Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения
Цель работы. Изучение энергетического процесса и распределения напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока в линии, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.
Всякий потребитель электрической энергии получает ее от генератора по воздушной или кабельной линии передачи, выполненной из металлического (медного, алюминиевого или стального) провода и обладающей определенным сопротивлением. Это сопротивление обуславливает падение напряжения и потерю мощности в линии.
При изменении числа включенных потребителей электрической энергии изменяется величина тока в линии, что обуславливает изменение падения напряжения и потерь мощности в линии и отражается на работе потребителей.
Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии электропередачи пользуются эквивалентной схемой замещения (рис. 2), где 
- сопротивление линии; 
- эквивалентное сопротивление всех подключенных потребителей; 
- ток в линии; 
- напряжение в начале линии; 
- напряжение в конце линии (у потребителя).
Рис. 2
С учетом принятых обозначений
 ;
| (1) |
 ;
| (2) |
 ;
| (3) |
 .
| (4) |
Энергетический процесс в схеме характеризуется следующим соотношением мощностей:
мощность, отдаваемая генератором в линию
 ;
| (5) |
мощность потерь электрической энергии в линии
 ;
| (6) |
мощность, отдаваемая линией потребителю (мощность нагрузки)
 .
| (7) |
Коэффициент полезного действия линии 
определяется как отношение мощностей 
и 
:
 .
| (8) |
Если в формуле (7) ток выразить через отношение мощности потребителя к напряжению у потребителя и подставить это выражение для тока в формулу (6), то для мощности потерь электрической энергии в линии получается следующее выражение:
 .
| (9) |
Согласно (9), при постоянной мощности нагрузки величина потерь в линии обратно пропорциональна квадрату напряжения, т.е. электрическую энергию экономично передавать при высоких напряжениях. Однако с ростом напряжения увеличивается стоимость изоляции линии. На практике применяют тем большее напряжение, чем больше передаваемая мощность и дальность передачи.
Заменив в формуле (8) и их выражениями по (5) и (7), получим новую форму записи выражения для расчета коэффициента полезного действия линии:
 .
| (10) |
Домашнее задание
1. Изучить теоретический материал по режимам работы электрических цепей /Л1, с. 24-25; Л2, с. 57-60; Л5, с. 30-32; Л6, с. 25-26; конспект лекционного курса/.
2. Проработать содержание и порядок выполнения работы, изложенные в разделе "Рабочее задание". В рабочей тетради подготовить табл. 2, а также табл. 1 паспортных данных приборов (см. п. 5 общих положений).
3. Подготовить ответы на контрольные вопросы к данной работе.
Рабочее задание
1. Работу следует выполнять по схеме, показанной на рис. 3.
В качестве потребителей используются лампы накаливания, включенные параллельно. При увеличении числа включенных ламп их эквивалентное сопротивление будет уменьшаться, а ток в цепи увеличиваться.
Рис. 3
В качестве аналога линии электропередачи используются два проволочных реостата. Общее сопротивление линии 
.
Максимальный ток будет при коротком замыкании в конце линии (выключатель В замкнут, напряжение на потребителях и токи в них равны нулю). Ток короткого замыкания
.
Сопротивление нужно установить такой величины (положением движков проволочных реостатов), чтобы ток 
был близок к пределу измерения амперметра и не превышал номинального тока проволочных реостатов.
2. Включить цепь под напряжение и, замкнув выключатель В, измерить ток короткого замыкания .
3. Изменяя величину тока от нуля до снять показания для 7 точек. Интервал между точками 
. Показания приборов записать в табл. 2.
Таблица 2
| Измерено | Вычислено | ||||||||
|
|
|
| 
|
| 
|
|
|
|
|
| А | В | В | Ом | Вт | Ом | о.е. | |||
4. По ранее приведенным формулам вычислить для всех режимов (исключая режим холостого хода) , и занести их в правую часть табл. 2. Вычислить величину и также занести ее в табл. 2.
Примечание. Работа выполнена правильно, если сопротивление проводов линии в каждом опыте отличается от среднего значения не более чем на 10 %.