Системы электроснабжения. Лабораторный практикум

 
 
 
 
 
 
 
Е. А. Извеков, В. В. Картавцев, И. В. Лакомов 
 
 
 
 
 
 
 
 
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 621.311 
ББК 31.27 
И33 
 
 
 
Рецензенты: 
к. т. н., доцент, заведующий кафедрой электромеханических систем и электроснабжения 
(ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет») В. П. Шелякин; 
д. т. н., профессор кафедры электропривода, автоматики и управления в технических  
системах (ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»)  
В. М. Питолин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Извеков, Е. А. 
И33  
Системы электроснабжения. Лабораторный практикум : учебное пособие / Е. А. Извеков, В. В. Картавцев, И. В. Лакомов. – Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2024. – 176 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1867-6 
 
Приведены лабораторные работы по дисциплине «Системы электроснабжения», 
предложена методика их выполнения. Указывается цель и содержание каждой лабораторной работы, даются краткие теоретические сведения по теме, приводится методика 
расчёта и выбора изучаемого оборудования, рассматривается порядок выполнения работы: составление отчетов по работам, вычерчивание схем, графиков, обработка опытных данных и т. п. В конце каждой работы помещены контрольные вопросы и вопросы 
для самостоятельного изучения. 
Для обучающихся по направлению «Агроинженерия», направленность (профиль) 
подготовки бакалавров «Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт электроустановок» очной и заочной форм обучения.  
 
УДК 621.311 
ББК 31.27 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1867-6 
” Извеков Е. А., Картавцев В. В., Лакомов И. В., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4 
Лабораторная работа № 1. Плавкие предохранители 
.............................................. 6 
Лабораторная работа № 2. Автоматические воздушные выключатели .............. 20 
Лабораторная работа № 3. Воздушные линии электропередач (ВЛ).  
Провода и опоры ....................................................................................................... 31 
Лабораторная работа № 4. Воздушные линии электропередач (ВЛ).  
Изоляторы, линейная арматура 
................................................................................ 53 
Лабораторная работа № 5. Защита электроустановок от наведенных  
перенапряжений ........................................................................................................ 77 
Лабораторная работа № 6. Трансформаторы силовые ТМ и ТМГ ...................... 88 
Лабораторная работа № 7. Разъединители ........................................................... 106 
Лабораторная работа № 8. Комплектные трансформаторные подстанции  
напряжением 10/0,4 кВ ........................................................................................... 118 
Лабораторная работа № 9. Учет потребления электроэнергии .......................... 126 
Лабораторная работа № 10. Работа счетчика электрической энергии  
в составе автоматизированной системы контроля и учета  
электроэнергии ........................................................................................................ 139 
Лабораторная работа № 11. Моделирование электроэнергетических систем 
..... 
154 
Лабораторная работа № 12. Регулирование напряжения и выбор надбавок 
трансформаторов сельской сети ............................................................................ 163 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
....................................................................................... 170 
3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
В развитии экономики нашей страны и повышении благосостояния граждан огромна роль сельского хозяйства. Решая стратегическую задачу – добиться 
надежного обеспечения страны продовольствием и промышленным сырьем, правительство осуществляет крупные шаги по значительному укреплению материально-технической базы сельскохозяйственного производства, прежде всего путем ускорения темпов автоматизации и цифровизации технологических процессов, комплексного развития всей отрасли. Вместе с тем быстрый рост энергонасыщенности сельскохозяйственного производства приводит к росту потребления 
электроэнергии. Создание крупных сельскохозяйственных предприятий – агрохолдингов – требует дальнейшего развития электрических сетей в сельской местности, одновременно повышаются и требования к их пропускной способности, 
надёжности электроснабжения и качеству полученной электрической энергии.  
В связи с этим особое значение приобретает подготовка высококвалифицированных кадров в области электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, обладающих достаточными знаниями, умениями и навыками для решения поставленных перед ними задач.  
Настоящий лабораторный практикум по дисциплине «Электроснабжение» 
предназначен для подготовки студентов, обучающихся в высших учебных заведениях по направлению «Агроинженерия», направленность «Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт электроустановок» очной и заочной форм обучения. Практикум составлен в соответствии с программой курса и имеет своей 
целью углубить и закрепить теоретический материал и дать учащимся практические навыки по особенностям конструктивного исполнения и специфике эксплуатации электрооборудования систем электроснабжения. 
В данном учебном пособии указывается цель и содержание каждой лабораторной работы, даются краткие теоретические сведения по теме, приводится 
методика расчёта и выбора изучаемого оборудования, рассматривается порядок 
выполнения работы: составление отчетов по работам, вычерчивание схем, графиков, обработка опытных данных и т. п. В конце каждой работы помещены контрольные вопросы и вопросы для самостоятельного изучения. 
Выполнение лабораторных работ систематизирует, расширяет и улучшает 
теоретические знания студентов, знакомит их с особенностями конструктивного 
исполнения и спецификой эксплуатации электрооборудования систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. 
В ходе выполнения лабораторных работ обучающиеся приобретают опыт 
самостоятельного решения производственно-технологических задач, характерных для систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, а также 
получают навыки использования нормативной, справочной и учебной литературы. 
В процессе выполнения лабораторных работ обучающиеся приобретают 
компетенции, установленные программой бакалавриата, а именно: обучающиеся 
должны быть способны организовать эксплуатацию электроустановок. Тип за4 

дач профессиональной деятельности, к решению которых обучающийся подготавливается в процессе выполнения лабораторных работ, – производственнотехнологический. 
В результате выполнения лабораторных работ студент должен знать: 
– конструкции и рабочие процессы электроустановок систем электроснабжения; 
– требования к качеству электроэнергии и основы расчета рабочих режимов электрических сетей; 
уметь: 
– обосновывать выбор электрооборудования систем электроснабжения с 
учетом природно-климатических и производственных условий; 
– обосновывать выбор источников электроэнергии для заданных условий; 
– определять потребность производственных объектов и предприятия в 
электроэнергии; 
иметь навыки: 
– разработки систем электроснабжения производственных объектов и 
сельских населенных пунктов. 
Настоящее учебное пособие продолжает и развивает разработки предшествующих аналогичных материалов кафедры в соответствии с современным состоянием развития электрических сетей, технических характеристик электрооборудования линий электропередач и подстанций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 
 
ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ 
 
Цель работы: ознакомиться с назначением, конструкцией, принципом 
действия и методами выбора предохранителей. 
Содержание работы: 
1. Изучить конструкцию плавких предохранителей. 
2. Изучить процессы гашения дуги в предохранителях разных типов. 
3. Освоить методику выбора предохранителей. 
 
Краткие теоретические сведения 
 
Плавкий предохранитель представляет собой однополюсный коммутационный аппарат, предназначенный для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания (КЗ). Его действие основано на плавлении током металлической вставки небольшого сечения и гашении образовавшейся дуги [5]. 
Ценными свойствами плавких предохранителей являются:  
– простота устройства и, следовательно, низкая стоимость;  
– исключительно быстрое отключение цепи при КЗ;  
– способность предохранителей некоторых типов ограничивать ток КЗ.  
Отрицательные стороны плавких предохранителей заключаются в следующем:  
– предохранители не могут быть использованы для защиты цепей при перегрузках;  
– избирательность отключения участков цепи при защите её предохранителями может быть обеспечена только в радиальных сетях;  
– невозможно автоматическое повторное включение цепи после её отключения предохранителем; 
– отключение цепей плавкими предохранителями связано обычно с перенапряжениями;  
– возможны однополюсные отключения и последующая анормальная, 
неполнофазная работа участков сети.  
Предохранители изготовляются на напряжение до 110 кВ. Однако в высоковольтных электроустановках свыше 1 кВ предохранители имеют ограниченное применение; их используют в основном для защиты силовых трансформаторов, измерительных трансформаторов напряжения и статических конденсаторов. 
Плавкий предохранитель состоит из следующих основных частей: изолирующего основания или металлического основания с изоляторами, контактной 
системы с зажимами для присоединения проводников, патрона с плавкой вставкой. Некоторые предохранители имеет указатели срабатывания той или иной 
конструкции. 
Предохранители характеризуются номинальным напряжением (Uном) и номинальным током. Следует различать номинальный ток плавкой вставки (Iном.пл) 
6 

и номинальный ток предохранителя (типоразмер предохранителя). Номинальный 
ток предохранителя (Iном.пр) равен номинальному току наибольшей из предназначенных к нему вставок.  
Типоразмер предохранителя непосредственно связан с температурой 
нагрева частей предохранителя. Наибольшая температура частей предохранителя, 
заряженного любой из предназначенных для него плавких вставок, не должна превышать значений, указанных в табл. 1.1 при температуре воздуха +40 °С. 
 
Таблица 1.1 
Наибольшие допустимые температуры частей предохранителя 
Наименование частей 
Наибольшая  
температура, °С 
Токоведущие части, кроме находящихся внутри патрона 
105 
Патрон из керамического изоляционного материала  
в наиболее нагретой точке поверхности 
155 
Патрон из органического изоляционного материала  
в наиболее нагретой точке поверхности 
100 
 
Отключающая 
способность плавких предохранителей определяется номинальным током отключения (Iоткл), представляющим собой наибольшее действующее значение периодической составляющей тока КЗ.  
Для предохранителей до 1 кВ установлены такие понятия, как: условный 
ток неплавления (Iн.пл) и условный ток плавления (Iпл). При токах, не превышающих значение условного тока неплавления, предохранитель не должен плавиться 
в течение времени, указанного в табл. 1.2, а при токах, равных или превышающих условный ток плавления, предохранители должны отключать электрическую цепь в течение указанного времени. 
 
Таблица 1.2 
Условные токи неплавления и плавления плавких вставок 
Отношение условного 
Отношение условного 
Номинальный ток 
Условное 
тока неплавления  
тока плавления  
предохранителя, А 
время, ч 
к номинальному 
к номинальному 
До 4 
1,5 
2,10 
1 
От 4 до 10 
1,5 
1,90 
1 
От 10 до 25 
1,4 
1,75 
1 
От 25 до 63 
1,3 
1,60 
1 
От 63 до 100 
1,3 
1,60 
2 
От 100 до 160 
1,2 
1,60 
2 
От 160 до 400 
1,2 
1,60 
3 
От 400 до 1000 
1,2 
1,60 
4 
7 

 
 
Рис. 1.1. Преддуговая и отключающая время-токовая  
характеристика предохранителя ПН2 
 
Предохранители должны отключать электрическую цепь при токах в пределах от условного тока плавления до номинального тока отключения. При этом 
не должны иметь место разрушения патрона или повреждение частей предохранителя. 
Защитные характеристики плавких предохранителей представляют собой зависимости времени плавления вставки tпл или времени отключения tотк 
цепи от соответствующих значений неизменного во времени тока отключения Iо 
(рис. 1.1). 
Защитные характеристики предохранителей необходимы для координации 
их действия с действием других предохранителей и выключателей. Они могут 
быть получены только при испытании и приводятся заводами-изготовителями в 
технических характеристиках предохранителей.  
Различают преддуговую время-токовую характеристику и время-токовую 
характеристику отключения. 
Преддуговая время-токовая характеристика предохранителя – представляет собой зависимость преддугового времени предохранителя от ожидаемого 
тока отключения. При этом под преддуговым временем предохранителя понимается время между началом протекания тока, достаточного для расплавления 
плавкой вставки предохранителя, и моментом возникновения дуги. 
Время-токовая характеристика отключения предохранителя – это зависимость времени отключения предохранителя от тока отключения. 
8 

Время-токовая зона предохранителя – зона между наименьшей преддуговой время-токовой характеристикой и максимальной время-токовой характеристикой отключения предохранителя. 
Высоковольтные токоограничивающие кварцевые предохранители серии 
ПК предназначены для использования в трехфазных сетях переменного тока 
напряжением от 6, 10, 35 кВ частоты 50, 60 Гц для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий, а также для защиты трансформаторов 
напряжения от токов коротких замыканий [7]. 
 
Структура обозначения предохранителей серии ПК 
 
1) 
2) 
3) 
4) 
5) 
6) 
7) 
 
 
1) ПК – предохранитель с кварцевым наполнителем;  
2) Т – для защиты силовых трансформаторов, воздушных и кабельных линий;  
Н – для защиты трансформаторов напряжения;  
3) обозначение конструктивного исполнения для ПКТ-101; 102; 103; 104; для 
ПКН -001; 
4) номинальное напряжение, кВ: 6; 10; 35; 
5) номинальный ток, А: 2; 3,2; 5; 8; 10; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 80; 100; 160; 200; 
315;  
6) номинальный ток отключения, кА: 8; 12,5; 20; 31,5; 40; 50; 
7) климатическое исполнение и категория размещения: У1, У3. 
 
Пример. Предохранитель серии ПКТ, конструктивного исполнения – 101 
на номинальное напряжение 10 кВ, номинальный ток 20 А, номинальный ток отключения 20 кА, климатического исполнения У категории размещения 1: 
«Предохранитель ПКТ-101-10-20-20 У1». 
Патрон предохранителя типа ПК представляет собой фарфоровую или 
стеклянную трубку 3 (рис. 1.2, 1.3), плотно закрытую латунными или медными 
колпачками 4. Внутри трубки помещена плавкая вставка 1 в виде одной или нескольких параллельно включенных тонких медных проволок. В нижнем колпачке предусмотрен указатель срабатывания предохранителя 6. Патрон заполнен 
мелким кварцевым песком. 
9 

Длина проволок и, следовательно, длина патрона определяются номинальным напряжением. Поскольку градиент восстанавливающейся электрической 
прочности промежутка в кварцевом леске относительно невелик, длина проволоки должна быть велика. Чтобы поместить её в патроне, приходится навивать 
проволоку винтообразно. 
 
    
 
 
Рис. 1.2. Предохранитель  
Рис. 1.3. Патроны  
типа ПКТ в собранном  
виде 
предохранителей типа ПКТ  
на номинальные токи: 
а – до 7,5 А; б – 10–400 А; 
 1 – плавкие вставки; 2 – кварцевый песок; 
3 – фарфоровая трубка;  
4 – металлический колпачок;  
5 – крышка; 6 – указатель  
срабатывания; 7 – пружина 
 
Характеристики тугоплавких вставок из меди, имеющих температуру 
плавления 1080 °С, улучшены напайкой капель олова или свинца, температура 
плавления которых значительно ниже и составляет соответственно 232 и 327 °С. 
При расплавлении металла напайки он растворяет в себе медь, вследствие чего 
вставка быстро разрушается при температуре значительно более низкой, чем 
10