуска. 24 Только после того как будет выяснено, что неисправность устойчива, зеленый индикаторный светодиод (готовность) начнет мигать, и активизируется выходной контакт самоконтроля. Все остальные выходные контакты возвращаются в исходное состояние и блокируются на время внутренней неисправности реле. Кроме того, на ЖКД выводится информационное сообщение о неисправности, содержащее код неисправности. Индикация о внутренней неисправности реле имеет наивысший приоритет в интерфейсе человек-машина. Никакие другие информационные сообщения интерфейса человек-машина не могут превалировать над индикацией внутренней неисправности реле. Пока мигает зеленый светодиод (готовность), индикация неисправности не может быть сброшена. Если внутренняя неисправность пропадает, зеленый светодиод (готовность) перестает мигать, а реле возвращается в нормальное рабочее состояние, но информационное сообщение о неисправности на ЖКД будет оставаться, пока оно не будет сброшено вручную (или пока не начнется пуск двигателя). Код внутренней неисправности реле (IRF) указывает вид неисправности. При появлении неисправности код необходимо записать и сообщить его при составлении заявки на ремонт. В случае предупреждения реле будет продолжать работать, за исключением выполнения тех функций, на которые, возможно, влияет неисправность; зеленый индикаторный светодиод (готовность) будет светиться как при нормальной работе. Кроме того, на ЖКД появятся информационное сообщение и код неисправности, причем содержание сообщения зависит от вида неисправности. Если одновременно возникают несколько неисправностей, на дисплей будет выводиться единственный числовой код, идентифицирующий все неисправности. Информационное сообщение о неисправности нельзя удалить вручную, оно удаляется вместе с исчезновением неисправности. При появлении неисправности ее код необходимо записать и сообщить его при составлении заявки на ремонт. Каждая выборка входного сигнала проверяется на достоверность перед вводом в алгоритм фильтрации. Выборки проверяются на достоверность путем измерения внутренней уставки опорного напряжения сразу после опроса входов. Если измеренное напряжение смещения отклоняется от уставки более чем на 1,5 % диапазона измерения, выборка отбрасывается. Если неисправность не исчезла по истечении времени фильтрации, равного 8 секундам, все входы автоматически выводятся из работы с индикацией неисправности оборудования. Если неисправность исчезнет позднее, входы будут вновь разрешены. Это предотвращает влияние на результат измерения большинства внезапных отказов аппаратных средств Для обеспечения заданной точности измерений производится более тщательное тестирование оборудования, проводимое в качестве части непрерывной процедуры самокалибровки, которая выявляет ошибки, ухудшающие точность измерения. Вслучае отказа самокалибровкимодуля RTD все входыавтоматически выводятся из работы с индикацией неисправности оборудования. Если самокалибровка будет проведена позднее, входы будут вновь разрешены. Кроме того, единственный вход будет выведен из работы, если измеренное через этот вход значение выходит за заданные пределы (-4...104 %) или если обнаруживается обрыв или короткое замыкание. В REG 216 обеспечиваются все необходимые для автономной защиты генераторов, силовых трансформаторов и питающих линии функции. Поэтому система заменяет несколько защит в традиционной системе защиты оборудования энергообъекта. Нужные защиты выбираются из библиотеки с помощью ПЭВМ. Диапазоны уставок функций достаточно широки, поэтому многочисленны варианты применения. Имеется возможность задать следующие основные параметры: – место размещения блоков обработки сигналов; – канал или каналы входа; уставку срабатывания; – выдержку времени; характеристики срабатывания; 25 – логику отключения; логику сигнала управления. Обеспечивается блокировка каждой защитной функции цифровым сигналом (например, цифровые входы или с помощью отключающего сигнала другой защитной функции). Защитные функции: – дифференциальная защита генератора – трехфазная, токозависимая характеристика, высокая устойчивость во время внешних КЗ и насыщения ТТ; – дифференциальная защита силового трансформатора – трехфазная для двух- и трехобмоточных трансформаторов, токозависимая характеристика, не требуются промежуточные трансформаторы для компенсации углового сдвига векторов тока и для выравнивания сигналов, торможение при броске тока с помощью второй гармоники; – МТЗ с независимой выдержкой времени; – быстродействующая МТЗ – действие без выдержки времени, широкий частотный диапазон, Оценка импульсного значения; – МТЗ с контролем по напряжению – максимальное значение тока после пуска, возврат действия после восстановления напряжения или после отключения, оценка составляющей напряжения прямой последовательности; – МТЗ с обратнозависимой характеристикой срабатывания – для многофазных КЗ и замыканий на землю, сильно зависимая и чрезвычайно зависимая характеристики, устойчивая работа в условиях переходных режимов; – токовая защита обратной последовательности фаз – защита от несимметрии нагрузки, независимая выдержка времени, трехфазное измерение; – защита от повышения напряжения с независимой выдержкой времени; – 100 %-ная защита статора и ротора от замыканий на землю основана на принципе расчета активного сопротивления в месте замыкания на землю – непрерывный контроль уровня изоляции; – защита минимального полного сопротивления (дистанционная защита) – обнаружение двух- или трехфазных КЗ (резервная защита), круговая характеристика с центром в начале координат плоскости R-X, оценка наименьшего фазного значения при трехфазном измерении; – защита минимального реактивного сопротивления выявление потери возбуждения, выявление асинхронного хода с дополнительной выдержкой времени, круговая характеристика; – защита мощности – применяется для контроля активной, обратной, реактивной мощности, максимальное и минимальное действие, любой угол характеристики; – защита от перегрузок – тепловая защита с характеристикой срабатывания стандартного статора и ротора; – защита от повышения температуры – тепловая защита с моделью системы первого порядка. 6.2.1 Виды повреждений. В обмотках трансформаторов (Т) и автотрансформаторов (АТ) могут возникать КЗ между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений На вводах Т и АТ, ошиновке и в кабелях также могут возникать КЗ между фазами и на землю. При витковых замыканиях в любой обмотке Т (АТ) ток в замкнувшихся витках в несколько раз превышает номинальный при незначительном изменении тока в остальной части обмотки и в других обмотках. Поэтому для ликвидации витковых замыканий требуется высокая чувствительность защиты. При недостаточной чувствительности выгорают замкнувшиеся витки и КЗ переходит в однофазное на землю или многофазное. К витковым замыканиям относятся КЗ между ответвлениями регулировочной обмотки однофазных АТ. 26 Многофазные КЗ могут возникать в любой обмотке трехфазного Т (АТ). Ток повреждения зависит от места КЗ. При соединении обмоток в звезду чем ближе КЗ к нейтрали, тем больше ток в закороченной части обмоток и меньше со стороны питания, при соединении в треугольник наименьший ток будет при КЗ в середине обмоток. Однофазные КЗ возможны в обмотках, присоединенных к сети с заземленной нейтралью (с большим током замыкания на землю). К внутренним однофазным КЗ относят также повреждения маслонаполненных вводов на напряжение 110 кВ и выше. Наиболее вероятны КЗ вблизи выводов (а начале обмотки). При больших значениях тока КЗ повреждения приводят к разрушениям Т. В эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы Т и АТ, к которым относятся: – прохождение через Т или АТ сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов (при внешних КЗ, качаниях и перегрузках); – выделение из масла горючих газов; – понижение уровня масла; – повышение его температуры; – повышение напряжения; пожар Т (АТ). При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах Т или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по Т проходят токи КЗ, которые нагревают обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению Т. В связи с этим Т должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую Т. Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся, неопасные для Т ввиду их непродолжительности перегрузки, например при самозапуске электродвигателей. Отключения Т при таких перегрузках не требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего Т и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом. Перегрузки Т энергоблоков могут возникнуть только при перегрузках генераторов, и их появление выявляется защитой генератора. Допустимая длительность перегрузок Т (АТ) нормируется согласно ПТЭ и в связи с тем, что даже при значительных перегрузках не требуется быстрого отключения Т, достаточно обеспечить действие сигнализации. РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически (на подстанциях без дежурного персонала). Опасное для Т повышение напряжения возникает в сетях 500 кВ и выше при одностороннем отключении длинных ДЭП с большой емкостной проводимостью. На Т (АТ) энергоблоков повышения напряжения могут возникать в тех же условиях работы энергоблока в режиме холостого хода (при неисправностях в системе возбуждения или при обрыве цепей АРВ). Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции до насыщения стали сердечника, вследствие чего возрастают вихревые токи и ток намагничивания. Эти токи нагревают обмотки, сердечник и бак Т, что приводит к ухудшению примыкающей изоляции. Чем больше уровень напряжения, тем меньше время, в течение которого оно допускается. Понижение уровня масла в баке Т ниже уровня обмоток, вероятное при течи в баке или резком понижении температуры наружного воздуха, может привести к повреждению обмотки. Пожар Т (АТ) Т и АТ мощностью 200 MBA и более и все Т (АТ) напряжением 500 кВ и выше оснащают устройствами пожаротушения. Если трансформатор собственных нужд энергоблока размещается под токопроводами генератора, то он оборудуется устройством пожаротушения. 27 При отсутствии специальных датчиков, реагирующих на возникновение пожара, устройства пожаротушения автоматически запускаются при действии защиты от внутренних повреждений. Неполнофазный режим. На АТ предусматривается РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон ВН или СН. Защита Т и АТ должна выполнять следующие функции: – отключать Т (АТ) при его повреждении от всех источников питания; – отключать Т (АТ) от поврежденной части электроустановки при прохождении через него сверхтока в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с Т (АТ), а также при повреждениях смежных ЛЭП или оборудования и отказах защит или выключателей; – давать предупредительный сигнал дежурному персоналу электростанции (подстанции) при перегрузке Т (АТ), выделении газа из масла, понижении уровня масла, повышении его температуры. Для РЗ трансформаторов (АТ) при повреждении и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит: – дифференциальная - при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки Т (АТ); – токовая отсечка мгновенного действия – при повреждениях ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания; – газовая – при повреждениях внутри бака Т (АТ), сопровождающихся выделением газа, при понижении уровня масла; – от сверхтоков, проходящих через Т (АТ) при повреждении как самого Т (АТ), так и других связанных с ним элементов - максимальная токовая или максимальная токовая направленная защита, реагирующая на фазные токи, а также на токи нулевой и обратной последовательностей, максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения, дистанционная защита; – от замыканий на корпус; – от перегрузки. Со стороны 110-220 кВ энергоблоков, присоединяемых, к двойной системе шин, дифференциальная защита включается на выносные ТТ, устанавливаемые возле выключателя 110-220 кВ, При замене этого выключателя обходным защита переключается на ТТ обходного выключателя и охватывает всю ошиновку от обходного выключателя до защищаемого трансформатора, включая обходную систему шин. На энергоблоках с ВН 330 кВ и более, присоединяемых на стороне ВН через два выключателя, дифференциальная защита включается на ТТ, встроенные в трансформатор блока. При этом она не защищает вводы ВН трансформатора и ошиновку на стороне ВН. Для защиты вводов Т и его ошиновки на стороне ВН 330 кВ и выше энергоблоков с двумя выключателями по полуторной схеме, схеме 4/3 или схеме многоугольника применяют дифференциальную защиту, включаемую на ТТ, установленные в цепи каждого выключателя, и на ТТ, встроенные в Т (АТ) энергоблока. Защита ошиновки используется как при работе блока, так и при его ремонте, когда выключатели ВН остаются в работе. Достоинствами дифференциальных токовых защит, охватывающих все обмотки Т или АТ, являются быстрота и действие при КЗ внутри баков, вне их, в зоне, ограниченной ТТ схемы., В отличие от аналогичной продольной защиты генераторов рассматриваемая защита реагирует на витковые КЗ. Недостатком защиты может являться недостаточная чувствительность при КЗ внутри обмоток, что усугубляется в случае довольно грубых защит. Поэтому для мощных Т стремятся применять защиты с существенно меньшими током напряжения, и использовать совместно с дифференциальной газовую защиту, реагирующую практически на все повреждения внутри баков, но работающую обычно медленнее. Рекомендуется применять дифференциальную токовую защиту на одиночно работающих Т мощностью 6,3 MBA и более, на Т, работающих параллельно, и на ТСН станций мощностью 4 MBA и более. 28 Дифференциальная защита типов ДЗТ-21, ДХГ-23 предназначена для использования в качестве основной защиты трех фаз силовых трансформаторов при всех видах коротких замыканий и тока. В комплект дифференциальной защиты входят: основная защита, приставка дополнительного торможения тила ПТ-I и автотрансформатор тока типов АТ-31, АТ-32. Приставка торможение от одной группы высоковольтных ТТ используется в тех случаях, когда требуется обеспечить торможение от трёх или четырех групп ТТ. Автотрансформатор тока служит для расширения диапазона выравнивания токов плеч одной фазы защиты и для подключения к высоковольтным ТТ с номинальным вторичным током I А. Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса используется времяимпульсный принцип в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Для повышения отстройки от установившихся и переходных токов небаланса используется также торможение от токов плеч защиты. Конструктивно защита представляет четырехмодульную кассету - три фазных модуля и модуль питания и управления. Упрощенная однорелейная структурная схема РЗ включает: – промежуточные АТ ТL1 и TL2 для выравнивания вторичных токов; – промежуточные Т 7L3 и TL4 и выпрямители VS1 и VS2, через которые формируется тормозной ток плеч защиты, подаваемый к реагирующему органу РО; – стабилитрон VD, включенный последовательно в тормозную цепь и обеспечивающий при небольших токах работу защиты без торможения; – трансреактор ТАУ, ко вторичным обмоткам которого подключены через выпрямитель VS3 реле дифференциальной отсечки КА и цепь торможения от тока второй гармоники; – фильтр тока второй гармоники ZF и выпрямитель VS4, через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники; – устройство формирования, подготавливающее токи смещения, подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам. Параметры рабочей цепи, состоящей из трансреактора TAV, выпрямителя VS3 и резисторов, подобраны таким образом, что реле практически не замедляется при синусоидальных токах КЗ с апериодической составляющей. При больших токах КЗ в защищаемой зоне ТТ могут насыщаться, вследствие чего во вторичном токе ТТ появляются паузы. Наличие трансреактора способствует сокращению их длительности и обеспечивается работа РО при погрешности ТТ до 40 %. При большей кратности тока должна работать имеющаяся в защите дифференциальная отсечка. Цепь торможения от второй гармоники содержит фильтр, выпрямительный мост VS4 на диодах и стабилитронах, сглаживающий конденсатор и резисторы. В качестве тормозного сигнала используется выпрямленный ток плеча фильтра. Стабилитроны применены для ограничения тормозного сигнала при больших токах КЗ в зоне защиты. Торможение током второй гармоники обеспечивает отстройку от разнополярного тока включения с длительностью пауз не менее 4,5 мс и относительным содержанием второй гармоники не менее 43 %. Цепь процентного торможения состоит из промежуточных автотрансформаторов Т1 и T2, выпрямительных мостов VS1 и VS2, диодов и стабилитронов. Благодаря включению стабилитронов в начальной части тормозной характеристики имеется горизонтальный участок, длина которого может изменяться, Коэффициент торможения регулируется переменным резистором. Торможение осуществляется от суммы токов плеч защиты. Действие токов плеч защиты и приставки выравнивается с помощью ответвлений от первичных обмоток трансформатора и промежуточных ТТ в диапазоне токов от 2,5 до 5 А. Реагирующий орган состоит из формирователя прямоугольных импульсов, элемента выдержки времени на возврат (Вв) и элемента выдержки времени (В). 29 Ток рабочей цепи после двухполупериодного выпрямления без сглаживания подают на вход РО. Тормозные токи (процентного торможения и второй гармоники) после двухполупериодного выпрямления со сглаживанием тоже подают на вход РО. Выходы РО всех трех фаз подают на усилитель и выходные реле. Минимальный ток срабатывания защиты может устанавливаться в диапазоне (0,3-0,7) ответвления; время срабатывания защиты ДЗТ-21 при синусоидальном токе не более 0,04 с< в условиях переходного процесса может возрастать до 0,08 с. 6.2.2 Защита шин станций и подстанций Специальные защиты шин предназначены для отключения без выдержки времени повреждений, возникающих на сборных шинах. На шинах могут возникать такие же повреждения, как и на линиях однофазные и многофазные КЗ в сетях с заземленной нейтралью, многофазные в сетях с изолированной нейтралью. Но КЗ на сборных шинах происходят значительно реже, чем на линии. Последствия от КЗ на сборных шинах являются более серьезными с точки зрения безопасности обслуживающего персонала, устойчивости работы энергосистемы и повреждений в точке короткого замыкания. Повреждения на шинах могут быть отключены без специальной защиты или резервными защитами линий, установленными на соседних подстанциях. Отключение происходите выдержкой времени резервной защиты, а не мгновенно, как при наличии специальной защиты шин. Замедление отключения приводит к увеличению размеров повреждения в месте КЗ, а в кольцевых сетях может вызвать нарушение устойчивости параллельной работы. Поэтому подстанции 110-500 кВ в кольцевых сетях с многосторонним питанием, как правило, оснащаются специальными защитами шин. На тупиковых подстанциях защита шин обычно не устанавливается, и повреждения, возникающие на них, отключаются резервными защитами линий на питающих подстанциях. Специальные защиты шин позволяют также селективно отключить поврежденный участок и предотвратить нарушение энергоснабжения дополнительных подстанций. Требования, предъявляемые к защите шин, отличаются от требований к другим типам защит в некоторых существенных моментах. Повреждения на линии часто вызываются молнией, деревьями или птицами, и обычно несколько линий подключаются к одним шинам. Поэтому для защиты шин наиболее частыми являются внешние КЗ, До тех пор пока не отключатся выключатели (50-80 мс) и не изолируют неисправность, сквозной ток будет вызывать насыщение одного и более трансформаторов тока. Основная трудность защиты шин заключается в обеспечении селективности при больших токах КЗ, обусловливающих существенные погрешности трансформаторов тока в сочетании с требованием высокой чувствительности в минимальных режимах КЗ при небольших токах. К специальным защитам шин предъявляются следующие требования: – устойчивость при внешних КЗ; – абсолютная селективность при КЗ в зоне; – действие при наличии КЗ в зоне; – быстрое отключение при высокой чувствительности; – взаимодействие с другим оборудованием на станции, таким, как системы управления и контроля. На шинах станций и подстанций могут быть следующие основные виды повреждений: – трехфазные КЗ - замыкания между тремя фазами, трехфазные замыкания на землю и тройные замыкания на землю, при которых одно или два места повреждения могут быть вне шин; 30 – двухфазные КЗ - замыкания между двумя фазами, двухфазные замыкания на землю и двойные замыкания на землю, причем одно из мест повреждений может находиться вне шин; – однофазные замыкания на землю; обрыв фаз, в том числе с замыканием на землю. К основным причинам замыканий на шинах относятся: – ошибочные действия эксплуатационного персонала с шинными разъединителями, перекрытия втулок выключателей из-за дефектов конструкции, перекрытие изоляторов при грозах, загрязнении и гололеде, поломка изоляторов разъединителей и др. Наиболее опасными повреждениями на шинах считаются КЗ, которые могут привести к частичному или полному разрушению шин и подключенного к ним оборудования из-за термического и электродинамического воздействия больших токов КЗ, сопровождающихся электрической дугой. К серьезным последствиям КЗ на шинах распределительных устройств (РУ) станций и подстанций относятся: – значительное понижение напряжения в энергосистеме, что может привести к нарушению нормальной жизнедеятельности городов и других населенных пунктов, нарушению технологических процессов на предприятиях; – повреждение и выход из строя дорогостоящего оборудования, например трансформаторов и генераторов в неповрежденной части энергосистемы; – потеря устойчивости системы, при этом возможны частичное или полное отключение электрических станций, подстанций, ЛЭП, значительный недоотпуск электроэнергии потребителям. Для предотвращения (или уменьшения) этих последствий необходимо отключать КЗ на шинах РУ за минимальное время с помощью соответствующих устройств защиты. По данным эксплуатации, основными причинами аварийных отключений (погашений) одной из систем или секций шин РУ являются: – отказы выключателей при отключении КЗ на присоединениях; – неполнофазные отключения воздушных выключателей при КЗ на присоединениях; – КЗ на шинах или на участках ошиновки присоединений с отказавшими выключателями; – ошибочные действия эксплуатационного персонала; – неправильная работа РЗА. Полное отключение систем шин может быть вызвано: – КЗ на одной из систем шин при наличии временной «жесткой» связи между системами; – обесточением одной системы при отключенной другой, например в связи с ремонтом; – КЗ на шинах и присоединениях с перебросом дуги на обе системы или отказами выключателей; – отказами шиносоединительных выключателей (LL1CB) при КЗ на одной системе; – КЗ в «мертвой зоне», например на ошиновке между комплектом ТТ ШСВ и ШСВ; – обесточением систем шин из-за отключения источников питания; – неправильной работой РЗА, в том числе и защит шин. Как отмечалось, защита шик станций и подстанций может осуществляться двумя основными способами: – с помощью основных или резервных защит присоединений защищаемых систем шин, например токовыми или дистанционными защитами линий. При этом обеспечивается относительная селективность отключения КЗ на шинах и поврежденные шины отключаются с выдержкой времени; – с помощью специальных быстродействующих защит абсолютной или относительной селективности, обеспечивающих отключение поврежденной секции или системы шин с минимальной возможной выдержкой времени. 31 В качестве специальных защит шин применяются токовые, с блокировкой от реле направления мощности, дистанционные, дифференциальные токовые, дифференциальные токовые с торможением и дифференциально-фазные защиты. Токовая защита шин осуществляется с помощью установленной на питающих элементах максимальной токовой защиты и отдельной ступенчатой защиты на секционном выключателе (СВ). При КЗ на шинах сначала отключается СВ, затем, с некоторой выдержкой времени, выключатель питающего элемента, включенного на поврежденную секцию шин. Для повышения быстродействия токовая защита шин дополняется блокировкой от реле, установленных на питаемых от шип элементах. В качестве блокирующих используются максимальные реле тока или реле направления мощности. Недостатками токовых защит являются: – возможность ложных срабатываний при внешних КЗ; – некоторое замедление для блокировки при внешних КЗ; – требование отстройки от токов нагрузки; объединение оперативных цепей всех элементов. По этим причинам токовые защиты не получили широкого применения. Дистанционный принцип был разработай применительно к шинам генераторного напряжения мощной ТЭЦ, секции и линии которой реактированы. Защита имеет два комплекта дистанционных органов, токовые цепи которых включаются последовательно на общую группу ТТ, а цепи напряжения питаются отдельно or ТН смежных секций. Наличие сосредоточенных сопротивлений реакторов, а также генераторов и трансформаторов связи позволяет отличать КЗ на шинах от КЗ за указанными сопротивлениями с помощью дистанционной защиты. Достоинством дистанционной защиты для генераторного напряжения являются относительно небольшая выдержка времени и возможность использования при различных переключениях в главной схеме соединений. К недостаткам защиты относятся: наличие выдержки времени; относительно невысокая чувствительность; возможность использования для ограниченного числа главных схем соединений. Дистанционная защита шин применяется относительно редко. Наиболее эффективным для защит шин является дифференциальный принцип, который позволяет выполнять защиты с абсолютной селективностью, обеспечивающей отключение поврежденных систем шин без замедления, без согласования с другими смежными защитами. Основные положения по выполнению дифференциальных защит шин. В зону действия защит шин обычно входят собственно ошиновка, выключатели, шинные разъединители, ТН, разрядники и другие элементы, подключенные непосредственно к секциям или системам шин. Защиты шин должны реагировать: – в сетях с глухозаземленной нейтралью на все виды КЗ между фазами, однофазные и многофазные КЗ на землю; – в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью на все виды КЗ между фазами, двойные КЗ на землю и двухфазные КЗ на землю в одной точке. При разработке и проектировании устройств дифференциальных защит шин РУ следует учитывать общие рекомендации: Защиты шин подстанций в сетях 110 кВ и выше имеют, как правило, трехфазное трехсистемное исполнение, в сетях 35 кВ - двухфазное двухсистемное исполнение. При разработке защит шин следует предусматривать возможность их использования с ТТ, имеющими неодинаковые коэффициенты трансформации. В некоторых вариантах выполнения защит шин необходимо предусматривать устройство контроля целости соединительных проводов от ТТ присоединений к комплектам защит шин для сигнализации и блокировки действия защит при всех видах повреждения соединительных проводов, способных привести к отказу или неправильному действию защиты шин. 32 ТТ присоединений РУ, используемые для защиты шин, должны устанавливаться так, чтобы выключатели присоединений входили в зону действия защиты шин. Для уменьшения нагрузки на ТТ путем снижения длины соединительных проводов цепи дифференциальных контуров или промежуточные ТТ, к которым подключаются устройства защиты шин, целесообразно собирать или устанавливать на открытой части РУ. Для оперативных и эксплуатационных переключений в РУ, в цепях ТТ всех присоединений, в дифференциальных контурах защиты, а также в цепях, предназначенных для переключений в случае замены ремонтируемого выключателя обходным, секционным или ШСВ, должны устанавливаться испытательные блоки. В схемах защит шин необходимо предусматривать возможность использования УРОВ и АПВ шин, устройств для опробования секции или системы путем ручного включения соответствующих выключателей для подачи на шины напряжения и мгновенного отключения данной секции или системы шин при КЗ. 6.3 Питер ван Мушенбрук Питер ван Мушенбрук – голландский физик, исследователь и изобретатель. Он является непосредственным участником истории конденсатора, так как впервые создал его прототип – лейденскую банку. Родился будущий исследователь и изобретатель 14 марта 1692 года в голландском городе Лейден в семье ученого. Его отец – Ян Йостен ван Мушенбрук был достаточно известным в своей стране научным деятелем. Именно он впервые организовал серийное производство специализированных научных приборов, которые широко использовались учеными и инженерами того времени в их исследованиях и разработках. После окончания начальной школы Питер решает идти по стопам отца и в 1715 году поступает в родной Лейденский университет, где изучает медицину, математику и философию. Но, не смотря на то, что профилирующим предметом будущего ученого была медицина, и он даже 2 года после института занимался врачебной практикой, дальше в этом направлении он развиваться не стал. После короткой практики Питер едет в Англию, где в Лондоне проходит обучение лично у великого и неповторимого Исаака Ньютона. В 1719 году Питер ван Мушенбрук переезжает в Германию и, получив там докторскую степень по философии, устраивается преподавателем математики и философии в Дуйсбургский университет. Через четыре года в 1723 году он переходит преподавать в Утрехтский университет, где в 1736 году создает первый учебник по физике на своем родном голландском языке. В 1740 году Питер ван Мушенбрук, уже будучи достаточно известным ученым не только в своей стране, но и во всей Европе, переходит в свой родной Лейденский университет преподавать философию. Параллельно он занимается изготовлением специальных научных приборов, руководя фирмой, которая переходит ему в наследство от отца. На протяжении практически всей своей жизни Питер ван Мушенбрук не переставал заниматься научной деятельностью. Он проводил многочисленные исследования в области изучения свойств электричества. В частности он изучал процесс электризации (накопление электрического заряда) различных материалов. Благодаря его наработкам коллега ученого Шарль Франсуа Дюфе в 1733 году открывает положительную и отрицательную электризацию тел. Хотя тогда ее именовали «смоляным» и «стекольным» электричеством. Однако самым знаковым открытием, вознесшим ученого практически в ряды самых известных людей, стало изобретение и создание в 1745 году прототипа конденсатора – лейденской банки. Питер ван Мушенбрук - выпустил демона. Так говорили эзотерики про голландского ученого, который проводил эксперименты с электричеством. Появился даже термин Демон Мушенбрука, который убивает, голубыми искрами. При дворе короля, в светских салонах 33 и на ярмарках самым модным развлечением было экспериментировать с банкой из Лейдена, наполненной электричеством. Голландский физик - изобрел первый конденсатор. Будущее Питера ван Мушенбрука было предопределено с рождения. Он родился 14 марта 1692 года в семье, которая имела к науке прямое отношение. Его отец был уважаемым в Лейдене человеком. Высокообразованный, он создал первое в Голландии специализированное производство. В его мастерской выпускали приборы для научных экспериментов. Родители позаботились, чтобы Питер получил прекрасное образование. Он поступил в местный университет, где особенно усердно изучал естественные науки, особенно медицину. Мушенбрук окончил университет в 1715 году и занялся врачебной практикой. Но посвятить себя медицине, ему было не суждено. Знакомство с Исааком Ньютоном, который стал его наставником, пробуждает в нем страсть к физике. Питер ван Мушенбрук отправляется в Германию и с 1719 по 1723 год преподает математику на кафедре Дуйсбургского университета. Все свободное время он посвящает экспериментам с электричеством. Рисунок 6 – Питер ван Мушенбрук Через 4 года его приглашают в университет Утрехта, где он вплотную занимается физическими опытами. Мушенбрук изучает, как расширяются твердые тела, свои наблюдения 34 он фиксирует на прибор, который сам же и изобрел - пирометр. Позже с помощью пирометра, Мушенбрук будет измерять температуру плавления металлов. В 1736 году он издает учебник по физике. Книга стала первым, официально изданным в Голландии курсом для изучения этого предмета. В 1740 году Мушенбрук возвращается в родной Лейден и остается там до конца жизни. Его приглашают научные академии крупнейших держав, но он непреклонен. В родном городе ученый совершает свои главные открытия. Он проводит опыты с электричеством, они эффектны, слава профессора множится, у него появляются ученики. Мушенбрука называют, не иначе как Великим. Один из будничных дней 1745 года, наполненный рутинной работой в лаборатории стал днем прорыва в науке. Ученый налив в банку воды, опустил в нее стержень из металла, соединенный с электрической машиной и подал туда ток. Позже, Питер ван Мушенбрук, напишет, что испытал электрический разряд такой силы, что не согласится почувствовать его снова, даже если ему предложат французскую корону. Так наука получила конденсатор, который сразу окрестили «лейденской банкой». Опыты стали повторять по всей Европе. В России аристократы с помощью «лейденской банки» даже наказывали слуг. Профессор много работает и общается с учеными собратьями в Европе. В 1751 году, он изобретает таблицу удельного веса многих веществ. Ученый в 1754 году стал членом академии наук в Петербурге, Париже, Лондоне. В Лейдене он продолжает дело своего отца. Фирма Мушенбрука снабжает приборами все ведущие лаборатории Европы, в том числе и Кунсткамеру в Петербурге. Не стало Питера ван Мушенбрука 19 сентября 1761 года. 35 ЗАКЛЮЧЕНИЕ По выданному мне условию была выполнена задача по написанию алгоритма, расчётной модели и программы, которая сопоставляет изменения значений токов и напряжений в табличном виде, а также определяет действующие значения токов и напряжений при помощи методов прямоугольника и трапеций. Были написаны программе в FORTRAN, PYTHON, MATHCAD и MATLAB. В них запрограммирован расчёт электрической цепи из пункта задания 4.1–4.6. Некоторые ответы, предоставленные программой, могут в малой степени отличатся от значений, полученных при по помощи программы MATHCAD, представленной в приложении Д. Это связано с малыми токами, протекающими в цепи и округлением в программе MATHCAD и разными методами численного интегрирования. В приложении З можно увидеть расчётную электрическую схему с подключёнными приборами: амперметрами и вольтметрами, а также осцилограммы токов и напряжений, составленные с помощью MATLAB SIMULINK. В приложении К проиллюстрирована векторная диаграмма, построенная в программе Microsoft Office Visio с использованием масштабных коэффициентов. Исходя из того, что она полностью повторяет векторную диаграмму, построенную в MATHCAD, делаем заключение – задание выполнено успешно. 36 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 1-–43 01 01 – «Электрические станции», 1–53 01 04 – «Автоматизация и управление энергетическими процессами» / П. А. Климкович, В. А. Булат, Н. А. Дерюгина: БНТУ, 2007. – 36 с. 2 Реле защиты двигателя REM 610 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://library.e.abb.com/public/REM610_tech_755955_RUb.pdf. – Дата доступа: 7.12.2020 3 Свободная энциклопедия "Википедия" [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org. – Дата доступа: 5.12.2020 37 ПРИЛОЖЕНИЕ А Код программы для цепи переменного напряжения 1: сomplex Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6,Z7,Z8,Z12,Z345,Z34567 ,Z67,Z,UAD,UAB,UBC, 2: * UCD,UBE,UEC,UC1,UL1,ZL1,ZC1,Io,I1,I2,I3 ,I4,I5,I6,I7,I8,Z678,Z34 3: real R1,R2,R3,R4,R5,C1,C2,C3,C4,L1,L3,L2,f,Q 1,Q2,w,t,h, 4: * I1MAX,I2MAX,I3MAX,I4MAX,I5MAX,I6MAX,I7M AX,I8MAX,UADMAX,UABMAX, 5: * UECMAX,UBEMAX,UCDMAX,UC1MAX,UL1MAX,FI1, FI2,FI3,FI4,FI5,FI6,FI7, 6: * FI8,FUAD,FUAB,FUCD,FUBE,FUEC,FUC1,FUL1, Img1(41),Img2(41), 38 7: * Img3(41),Img4(41),Img5(41),Img6(41),Img 7(41),Img8(41),UmgAD(41), 8: * Um- gAB(41),UmgCD(41),UmgBE(41),UmgEC(41),U mgL1(41),UmgC1(41), 9: * Idei1,Idei2,Idei3,Idei4,Idei5,Idei6,Ide i7,Idei8,UdeiAD,UdeiAB, 10: * UdeiCD,UdeiBE,UdeiEC,UdeiC1,UdeiL1,Q_1( 41),Q_2(41),Q_3(41), 11: * Q_4(41),Q_5(41),Q_6(41),Q_7(41),Q_8(41) ,Q_9(41),Q_10(41), 12: * Q_11(41),Q_12(41),Q_13(41),Q_14(41),Q_1 5(41),gI1(41),gI2(41), 13: * gI3(41),gI4(41),gI5(41),gI6(41),gI7(41) ,gI8(41),gUAD(41), 14: * gUAB(41),gUCD(41),gUBE(41),gUEC(41),gUC 1(41),gUL1(41) 39 15: integer n,sch,kq,is_Q 16: is_Q=0 17: 18: 3 R1=56. 19: R2=20. 20: R3=40. 21: R4=55. 22: R5=0. 23: C1=2500.e-6 24: C2=550.e-6 25: C3=0. 26: L1=10.e-3 27: L2=33.e-3 28: L3=0 29: f=145. 30: Q1=600. 31: Q2=6. 32: U=550. 33: 34: pi=acos(-1.) 35: w=2.*pi*f 36: if(is_Q.eq.0) then 37: C4=600.e-6 38: end if 40 39: 40: 41: 42: Z1=cmplx(R2,-1./(w*C4)) 43: Z2=cmplx(R1,0.) 44: Z3=cmplx(0.,w*L1) 45: Z4=cmplx(R2,-1./(w*C1)) 46: Z5=cmplx(0.,w*L2) 47: Z6=cmplx(R3,0.) 48: Z7=cmplx(R4,-1./(w*C4)) 49: Z8=cmplx(R2,w*L1-1./(w*C2)) 50: Z12=cmplx(Z1*Z2/(Z1+Z2)) 51: Z34=cmplx(Z3*Z4/(Z3+Z4)) 52: Z345=cmplx(Z34*Z5/(Z34+Z5)) 53: Z67=cmplx(Z6*Z7/(Z6+Z7)) 54: Z678=Z67+Z8 55: Z34567=Z345+Z67 56: Z=Z12+Z345+Z67+Z8 57: ZC1=cmplx(0.,-1./(w*C1)) 58: ZL1=cmplx(0.,w*L1) 59: 60: UAD=U 61: Io=U/Z 62: UCD=Io*Z678 41 63: UBC=Io*Z345 64: UAB=Io*Z12 65: UBE=Io*Z34567 66: UEC=Io*Z67 67: I1=UAB/Z1 68: I2=UAB/Z2 69: I3=UBC/Z3 70: I4=UBC/Z4 71: I5=UBC/Z5 72: I6=UEC/Z6 73: I7=UEC/Z7 74: I8=Io 75: UL1=I3*ZL1 76: UC1=Io*ZC1 77: 78: I1MAX=abs(I1) 79: I2MAX=abs(I2) 80: I3MAX=abs(I3) 81: I4MAX=abs(I4) 82: I5MAX=abs(I5) 83: I6MAX=abs(I6) 84: I7MAX=abs(I7) 85: I8MAX=abs(I8) 86: 42 87: UADMAX=abs(UAD) 88: UABMAX=abs(UAB) 89: UCDMAX=abs(UCD) 90: UBEMAX=abs(UBE) 91: UECMAX=abs(UEC) 92: UC1MAX=abs(UC1) 93: UL1MAX=abs(UL1) 94: 95: FI1=faza(I1)*180/pi 96: FI2=faza(I2)*180/pi 97: FI3=faza(I3)*180/pi 98: FI4=faza(I4)*180/pi 99: FI5=faza(I5)*180/pi 100: FI6=faza(I6)*180/pi 101: FI7=faza(I7)*180/pi 102: FI8=faza(I8)*180/pi 103: 104: 105: FUAD=faza(UAD)*180/pi 106: FUAB=faza(UAB)*180/pi 107: FUCD=faza(UCD)*180/pi 108: FUBE=faza(UBE)*180/pi 109: FUEC=faza(UEC)*180/pi 110: FUC1=faza(UC1)*180/pi 43 111: FUL1=faza(UL1)*180/pi 112: 113: t=0. 114: n=40 115: h=1./(f*n) 116: do i=1,n+1 117: 118: Img1(i)=I1MAX*sin(w*t+FI1) 119: Img2(i)=I2MAX*sin(w*t+FI2) 120: Img3(i)=I3MAX*sin(w*t+FI3) 121: Img4(i)=I4MAX*sin(w*t+FI4) 122: Img5(i)=I5MAX*sin(w*t+FI5) 123: Img6(i)=I6MAX*sin(w*t+FI6) 124: Img7(i)=I7MAX*sin(w*t+FI7) 125: Img8(i)=I8MAX*sin(w*t+FI8) 126: 127: 128: UmgAD(i)=UADMAX*sin(w*t+FUAD) 129: UmgAB(i)=UABMAX*sin(w*t+FUAB) 130: UmgCD(i)=UCDMAX*sin(w*t+FUCD) 131: UmgBE(i)=UBEMAX*sin(w*t+FUBE) 132: UmgEC(i)=UECMAX*sin(w*t+FUEC) 133: UmgC1(i)=UC1MAX*sin(w*t+FUC1) 134: UmgL1(i)=UL1MAX*sin(w*t+FUL1) 44 135: 136: t=t+h 137: if(is_Q.eq.0) then 138: 139: gI1(i)=Img1(i) 140: gI2(i)=Img2(i) 141: gI3(i)=Img3(i) 142: gI4(i)=Img4(i) 143: gI5(i)=Img5(i) 144: gI6(i)=Img6(i) 145: gI7(i)=Img7(i) 146: gI8(i)=Img8(i) 147: 148: gUAD(i)=UmgAD(i) 149: gUAB(i)=UmgAB(i) 150: gUCD(i)=UmgCD(i) 151: gUBE(i)=UmgBE(i) 152: gUEC(i)=UmgEC(i) 153: gUC1(i)=UmgC1(i) 154: gUL1(i)=UmgL1(i) 155: end if 156: end do 157: Call aaa(Idei1,Img1,f,h,41) 158: Call aaa(Idei2,Img2,f,h,41) 45 159: Call aaa(Idei3,Img3,f,h,41) 160: Call aaa(Idei4,Img4,f,h,41) 161: Call aaa(Idei5,Img5,f,h,41) 162: Call aaa(Idei6,Img6,f,h,41) 163: Call aaa(Idei7,Img7,f,h,41) 164: Call aaa(Idei8,Img8,f,h,41) 165: 166: 167: Call aaa(UdeiAD,UmgAD,f,h,41) 168: Call aaa(UdeiAB,UmgAB,f,h,41) 169: Call aaa(UdeiCD,UmgCD,f,h,41) 170: Call aaa(UdeiBE,UmgBE,f,h,41) 171: Call aaa(UdeiEC,UmgEC,f,h,41) 172: Call aaa(UdeiC1,UmgC1,f,h,41) 173: Call aaa(UdeiL1,UmgL1,f,h,41) 174: if(is_Q.eq.1) then 175: kq=sch+1 176: Q_1(kq)=Idei1 177: Q_2(kq)=Idei2 178: Q_3(kq)=Idei3 179: Q_4(kq)=Idei4 180: Q_5(kq)=Idei5 181: Q_6(kq)=Idei6 182: Q_7(kq)=Idei7 46 183: Q_8(kq)=Idei8 184: 185: Q_9(kq)=UdeiAD 186: Q_10(kq)=UdeiAB 187: Q_11(kq)=UdeiCD 188: Q_12(kq)=UdeiBE 189: Q_13(kq)=UdeiEC 190: Q_14(kq)=UdeiC1 191: Q_15(kq)=UdeiL1 192: end if 193: open(6,file='result.txt') 194: if(is_Q.eq.0) then 195: write(6,57) 196: write(6,58)I1MAX,Idei1,FI1 197: write(6,59)I2MAX,Idei2,FI2 198: 199: write(6,43)I3MAX,Idei3,FI3 200: write(6,44)I4MAX,Idei4,FI4 201: write(6,45)I5MAX,Idei5,FI5 202: write(6,46)I6MAX,Idei6,FI6 203: write(6,54)I7MAX,Idei7,FI7 204: write(6,60)I8MAX,Idei8,FI8 205: write(6,47) 206: write(6,48)UADMAX,Udeiad,FUAD 47 207: write(6,49)UABMAX,Udeiab,FUAB 208: write(6,50)UCDMAX,Udeicd,FUCD 209: write(6,55)UBEMAX,Udeibe,FUBE 210: write(6,56)UECMAX,Udeiec,FUEC 211: write(6,51)UL1MAX,UdeiL1,FUL1 212: write(6,52)UC1MAX,UdeiC1,FUC1 213: write(6,53) 214: write(6,*)'Mgnoven znachen I' 215: write(6,22) 216: do 8 j=1,n+1 217: 8 write(6,26)j,Img1(j),Img2(j),Img3(j),Im g4(j),Img5(j),Img6(j) 218: *,Img7(j),Img8(j) 219: write(6,21) 220: write(6,23) 221: write(6,*)'Grafik izmenemija I' 222: write(6,*)'1-Img1, 2-Img2, 3-Img3, 4-Img4, 5-Img5, 6-Img6, 7 223: *-Img7, 8-Img8' 224: write(6,23) 225: call grafik(gI1,gI2,gI3,gI4,gI5,gI6,gI7,n+1) 226: write(6,23) 48 227: write(6,27) 228: write(6,*)'Mgnoven znachen U' 229: write(6,24) 230: do 9 j=1,n+1 231: 9 write(6,25)j,UmgAD(j),UmgAB(j),UmgCD(j) ,UmgBE(j),UmgEC(j) 232: write(6,27) 233: write(6,23) 234: write(6,*)'Grafick izmemen U' 235: write(6,*)'1-UmgAD, 2-UmgAB, 3UmgCD, 4-UmgBE, 5-UmgEC' 236: write(6,23) 237: call grafik(gUAD,gUAB,gUCD,gUBE,gUEC,gUBE,gU EC,n+1) 238: write(6,23) 239: write(6,20) 240: write(6,*)'Mgnoven znachen U po p.4.1.1.v' 241: write(6,28) 242: do 1 j=1,n+1 243: 1 write(6,29)j,UmgAD(j),UmgC1(j),UmgL1(j) 49 244: write(6,20) 245: write(6,23) 246: write(6,*)'Grafick izmemen U po p.4.1.1.v' 247: write(6,*)'3-UmgAD, 4-UmgC1, 5UmgL1' 248: write(6,23) 249: call grafik(gUAD,gUAD,gUC1,gUC1,gUC1,gUC1,gU L1,n+1) 250: write(6,23) 251: end if 252: if(is_Q.eq.1.and.sch.eq.n) then 253: write(6,34) 254: write(6,*)'Izmenen I ot Q' 255: write(6,30) 256: do i=1,n+1 257: C4=Q1-hQ*(i-1) 258: write(6,31)C4,Q_1(i),Q_2(i),Q_3(i),Q _4(i),Q_5(i), 259: * Q_6(i),Q_7(i),Q_8(i) 260: end do 261: write(6,34) 262: write(6,*)'Izmenen U ot Q' 50 263: write(6,32) 264: do i=1,n+1 265: C4=Q1-hQ*(i-1) 266: write(6,33)C4,Q_9(i),Q_10(i),Q_11(i) ,Q_12(i),Q_13(i) 267: end do 268: write(6,35) 269: do i=1,sch+1 270: Q_2(i)=3.*Q_2(i) 271: Q_5(i)=2.*Q_5(i) 272: end do 273: write(6,23) 274: write(6,*)'Grafick izmemen I(Q)' 275: write(6,*)'1-Idei1, 2-Idei2, 3Idei3, 4-Idei4, 5-Idei5,6-Ide 276: *i6, 7-Idei7, 8-Idei8' 277: write(6,23) 278: call grafik(Q_1,Q_2,Q_3,Q_4,Q_5,Q_6,Q_7,sch) 279: write(6,23) 280: write(6,38) 281: write(6,*)'Izmenen U ot Q' 282: write(6,36) 283: do i=1,n+1 51 284: C4=Q1-hQ*(i-1) 285: write(6,37)C4,Q_9(i),Q_14(i),Q_15(i) 286: end do 287: write(6,38) 288: do i=1,sch+1 289: Q_13(i)=70.*Q_14(i) 290: Q_14(i)=10.*Q_15(i) 291: end do 292: write(6,23) 293: write(6,*)'Grafick izmemen U(Q)' 294: write(6,*)'5-UdeiAD, 6-UdeiC1, 7UdeiL1' 295: write(6,23) 296: call grafik(Q_9,Q_9,Q_14,Q_14,Q_14,Q_15,sch) 297: write(6,23) 298: end if 299: 300: if(is_Q.eq.0) then 301: hQ=(Q1-Q2)/n 302: sch=0 303: else 304: sch=sch+1 305: end if 52 306: C4=(Q1-hQ*sch) 307: is_Q=1 308: if(sch.le.n) go to 3 309: 310: 20 format(1x,37('=')) 311: 21 format(1x,69('=')) 312: 22 format(1x,108('=')/1x,'| #|',4x,'Img1',4x,'|',4x,'Img2',4x,'|', 313: * 4x,'Img3',4x,'|',4x,'Img4',4x,'|',4x,'I mg5',4x,'|',4x,'Img6',4x, 314: * '|',4x,'Img7',4x,'|',4x,'Img8',4x,'|'/1 x,108('-')) 315: 23 format(/,1x,112('~'),/) 316: 24 format(1x,59('=')/1x,'| #|',3x,'UmgAD',2x,'|',3x,'UmgAB',2x, 317: * '|',3x,'UmgCD',2x,'|',3x,'UmgBE',2x,'|' ,3x,'UmgEC', 318: * 2x,'|'/1x,59('-')) 319: 25 format(1x,'|',i2,'|',8(f10.5,'|')) 53 320: 26 format(1x,'|',i2,'|',8(f12.8,'|')) 321: 27 format(1x,59('=')) 322: 28 format(1x,37('=')/1x,'| #|',3x,'UmgAD',2x,'|',3x,'UmgC1',2x,'|', 323: * 3x,'UmgL1',2x,'|'/1x,37('-')) 324: 29 format(1x,'|',i2,'|',3(f10.5,'|')) 325: 30 format(1x,108('=')/1x,'|',4x,'C4 ',3x,'|',3x,'Idei1',2x,'|', 326: * 3x,'Idei2',2x,'|',3x,'Idei3',2x,'|',3x, 'Idei4',2x,'|',3x,'Idei5', 327: * 2x,'|',3x,'Idei6',2x,'|',3x,'Idei7',2x, '|',3x,'Idei8',2x,'|' 328: * /,1x,108('=')) 329: 31 format(1x,'|',9(f10.5,'|')) 330: 32 format(1x,67('=')/1x,'|',4x,'C4 ',2x,'|',2x,'UdeiAD',2x,'|', 331: * 2x,'UdeiAB',2x,'|',2x,'UdeiCD',2x,'|',2 x,'UdeiBE',2x,'|',2x, 54 332: * 'UdeiEC',2x,'|'/,1x,67('=')) 333: 33 format(1x,'|',8(f10.5,'|')) 334: 34 format(1x,67('=')) 335: 35 format(1x,67('=')) 336: 36 format(1x,45('=')/1x,'|',4x,'C4',4x,'|',2x ,'UdeiAD',2x,'|', 337: * 2x,'UdeiC1',2x,'|',2x,'UdeiL1',2x,'|'/, 1x,45('=')) 338: 37 format(1x,'|',4(f10.5,'|')) 339: 38 format(1x,45('=')) 340: 57 format(1x,56('=')/1x,'| Parament | Max znach | dei znach ' 341: * ' | ugol |'/1x,56('-')) 342: 58 format(1x,'| I1,A |',3(f13.8,'|')) 343: 344: 59 format(1x,'| I2,A |',3(f13.8,'|')) 345: 43 format(1x,'| I3,A |',3(f13.8,'|')) 346: 44 format(1x,'| I4,A |',3(f13.8,'|')) 55 347: 45 format(1x,'| I5,A |',3(f13.8,'|')) 348: 46 format(1x,'| I6,A |',3(f13.8,'|')) 349: 54 format(1x,'| I7,A |',3(f13.8,'|')) 350: 60 format(1x,'| I8,A |',3(f13.8,'|')) 351: 47 format(1x,56('-')) 352: 48 format(1x,'| Uad,B |',3(f13.8,'|')) 353: 49 format(1x,'| Uab,B |',3(f13.8,'|')) 354: 50 format(1x,'| Ucd,B |',3(f13.8,'|')) 355: 55 format(1x,'| Ube,B |',3(f13.8,'|')) 356: 56 format(1x,'| Uec,B |',3(f13.8,'|')) 357: 51 format(1x,'| UL1,B |',3(f13.8,'|')) 358: 52 format(1x,'| UC1,B |',3(f13.8,'|')) 359: 53 format(1x,56('-')) 56 360: pause 361: stop 362: end 363: 364: function faza(z) 365: real a,b 366: complex z 367: a=real(z) 368: b=aimag(z) 369: pi=acos(-1.) 370: if(a.eq.0.)then 371: if(b.gt.0.)then 372: faza=pi/2. 373: else 374: faza=(-1.)*pi/2 375: end if 376: else 377: faza=atan(b/a) 378: if(a.lt.0.)faza=faza+pi 379: end if 380: return 381: end 382: 57 383: subroutine m_m (a,b,c,d,e,n,fmin,fmax) 384: dimension a(n),b(n),c(n),d(n),e(n) 385: fmax=a(1) 386: fmin=a(1) 387: do i=1,n 388: if(a(i).lt.fmin) fmin=a(i) 389: if(a(i).gt.fmax) fmax=a(i) 390: if(b(i).lt.fmin) fmin=b(i) 391: if(b(i).gt.fmax) fmax=b(i) 392: if(c(i).lt.fmin) fmin=c(i) 393: if(c(i).gt.fmax) fmax=c(i) 394: if(d(i).lt.fmin) fmin=d(i) 395: if(d(i).gt.fmax) fmax=d(i) 396: if(e(i).lt.fmin) fmin=e(i) 397: if(e(i).gt.fmax) fmax=e(i) 398: end do 399: return 400: end 401: 402: subroutine grafik(v,w,x,y,z,q,r,n) 403: real v(n),w(n),x(n),y(n),z(n),q(n),r(n) 404: integer k1,k2,k3,k4,k5,k6,k7 58 405: character lv(150) 406: xmax=0. 407: xmin=0. 408: call m_m(v,w,x,y,z,n,xmin,xmax) 409: do 40 i=1,n 410: k1=(v(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 411: k2=(w(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 412: k3=(x(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 413: k4=(y(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 414: k5=(z(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 415: k6=(q(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 416: k7=(r(i)-xmin)*112/(xmax-xmin)+1 417: do 41 j=1,112 418: 41 lv(j)=' ' 419: lv(56)='|' 420: lv(k1)='1' 421: lv(k2)='2' 422: lv(k3)='3' 423: lv(k4)='4' 424: lv(k5)='5' 425: lv(k6)='6' 426: lv(k7)='7' 427: write(6,42)(lv(k),k=1,112) 428: 42 format(1x,127a1) 59 429: 40 continue 430: return 431: end 432: 433: subroutine mmm (a,n,fmin,fmax) 434: dimension a(n) 435: fmax=a(1) 436: fmin=a(1) 437: do i=1,n 438: if(a(i).lt.fmin) fmin=a(i) 439: if(a(i).gt.fmax) fmax=a(i) 440: end do 441: return 442: end 443: 444: 445: subroutine aaa(q,w,z,x,n) 446: real w(n),x 447: s1=0. 448: Call mmm(w,n,xmax,xmin) 449: do i=1,n 450: s1=s1+w(i)**2 451: end do 452: s2=0. 60 453: do i=1,n-1 454: s2=s2+w(i)**2 455: end do 456: q=sqrt(z*x*(xmin+xmax+4.*s1+2.*s2)/6 .) 457: return 458: end 61 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты расчета цепи переменного напряжения в Fortran ================================ | Parament | Max znach | dei znach | ugol | -------------------------------------------------------| I1,A | 6.60588980| 4.69182110| -9.96796703| | I2,A | 2.36909509| 1.68193400| -15.19417381| | I3,A | 6.54169989| 4.65535831| -30.74534798| | I4,A | 2.97922897| 2.12538791| 60.51222992| | I5,A | 1.98233318| 1.41071463| -30.74534416| | I6,A | 5.19375324| 3.68259645| -12.14869118| | I7,A | 3.77518749| 2.69309044| -10.24366665| | I8,A | 8.96773338| 6.43364382| -11.34684467| -------------------------------------------------------| Uad,B | 550.00000000| 388.90866089| 0.00000000| | Uab,B | 132.66931152| 94.18828583| -15.19417381| | Ucd,B | 391.84552002| 279.14761353| -2.40613842| | Ube,B | 233.68630981| 167.78158569| 1.83949900| | Uec,B | 207.75013733| 147.30384827| -12.14869022| | UL1,B | 59.59893036| 42.26768112| 59.25465012| | UC1,B | 3.93726611| 2.81846929| 258.65313721| -------------------------------------------------------- 62 Рисунок 7 – Mgnoven znachen I 63 Рисунок 8 – Grafik izmenemija I 64 Рисунок 9 – Mgnoven znachen U 65 Рисунок 10 – Grafick izmemen U 66 Рисунок 11 – Izmenen I ot Q 67 Рисунок 12 – Grafick izmemen I(Q) 68 Рисунок 13 – Izmenen U ot Q 69 Рисунок 14 – Grafick izmemen U(Q) 70 Рисунок 15 – Mgnoven znachen U po p.4.1.1.v 71 Рисунок 16 – Grafick izmemen U po p.4.1.1.v 72 ПРИЛОЖЕНИЕ В Код программы для цепи переменного напряжения в Pуthon 1: import math 2: import cmath 3: from prettytable import PrettyTable 4: import matplotlib.pyplot as plt 5: from scipy.integrate import simps 6: 7: is_Q = 0 8: Img1, Img2, Img3, Img4, Img5, Img6, Img7, Img8 = [], [], [], [], [], [], [], [] 9: UmgAD, UmgAB, UmgCD, UmgBE, UmgEC, UmgC1, UmgL1 = [], [], [], [], [], [], [] 10: gI1, gI2, gI3, gI4, gI5, gI6, gI7, gI8 = [], [], [], [], [], [], [], [] 11: gUAD, gUAB, gUCD, gUBE, gUEC, gUC1, gUL1 = [], [], [], [], [], [], [] 12: Idei1, Idei2, Idei3, Idei4, Idei5, Idei6, Idei7, Idei8 = 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 13: UdeiAD, UdeiAB, UdeiCD, UdeiBE, UdeiEC, UdeiC1, UdeiL1 = 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 14: Q_1, Q_2, Q_3, Q_4, Q_5, Q_6, Q_7, Q_8, Q_9, Q_10, Q_11, Q_12, Q_13, Q_14, Q_15 = \ 15: [], [], [], [], [], [], [], [], [], [], [], [], [], [], [] 73 16: sch = 0 17: n = 40 18: while sch < n: 19: R1 = 56. 20: R2 = 20. 21: R3 = 40. 22: R4 = 55. 23: R5 = 0. 24: C1 = 2500.e-6 25: C2 = 550.e-6 26: C3 = 0. 27: L1 = 10.e-3 28: L2 = 33.e-3 29: L3 = 0 30: f = 145. 31: Q1 = 600. 32: Q2 = 6. 33: U = 550. 34: 35: pi = math.acos(-1.) 36: w = 2. * pi * f 37: if is_Q == 0: 38: C4=600.e-6 39: 40: Z1 = complex(R2, -1. 41: Z2 = complex(R1, 0.) 42: Z3 = complex(0., w * 43: Z4 = complex(R2, -1. 44: Z5 = complex(0., w * 45: Z6 = complex(R3, 0.) 46: Z7 = complex(R4, -1. 74 / (w * C4)) L1) / (w * C1)) L2) / (w * C4)) 47: Z8 = complex(R2, w * L1 - 1. / (w * C2)) 48: Z12 = Z1 * Z2 / (Z1 + Z2) 49: Z34 = Z3 * Z4 / (Z3 + Z4) 50: Z345 = Z34 * Z5 / (Z34 + Z5) 51: Z67 = Z6 * Z7 / (Z6 + Z7) 52: Z678 = Z67 + Z8 53: Z34567 = Z345 + Z67 54: Z = Z12 + Z345 + Z67 + Z8 55: ZC1 = complex(0., -1. / (w * C1)) 56: ZL1 = complex(0., w * L1) 57: 58: UAD = U 59: Io = U / Z 60: UCD = Io * Z678 61: UBC = Io * Z345 62: UAB = Io * Z12 63: UBE = Io * Z34567 64: UEC = Io * Z67 65: I1 = UAB / Z1 66: I2 = UAB / Z2 67: I3 = UBC / Z3 68: I4 = UBC / Z4 69: I5 = UBC / Z5 70: I6 = UEC / Z6 71: I7 = UEC / Z7 72: I8 = Io 73: UL1 = I3 * ZL1 74: UC1 = Io * ZC1 75: 76: I1MAX = abs(I1) 77: I2MAX = abs(I2) 75 78: I3MAX = abs(I3) 79: I4MAX = abs(I4) 80: I5MAX = abs(I5) 81: I6MAX = abs(I6) 82: I7MAX = abs(I7) 83: I8MAX = abs(I8) 84: 85: UADMAX = abs(UAD) 86: UABMAX = abs(UAB) 87: UCDMAX = abs(UCD) 88: UBEMAX = abs(UBE) 89: UECMAX = abs(UEC) 90: UC1MAX = abs(UC1) 91: UL1MAX = abs(UL1) 92: 93: FI1 = cmath.phase(I1)*180/pi 94: FI2 = cmath.phase(I2)*180/pi 95: FI3 = cmath.phase(I3)*180/pi 96: FI4 = cmath.phase(I4)*180/pi 97: FI5 = cmath.phase(I5)*180/pi 98: FI6 = cmath.phase(I6)*180/pi 99: FI7 = cmath.phase(I7)*180/pi 100: FI8 = cmath.phase(I8)*180/pi 101: 102: FUAD = cmath.phase(UAD)*180/pi 103: FUAB = cmath.phase(UAB)*180/pi 104: FUCD = cmath.phase(UCD)*180/pi 105: FUBC = cmath.phase(UBC)*180/pi 106: FUBE = cmath.phase(UBE)*180/pi 107: FUEC = cmath.phase(UEC)*180/pi 108: FUC1 = cmath.phase(UC1)*180/pi 76 109: FUL1 = cmath.phase(UL1)*180/pi 110: 111: t = 0. 112: h = 1. / (f * n) 113: if is_Q == 1: 114: Img1.clear() 115: Img2.clear() 116: Img3.clear() 117: Img4.clear() 118: Img5.clear() 119: Img6.clear() 120: Img7.clear() 121: Img8.clear() 122: UmgAD.clear() 123: UmgAB.clear() 124: UmgCD.clear() 125: UmgBE.clear() 126: UmgEC.clear() 127: UmgC1.clear() 128: UmgL1.clear() 129: 130: for i in range(0, n + 1): 131: Img1.append(I1MAX * math.sin(w FI1)) 132: Img2.append(I2MAX * math.sin(w FI2)) 133: Img3.append(I3MAX * math.sin(w FI3)) 134: Img4.append(I4MAX * math.sin(w FI4)) 77 * t + * t + * t + * t + 135: Img5.append(I5MAX * FI5)) 136: Img6.append(I6MAX * FI6)) 137: Img7.append(I7MAX * FI7)) 138: Img8.append(I8MAX * FI8)) 139: 140: UmgAD.append(UADMAX + FUAD)) 141: UmgAB.append(UABMAX + FUAB)) 142: UmgCD.append(UCDMAX + FUCD)) 143: UmgBE.append(UBEMAX + FUBE)) 144: UmgEC.append(UECMAX + FUEC)) 145: UmgC1.append(UC1MAX + FUC1)) 146: UmgL1.append(UL1MAX + FUL1)) 147: t = t + h 148: if is_Q == 0: 149: gI1.append(Img1[i]) 150: gI2.append(Img2[i]) 151: gI3.append(Img3[i]) 152: gI4.append(Img4[i]) 153: gI5.append(Img5[i]) 154: gI6.append(Img6[i]) 78 math.sin(w * t + math.sin(w * t + math.sin(w * t + math.sin(w * t + * math.sin(w * t * math.sin(w * t * math.sin(w * t * math.sin(w * t * math.sin(w * t * math.sin(w * t * math.sin(w * t 155: 156: 157: 158: 159: 160: 161: 162: 163: 164: 165: 166: 167: 168: 169: 170: 171: 172: 173: 174: 175: 176: 177: 178: 179: 180: 181: 182: 183: 184: 185: gI7.append(Img7[i]) gI8.append(Img8[i]) gUAD.append(UmgAD[i]) gUAB.append(UmgAB[i]) gUCD.append(UmgCD[i]) gUBE.append(UmgBE[i]) gUEC.append(UmgEC[i]) gUC1.append(UmgC1[i]) gUL1.append(UmgL1[i]) def mmm(a, n, fmin, fmax): fmax = a[0] fmin = a[0] for i in range(0, n): if a[i] < fmin: fmin = a[i] if a[i] > fmax: fmax = a[i] return fmin, fmax def aaa(w, z, x, n): s1 = 0. xmax, xmin = 0, 0 xmax, xmin = mmm(w, n, xmax, xmin) for i in range(0, n): s1 = s1 + w[i] ** 2 s2 = 0. for i in range(0, n - 1): 79 186: s2 = s2 + w[i] ** 2 187: q = math.sqrt(z * x * (xmin + xmax + 4. * s1 + 2. * s2) / 6.) 188: return q 189: 190: 191: Idei1 = aaa(Img1, f, h, 40) 192: Idei2 = aaa(Img2, f, h, 40) 193: Idei3 = aaa(Img3, f, h, 40) 194: Idei4 = aaa(Img4, f, h, 40) 195: Idei5 = aaa(Img5, f, h, 40) 196: Idei6 = aaa(Img6, f, h, 40) 197: Idei7 = aaa(Img7, f, h, 40) 198: Idei8 = aaa(Img8, f, h, 40) 199: 200: UdeiAD = aaa(UmgAD, f, h, 40) 201: UdeiAB = aaa(UmgAB, f, h, 40) 202: UdeiCD = aaa(UmgCD, f, h, 40) 203: UdeiBE = aaa(UmgBE, f, h, 40) 204: UdeiEC = aaa(UmgEC, f, h, 40) 205: UdeiC1 = aaa(UmgC1, f, h, 40) 206: UdeiL1 = aaa(UmgL1, f, h, 40) 207: if is_Q == 1: 208: kq = sch + 1 209: Q_1.append(Idei1) 210: Q_2.append(Idei2) 211: Q_3.append(Idei3) 212: Q_4.append(Idei4) 213: Q_5.append(Idei5) 214: Q_6.append(Idei6) 215: Q_7.append(Idei7) 80 216: Q_8.append(Idei8) 217: 218: Q_9.append(UdeiAD) 219: Q_10.append(UdeiAB) 220: Q_11.append(UdeiCD) 221: Q_12.append(UdeiBE) 222: Q_13.append(UdeiEC) 223: Q_14.append(UdeiC1) 224: Q_15.append(UdeiL1) 225: 226: 227: if is_Q == 1 and sch + 1 == n: 228: f = open("resultpython.txt", "a") 229: f.write('\n') 230: f.write("Изменение I от Q") 231: th = ['C4', 'Idei1', 'Idei2', 'Idei3', 'Idei4', 'Idei5', 'Idei6', 'Idei7', 'Idei8'] 232: table = PrettyTable(th) 233: for i in range(0, n): 234: C4 = Q1 - hQ * i 235: table.add_row([C4, Q_1[i], Q_2[i], Q_3[i], 236: Q_4[i], Q_5[i], Q_6[i], Q_7[i], Q_8[i]]) 237: f.write('\n') 238: f.write(str(table)) 239: f.write("\nИзменение U от Q\n") 240: th = ['C4', 'UdeiAD', 'UdeiAB', 'UdeiCD', 'UdeiBE', 'UdeiEC', 'UdeiC1', 'UdeiL1'] 81 241: table = PrettyTable(th) 242: for i in range(0, n): 243: C4 = Q1 - hQ * i 244: table.add_row([C4, Q_9[i], Q_10[i], Q_11[i], Q_12[i], Q_13[i], Q_14[i], Q_15[i]]) 245: f.write(str(table)) 246: x = [x for x in range(0, n)] 247: fig, ax = plt.subplots() 248: i1 = [i for i in Q_1] 249: i2 = [i for i in Q_2] 250: i3 = [i for i in Q_3] 251: i4 = [i for i in Q_4] 252: i5 = [i for i in Q_5] 253: i6 = [i for i in Q_6] 254: i7 = [i for i in Q_7] 255: i8 = [i for i in Q_8] 256: plt.title("График изменения I(Q)") 257: plt.plot(x, i1, '--', label='Idei1') 258: plt.plot(x, i2, '--', label='Idei2') 259: plt.plot(x, i3, '--', label='Idei3') 260: plt.plot(x, i4, '--', label='Idei4') 261: plt.plot(x, i5, '--', label='Idei5') 262: plt.plot(x, i6, '--', label='Idei6') 263: plt.plot(x, i7, '--', label='Idei7') 264: plt.plot(x, i8, '--', label='Idei8') 265: plt.legend() 266: fig.savefig('График изменения I(Q)') 267: plt.show() 268: x = [x for x in range(0, n)] 269: fig, ax = plt.subplots() 82 270: u1 = [u for u in Q_9] 271: u2 = [u for u in Q_14] 272: u3 = [u for u in Q_15] 273: plt.title("График изменения U(Q)") 274: plt.plot(x, u1, '--', label='UdeiAD') 275: plt.plot(x, u2, '--', label='UdeiC1') 276: plt.plot(x, u3, '--', label='UdeiL1') 277: plt.legend() 278: plt.show() 279: fig.savefig('График изменения U(Q)') 280: f.close() 281: 282: if is_Q == 0: 283: hQ = (Q1 - Q2) / n 284: sch = 0 285: else: 286: sch = sch + 1 287: C4 = (Q1 - hQ * sch) 288: is_Q = 1 289: if sch > n: 290: f.close() 291: break 83 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты расчета цепи переменного напряжения в Рython Рисунок 17 – Изменение I от Q Рисунок 18 – Изменение U от Q 84 Рисунок 19 – График изменения I (Q) Рисунок 20 – График изменения Q (I) 85 ПРИЛОЖЕНИЕ Д Результаты расчета цепи переменного напряжения в MathCAD Значения исходных данных ORIGIN := 1 R1 := 56 R2 := 20 R3 := 40 -6 C1 := 2500 10 L1 := 10 10 f := 145 -3 C2 := 550 10 L2 := 33 10 i := -3 -1 R4 := 55 -6 C3 := 0 R5 := 0 C4 := 600 10 L3 := 0 U := 550 ω := 2  π f = 911.06187 Z1 := R2 - i ω C4 = 20 - 1.82937i Z2 := R1 = 56 Z3 := i ω L1 = 9.11062i Z4 := R2 - i ω C1 = 20 - 0.43905i Z5 := i ω L2 = 30.06504i Z6 := R3 = 40 Z7 := R4 - i ω C4 = 55 - 1.82937i Z8 := R2 + i  ω L1 Z12 := Z34 := Z345 := Z67 := Z1 Z2 Z1 + Z2 Z3 Z4 Z3 + Z4 = 20 + 7.11495i = 3.49344 + 7.59594i Z34 + Z5 Z6 + Z7 ω C2 = 14.76074 - 0.99265i Z34 Z5 Z6 Z7 i = 2.20736 + 6.26865i = 23.16414 - 0.3242i Z678 := Z67 + Z8 = 43.16414 + 6.79075i Z34567 := Z345 + Z67 = 25.37149 + 5.94445i Z := Z12 + Z345 + Z67 + Z8 = 60.13223 + 12.06674i ZL1 := i  ω L1 = 9.11062i ZC1 := i ω C1 = 0.43905i UAD := U = 550 86 -6 I := U Z = 8.79245 - 1.76438i UCD := I Z678 = 391.50002 - 16.45073i UAB := I Z12 = 128.03162 - 34.77144i UBC := I Z345 = 30.46836 + 51.22217i UBE := I Z34567 = 233.56588 + 7.50128i UEC := I Z67 = 203.09753 - 43.7209i I1 := I2 := I3 := I4 := I5 := I6 := I7 := UAB Z1 UAB Z2 UBC Z3 UBC Z4 UBC Z5 UEC Z6 UEC Z7 = 6.50617 - 1.14346i = 2.28628 - 0.62092i = 5.62225 - 3.34427i = 1.46649 + 2.5933i = 1.70371 - 1.01341i = 5.07744 - 1.09302i = 3.71501 - 0.67136i I8 := I = 8.79245 - 1.76438i UL1 := I3 ZL1 = 30.46836 + 51.22217i UC1 := I ZC1 = 0.77465 + 3.86031i I1M := I1 = 6.60589 arg( I1) = -9.96797 deg I2M := I2 = 2.3691 arg( I2) = -15.19417 deg I3M := I3 = 6.5417 arg( I3) = -30.74535 deg I4M := I4 = 2.97923 arg( I4) = 60.51223 deg I5M := I5 = 1.98233 arg( I5) = -30.74535 deg I6M := I6 = 5.19375 arg( I6) = -12.14869 deg I7M := I7 = 3.77519 arg( I7) = -10.24367 deg I8M := I8 = 8.96773 arg( I8) = -11.34685 deg U1M := UAD = 550 arg( UAD) = 0  deg U2M := UAB = 132.66932 arg( UAB) = -15.19417 deg U3M := UCD = 391.8455 arg( UCD) = -2.40614 deg U4M := UBE = 233.68631 arg( UBE) = 1.8395 deg U5M := UEC = 207.75014 arg( UEC) = -12.14869 deg U6M := UL1 = 59.59893 arg( UL1 ) = 59.25465 deg U7M := UC1 = 3.93727 arg( UC1) = 78.65315 deg 87 i1( t) := i2( t) := i3( t) := i4( t) := i5( t) := i6( t) := i7( t) := i8( t) := I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t  sin( ω t + + + + + + + + uAB( t) := uCD( t ) := uAD( t ) := uBE( t) := uEC( t ) := uL1( t ) := uC1( t ) := arg( I1) ) arg( I2) ) arg( I3) ) arg( I4) ) arg( I5) ) arg( I6) ) arg( I7) ) arg( I8) ) UAB  sin( ω t + arg( UAB) ) UCD  sin( ω t + arg( UCD) ) UAD  sin( ω t + arg( UAD) ) UBE  sin( ω t + arg( UBE) ) UEC  sin( ω t + arg( UEC) ) UL1  sin( ω t + arg( UL1 ) ) UC1  sin( ω t + arg( UC1) ) 3 300 2 10 200 3 1 10 uAD( t) 0 2 i1( t)  15 100 uAB ( t) 3 - 1 10 - 100 - 200 - 300 3 - 2 10 0 2 i2( t)  10 0 0.02 0.04 0 0.02 t t 300 400 200 200 100 uCD( t) 0 i3( t)  15 - 100 i4( t)  10 uBE( t) 0 2 - 200 - 200 - 300 0 0.02 - 400 0.04 0 0.02 t 10 400 5 200 uC1( t) 0 2 i5( t)  15 i6( t) - 200 0 0.02 - 10 0.04 t 50 uL1( t) 0 - 50 - 100 0 0.02 0 0.02 0.04 t 100 i7( t)  10 0 -5 - 400 - 600 0.04 t 600 uEC( t) 0.04 0.04 t 88 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Блок-схема программы для расчета цепи переменного напряжения 1 Нет Да 1 2 89 2 3 Нет Да Нет Да Нет Да Нет Да Нет Да 3 90 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Код программы для цепи переменного напряжения в MATLAB R1=56; R2=20; R3=40; R4=55; R5=0; C1=2500e-6; C2=550e-6; C3=0; C4=600e-6; L1=10e-3; L2=33e-3; L3=0; U=550; f=145; j=sqrt(-1); w=2*f*pi; Z1=R2-j/(w*C4); Z2=R1; Z3=j*w*L1; Z4=R2-j/(w*C1); Z5=j*w*L2; Z6=R3; Z7=R4-j/(w*C4); Z8=R2+j*w*L1-j/(w*C2); 91 Z12=Z1*Z2/(Z1+Z2); Z34=Z3*Z4/(Z3+Z4); Z345=Z34*Z5/(Z34+Z5); Z67=Z6*Z7/(Z6+Z7); Z678 = Z67 + Z8; Z34567=Z345+Z67; Z=Z12+Z34567+Z8; ZC1=-j/(w*C1); ZL1=j*w*L1; UAD=U; I=U/Z; UCD=I*Z678; UBC=I*Z345; UAB=I*Z12; UBE = I * Z34567; UEC = I * Z67; I1 = UAB / Z1; I2 = UAB / Z2; I3 = UBC / Z3; I4 = UBC / Z4; I5 = UBC / Z5; I6 = UEC / Z6; I7 = UEC / Z7; I8 = I; UL1 = I3 * ZL1; UC1 = I * ZC1; I1M=abs(I1); I2M=abs(I2); 92 I3M=abs(I3); I4M=abs(I4); I5M=abs(I5); I6M=abs(I6); I7M=abs(I7); I8M=abs(I8); U1M=abs(UAD); U2M=abs(UAB); U3M=abs(UBC); U4M=abs(UCD); U5M=abs(UBE); U6M=abs(UEC); U7M=abs(UL1); U8M=abs(UC1); I1A=angle(I1)*180/pi; I2A=angle(I2)*180/pi; I3A=angle(I3)*180/pi; I4A=angle(I4)*180/pi; I5A=angle(I5)*180/pi; I6A=angle(I6)*180/pi; I7A=angle(I7)*180/pi; I8A=angle(I8)*180/pi; U1A=angle(UAD)*180/pi; U2A=angle(UAB)*180/pi; U3A=angle(UBC)*180/pi; U4A=angle(UCD)*180/pi; U5A=angle(UBE)*180/pi; U6A=angle(UEC)*180/pi; U7A=angle(UL1)*180/pi; 93 U8A=angle(UC1)*180/pi; t=0; n=40; h=1/(f*n); clear -regexp ^Img ^Umg for q=1:n+1 Img1(q)=I1M*sin(w*t+I1A); Img2(q)=I2M*sin(w*t+I2A); Img3(q)=I3M*sin(w*t+I3A); Img4(q)=I4M*sin(w*t+I4A); Img5(q)=I5M*sin(w*t+I5A); Img6(q)=I6M*sin(w*t+I6A); Img7(q)=I7M*sin(w*t+I7A); Img8(q)=I8M*sin(w*t+I8A); Umg1(q)=U1M*sin(w*t+U1A); Umg2(q)=U2M*sin(w*t+U2A); Umg3(q)=U3M*sin(w*t+U3A); Umg4(q)=U4M*sin(w*t+U4A); Umg5(q)=U5M*sin(w*t+U5A); Umg6(q)=U6M*sin(w*t+U6A); Umg7(q)=U7M*sin(w*t+U7A); Umg8(q)=U8M*sin(w*t+U8A); t=t+h; end clear max I1MAX=max(Img1); I2MAX=max(Img2); I3MAX=max(Img3); I4MAX=max(Img4); 94 I5MAX=max(Img5); I6MAX=max(Img6); I7MAX=max(Img7); I8MAX=max(Img8); U1MAX=max(Umg1); U2MAX=max(Umg2); U3MAX=max(Umg3); U4MAX=max(Umg4); U5MAX=max(Umg5); U6MAX=max(Umg6); U7MAX=max(Umg7); U8MAX=max(Umg8); t=1:41; plot(t,Img1,t,Img2,t,Img3,t,Img4,t,Img5,t,Img6,t,Img7,t ,Img8),grid; title('Img'); figure; plot(t,Umg1,t,Umg2,t,Umg3,t,Umg4,t,Umg5,t,Umg6,t,Umg7,t ,Umg8),grid; title('Umg'); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img1(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img1(q)^2; end 95 Id1=sqrt(f*h*(min(Img1)+max(Img1)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img2(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img2(q)^2; end Id2=sqrt(f*h*(min(Img2)+max(Img2)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img3(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img3(q)^2; end Id3=sqrt(f*h*(min(Img3)+max(Img3)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img4(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img4(q)^2; end Id4=sqrt(f*h*(min(Img4)+max(Img4)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n 96 t1=t1+Img5(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img5(q)^2; end Id5=sqrt(f*h*(min(Img5)+max(Img5)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img6(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img6(q)^2; end Id6=sqrt(f*h*(min(Img6)+max(Img6)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img7(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Img7(q)^2; end Id7=sqrt(f*h*(min(Img7)+max(Img7)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Img8(q)^2; end t2=0; 97 for q=1:n-1 t2=t2+Img8(q)^2; end Id8=sqrt(f*h*(min(Img8)+max(Img8)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg1(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg1(q)^2; end Ud1=sqrt(f*h*(min(Img1)+max(Img1)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg2(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg2(q)^2; end Ud2=sqrt(f*h*(min(Umg2)+max(Umg2)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg3(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg3(q)^2; end 98 Ud3=sqrt(f*h*(min(Umg3)+max(Umg3)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg4(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg4(q)^2; end Ud4=sqrt(f*h*(min(Umg4)+max(Umg4)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg5(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg5(q)^2; end Ud5=sqrt(f*h*(min(Umg5)+max(Umg5)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg6(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg6(q)^2; end Ud6=sqrt(f*h*(min(Umg6)+max(Umg6)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; 99 for q=1:n t1=t1+Umg7(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg7(q)^2; end Ud7=sqrt(f*h*(min(Umg7)+max(Umg7)+4*t1+2*t2)/6); t1=0; for q=1:n t1=t1+Umg8(q)^2; end t2=0; for q=1:n-1 t2=t2+Umg8(q)^2; end Ud8=sqrt(f*h*(min(Umg8)+max(Umg8)+4*t1+2*t2)/6); for i=1:n+1 n(i)=i; end filename='result2.xlsx'; A={'parametr','MAX','dei','ugol';'I1',I1MAX,Id1,I1A;'I2',I2MAX, Id2,I2A; 'I3',I3MAX,Id3,I3A;'I4',I4MAX,Id4,I4A;'I5',I5MAX,Id5,I5 A;'I6',I6MAX,Id6,I6; 'I7',I7MAX,Id7,I7;'I8',I8MAX,Id8,I8;'U1',U1MAX,Ud1,U1A; 'U2',U2MAX,Ud2,U2A;'U3',U3MAX,Ud3,U3A;'U4',U4MAX,Ud4,U4 A; 100 'U5',U5MAX,Ud5,U5A;'U6',U6MAX,Ud6,U6A;'U7',U7MAX,Ud7,U7 A; 'U8',U8MAX,Ud8,U8A;} n = n(:); Img1 = Img1(:); Img2 = Img2(:); Img3 = Img3(:); Img4 = Img4(:); Img5 = Img5(:); Img6 = Img6(:); Img7 = Img7(:); Img8 = Img8(:); T = table(n,Img1,Img2,Img3,Img4,Img5,Img6,Img7,Img8) UmgAD = Umg1(:); UmgAB = Umg2(:); UmgBC = Umg3(:); UmgCD = Umg4(:); UmgBE = Umg5(:); UmgEC = Umg6(:); UmgL1 = Umg7(:); UmgC1 = Umg8(:); T = table(n,UmgAD,UmgAB,UmgBC,UmgCD,UmgBE,UmgEC,UmgL1,UmgC1) 101 ПРИЛОЖЕНИЕ З Результаты моделирования цепи переменного напряжения в Simulink Рисунок 21 – Модель схемы 102 Рисунок 22 – Действующие значения Рисунок 23 – Пиковые значения 103 Рисунок 24 – Осциллограмма напряжения на участке AB Рисунок 25 – Осциллограмма напряжения на участке BЕ 104 Рисунок 26 – Осциллограмма напряжения на участке ЕС Рисунок 27 – Осциллограмма напряжения на участке CD 105 Рисунок 28 – Осциллограмма напряжения на участке АD Рисунок 29 – Осциллограмма напряжений элементов цепи 106 Рисунок 30 – Осциллограмма токов элементов цепи 107 ПРИЛОЖЕНИЕ И Результаты программирования в MATLAB Рисунок 31 – Значения параметров 108 Рисунок 32 – Значение токов 109 Рисунок 33 – Значения напряжений 110 Рисунок 34 – Осцилограмма напряжений элементов цепи Рисунок 35 – Осцилограмма токов участков схемы 111 ПРИЛОЖЕНИЕ K Векторные диаграммы токов и напряжений 1В +1 UL1 UC1 Ubc Ube Uad Uec j Uab Рисунок 36 – Векторная диаграмма напряжений +1 0.01 A I4 I1 I6 I5 I7 I8 I2 I3 Рисунок 37 – Векторная диаграмма токов 112 j

Курсовая по информатике

Related documents

Products

Support

Курсовая по информатике

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib