Типовой комплект учебного оборудования «Релейная защита, автоматика и качество электрической энергии электроэнергетических систем»

Комплект лабораторного оборудования «Релейная защита, автоматика и качество электрической энергии электроэнергетических систем» предназначен для проведения лабораторно-практических занятий в учреждениях начального профессионального, среднего профессионального и высшего профессионального образования, для получения базовых и углубленных профессиональных знаний и навыков.

Комплект лабораторного оборудования «Релейная защита, автоматика и качество электрической энергии электроэнергетических систем», выполнен в стендовом исполнении. Стойка с установленными модулями установлены на собственном лабораторном столе.

Конструкция модулей обеспечивает возможность подключения внешних модулей и измерительных приборов.

Компьютерная версия: наличие ноутбука и программного обеспечения позволяет выполнить снимать статические и динамические характеристики с помощью виртуальных приборов.

1. Ноутбук – 1 шт.

Ноутбук предназначен для управления модулями стенда, отображения результатов измерений приборами и осциллографом.

2. Лабораторный стол – 1 шт.

Лабораторный стол предназначен для установки стойки с модулями, ноутбука и другого необходимого оборудования.

Лабораторный стол состоит из металлического основания и столешницы.

Основание стола представляет собой сборно-разборную конструкцию, выполненную из металлического профиля, покрытого порошковой краской.  Основание укомплектовывается колесами. 

На основании лабораторного стола жестко закреплена столешница из диэлектрического материала.

3. Стойка для установки модулей - 1 шт.

Стойка для установки модулей предназначена для установки и фиксации модулей для проведения лабораторно-практических работ.

Стойка для установки модулей представляет собой сборно-разборную конструкцию, выполненную из металлического профиля, покрытого порошковой краской. На стойку крепятся направляющие, выполненные из анодированных алюминиевых профилей.

Модули устанавливаются в направляющие.

4. Комплект модулей – 1 шт.

Модули должны быть предназначены для выполнения лабораторно-практических работ.

Корпуса модулей должен быть выполнен из пластика, толщиной не более 4 мм, белого цвета, что снижает вероятность поражения электрическим током, при пробое на корпус.

Надписи, схемы и обозначения на панелях модулей должны быть выполнены с помощью цветной печати.

4.1 Модуль «3-х фазные источники питания» - 1 шт.

Модуль «3-х фазные источники питания» предназначен для ввода трехфазного напряжения 380 В, защиты от коротких замыканий в элементах стенда, а также для формирования трехфазной системы рабочего напряжения амплитудой 12 В.

Подключение модуля к сети питания должно осуществляться на тыльной части. Так же на тыльной части должны располагаться разъемы, предназначенные для подачи напряжения к отдельным модулям стенда.

Включение питания модуля должно осуществляться при помощи дифференциального автомата, расположенного на лицевой панели. Индикация наличия напряжения в каждой фазе на входе модуля должно осуществляться при помощи светового индикатора фаз.

На лицевой панели модуля должен располагаться кнопочный пост, предназначенный для управления контактором, подающим питание на выходные разъемы. Пост должен состоять из кнопок: вкл., выкл. и кнопки аварийного отключения с фиксацией отключенного положения.

Модуль должен иметь в своем составе «Модель питания электрической сети» и «Модель резервного питания электрической сети» предназначенные для формирования трехфазной системы рабочего напряжения амплитудой 12(±10%)В, частотой 50(±0,4) Гц. Данные модели представляют собой модели трехфазных трансформаторов реальных понижающих подстанций.

 Галетный переключатель должен быть предназначен для переключения между нормальным и аварийным режимами работы «Модели питания электрической сети». Под аварийным режимом понимается значительная просадка выходного напряжения модели.

4.2 Модуль «Модуль связи (Источники питания)» - 1 шт.

Модуль «Модуль связи (Источник питания)» должен быть предназначен для сбора и передачи данных на компьютер, дистанционного управления модулями и низковольтного питания микропроцессорных систем управления.

Подключение модуля к сети питания должно осуществляться на тыльной части. Включение/отключение питания должно производиться выключателем, расположенным на лицевой панели.

Защита от ненормальных и аварийных режимов должна быть реализована при помощи плавкого предохранителя, закрепленного с помощью держателя на лицевой панели модуля.

Подключение модуля к компьютеру должно осуществляться через разъем типа USB-B или эквивалент.

Передача данных и получение команд управления от компьютера должна происходит по интерфейсу USB или эквиваленту.

На тыльной части модуля должны располагаться разъемы, предназначенные для подключения соседних модулей, и активная система охлаждения, состоящая из вентилятора и защитной решетки.

Модуль должен содержать в своем составе микропроцессорную систему.

Микропроцессорная система должна быть предназначена для управления модулями стенда, связи с компьютером, сбора и обработки данных. Система должна  быть построена на базе 32-х разрядного микроконтроллера с архитектурой ARM.

Микропроцессорная система должна иметь возможность расширения по средством подключения дополнительных модулей, связь с которыми должна осуществляться по интерфейсу RS485, количество одновременно подключаемых модулей должно быть ограничено только нагрузочными возможностями интерфейса. Скорость обмена по линиям RS485 должно составлять от 9600 до 115200 бод. Протокол обмена LCPE (LAB Communication protocol Engineering) или аналог, данный протокол должен позволять организовывать обмен данными и управление различными модулями из программного комплекса ELAB или аналогичного.

4.3 Модуль «Модель трехфазного трансформатора» – 1 шт.

Модуль предназначен для исследования трехфазных трансформаторов.

Модуль состоит из трансформаторной группы, состоящей из трех маломощных однофазных трансформаторов.

Модуль оснащен кнопкой Авария, с помощью которой осуществляется моделирование аварийного режима – тока утечки.

4.4 Модуль «Модель линии электропередач» – 1 шт.

Модель линии электропередач представляет собой модель реальной линии электропередач.

Модель линии электропередач реализована П-образной схемой замещения, включающая активное и индуктивное сопротивления, а также емкостную проводимость. Присутствует возможность дискретного изменения данных параметров.

Модуль оснащен кнопкой Авария, с помощью которой осуществляется моделирование аварийного режима – тока утечки.

Модуль оснащен разъемами для подключения осциллографа.

4.5 Модуль «Трехфазная RLC нагрузка» – 1 шт.

Модуль трехфазная RLC нагрузка предназначен для снятия нагрузочных и рабочих характеристик электрических машин.

Модуль трехфазная RLC нагрузка состоит из трехфазных групп переменных активных сопротивлений, индуктивностей и емкостей с возможностью дискретного изменения данных параметров.

4.6 Модуль «Короткозамыкатель» – 1 шт.

Модуль Короткозамыкатель представляет собой устройство для моделирования режима КЗ с кнопочным управлением.

4.7 Модуль «Трехфазный выключатель с трансформаторами тока» – 2 шт.

Модуль «Трехфазный выключатель с трансформаторами тока» должен быть предназначен для коммутации трехфазных цепей при различных режимах работы, и измерения режимных параметров.

Питание модуля должно осуществляться через разъемы, располагающиеся на тыльной части корпуса и предназначенные для подключения соседних модулей.

Светодиод должен быть предназначен для сигнализации положения (вкл./откл.)  выключателя. 

Передача данных и прием команд управления модулем должны осуществляться через интерфейс RS485 или эквивалент.

Модуль должен иметь дистанционное управление из среды, совместимой с программным комплексом ELAB или эквивалентом. Связь между программой и аппаратной частью должна осуществляться по протоколу LCPE (LAB Communication Protocol Engineering) или эквиваленту.

4.8 Модуль «Цифровой трехфазный ваттметр» – 1 шт.

Цифровой трехфазный ваттметр предназначен для измерения напряжения, тока и  активной мощности в каждой фазе трехфазного напряжения.

Значения измеряемых величин отображаются на цветном LCD TFT дисплее, диагональю 3,5 дюйма разрешением 320×480 пикселей.

Передача данных (значений напряжения и тока) должна осуществляться через интерфейс RS485 или эквивалент. Связь между программным комплексом ELAB или эквивалентом и аппаратной частью должна осуществляться по протоколу LCPE (LAB Communication Protocol Engineering) или эквиваленту.

4.9 Модуль «Прибор для измерения показателей качества электроэнергии» – 1 шт.

Модуль «Прибор для измерения показателей качества электроэнергии» предназначен для определения основных показателей качества электроэнергии в сетях переменного тока.

Питание модуля осуществляется через разъемы типа IDC – 10, расположенные на тыльной части корпуса.

На лицевой панели модуля расположены три кнопки управления. Кнопка «Старт» запускает измерение; кнопка «Стоп» останавливает измерение; кнопка «Сброс» сбрасывает результаты предыдущего измерения.     

Разъемы типа BANANA серии ZP с диаметром отверстий 4 мм, предназначены для механического соединения и разъединения электрических цепей.

Текущее напряжение, отклонение напряжения, длительность провалов, коэффициент искажения, отклонение частоты и время измерения отображаются на цветном LCD TFT, дисплей диагональю 3,5 дюйма разрешением 320×480 пикселей, в виде таблицы.

Передача данных и прием команд управления модулем осуществляется через интерфейс RS485.

Модуль имеет ручное управление и дистанционное из среды, совместимой с программным комплексом ELAB или аналогичным. Связь между программой и аппаратной частью осуществляется по универсальному протоколу LCPE (LAB Communication Protocol Engineering).

4.10 Модуль «Измерительные приборы» – 1 шт.

Модуль «Измерительные приборы» предназначен для измерения тока и напряжения в цепях переменного и постоянного тока.

Питание модуля осуществляется через разъемы типа IDC – 10, располагающиеся на тыльной части корпуса и предназначенные для подключения соседних модулей.

Данный модулю включает в себя три амперметра и три вольтметра, скомпонованные в пары (амперметр + вольтметр).

Значения измеряемых величин отображаются на цветном LCD TFT дисплее, диагональю 3,5 дюйма разрешением 320×480 пикселей, в виде таблицы.

Передача данных (значений напряжения и тока) осуществляется через интерфейс RS485. Связь между программным комплексом ELAB или аналогичным и аппаратной частью осуществляется по универсальному протоколу LCPE (LAB Communication Protocol Engineering).

4.11 «Цифровой осциллограф» – 1 шт.

Модуль «Цифровой осциллограф» предназначен для осциллографирования переходных процессов, снятия статических и динамических характеристик.

На лицевой панели модуля располагаются высокочастотные разъемы типа BNC.

Подключение модуля к компьютеру осуществляется через разъем типа USB-B.

Питание модуля, передача данных и получение команд управления от компьютера происходит по интерфейсу USB. Управление осциллографом осуществляется с помощью специального программного обеспечения, устанавливаемого на компьютер.

4.12 Модуль «Фильтрокомпенструющее устройство» – 1 шт.

4.13 Модуль «Однофазные выпрямители» – 1 шт.

5. Набор аксессуаров и документов – 1 шт.

5.1 Комплект соединительных проводов и сетевых шнуров – 1 шт.

Комплект представляет собой минимальный набор соединительных проводов и сетевых шнуров, необходимых для выполнения базовых экспериментов.

5.2 Паспорт – 1 шт.

Паспорт – основной документ, определяющий название, состав комплекта, а также гарантийные обязательства.

5.3 Комплект программного обеспечения – 1 шт

Комплект программного обеспечения предназначен для управления источниками питания, регистрации данных от измерительных приборов и датчиков, а также дальнейшей обработки и сохранения в различных форматах результатов экспериментальных исследований в окне программы на экране компьютера. Кроме того, комплект программного обеспечения обеспечивает возможность моделировать и анализировать схемы электронных устройств.

Установка комплекта программного обеспечения должна осуществляться с электронного носителя (CD, DVD диски, USB накопители). Процесс установки сопровождается инструкциями мастера установки на русском языке.

5.3.1 Программный комплекс ELAB – 1 шт.

Программный комплекс ELAB предназначен для управления источниками питания, регистрации данных от измерительных приборов и датчиков, а также дальнейшей обработки и сохранения в различных форматах результатов экспериментальных исследований в окне программы на экране компьютера.

Программный комплекс ELAB при каждом запуске должен автоматически определять активный COM порт подключения оборудования, при этом номер порта автоматически подсвечивается в сплывающем окне.

Корректный запуск программного обеспечения ELAB производится только при наличии соединения персонального компьютера (ноутбука) с аппаратной частью лабораторного оборудования (USB соединение, радиоканал), а также при включенном питании лабораторного стенда.

Программный комплекс ELAB должен быть универсальным для различных направлений науки и техники: электротехника, электроника, электрические машины, электропривод, автоматика, гидравлика, пневматика и др. После запуска программы производится распознание подключенного устройства и конфигурирование окна программы под конкретное устройство.

В левой части основного окна программы ELAB появляется список доступных модулей управления и индикации, внешний вид и количество которых зависит от подключенного лабораторного оборудования, а также располагаются дополнительные кнопки помощи, теоретических сведений, запуск стороннего программного обеспечения. Кроме того, программа ELAB имеет в своем арсенале средства для самодиагностики подключенных установок, выявления неисправных зон и датчиков.

Доступные модули управления должны быть выполнены в едином стиле. Инструменты программы позволяют в реальном времени управлять аппаратной частью стенда: источниками питания, функциональными генераторами сигналов, преобразователями частоты, тиристорными регуляторами и др.

Управление блоками реализовано максимально приближённо к управлению реальной установкой. Задание значений параметров блоков осуществляется с помощью виртуальных энкодеров, позволяющих легко и быстро установить требуемую величину в доступном диапазоне значений. Управление возможно как с помощью клавиатуры, так и манипулятором «мышь», а так же с помощью виртуальной клавиатуры для планшетных устройств.

Комплект программного обеспечения ELAB должен осуществлять возможность программировать модули управления. Для этого пользователь должен составить программный код на внутреннем понятном макро языке.

Доступные модули индикации программы позволяют выводить на экран персонального компьютера (ноутбука) данные от измерительных приборов, датчиков и другого оборудования, которым снабжен лабораторный стенд. Для удобства восприятия, некоторые индикаторы должны быть выполнены в привычном для пользователя аналоговом варианте (например, стрелочные вольтметры, амперметры, энкодеры).

Основные модули индикации  должен вести графическую стенограмму режимных параметров в аппаратной части стенда, кроме того, по запросу пользователя, выводить в отдельном окне значения в табличном виде. Инструменты программы позволяют проводить различного рода обработку результатов: обеспечивать возможность наложения графиков в одной плоскости для определения зависимостей исследуемых величин, аппроксимировать полученную графическую зависимость и др.

Основные модули индикации позволяют сохранять данные, полученные от аппаратной части стенда, в графическом, табличном или текстовом форматах.

5.3.2 Программное обеспечение для работы с осциллографом – 1 шт.

Программное обеспечение для работы с осциллографом позволяет осуществлять регистрацию исследуемых величин на экране ноутбука.

5.4 Комплект документации – 1 шт.

5.4.1 Техническое описание оборудование – 1 шт.

Техническое описание оборудования - это комплект сопроводительной документации стенда с подробным описанием основных технических характеристик стенда.

5.4.2 Мультимедийная методика – 1 шт.

Мультимедийная методика представляет собой учебный фильм с подробным описанием оборудования, а также краткой демонстрацией выполнения основных экспериментов.

5.4.3 Руководство по выполнению базовых экспериментов – 1 шт.

Руководство должно включать краткие теоретические сведения, а также подробный порядок выполнения лабораторных работ:

Раздел «Релейная защита в электроэнергетических системах»:

1. Токовая отсечка.
2. Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени.
3. Максимальная токовая защита с пуском по напряжению.
4. Максимальная токовая защита с ограниченно-зависимой выдержкой времени.
5. Продольная дифференциальная защита ЛЭП.
6. Дифференциальная защита трансформатора.

Раздел «Автоматизация электроэнергетических систем»:

1. Автоматическое повторное включение линии электропередачи.
2. Автоматическое включение резерва питающего присоединения.
3. Измерение показателей качества электрической энергии.
4. Определение влияния отклонения напряжения на мощность, потребляемую активной нагрузкой.
5. Определение влияния отклонения напряжения на мощность, потребляемую индуктивной нагрузкой.
6. Определение влияния отклонения напряжения на мощность, потребляемую емкостной нагрузкой.
7. Регулирование напряжения путем продольной емкостной компенсации реактивной мощности.
8. Регулирование напряжения путем поперечной емкостной компенсации реактивной мощности.
9. Снижение уровня генерации высших гармоник путем замены однополупериодного выпрямителя на двухполупериодный в схеме питания нагрузки постоянным током.
10. Компенсация высших гармоник тока с помощью фильтрокомпенсирующего устройства.