НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра «Электротехнические комплексы»
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ЭТК
//
« » 2009 г.
КОНТРОЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА»
ООП 140600 «Электротехника, электромеханика, электротехнологии». Уровень подготовки – бакалавр техники и технологии
КМ разработал:
к. т.н., доцент //
НОВОСИБИРСК
2009
Паспорт
комплекта итоговых контролирующих материалов
Направление 140600 «Электромеханика, электротехника, электротехнологии». Уровень бакалавр по дисциплине «Электроснабжение электрического транспорта».
1. Соответствие Государственному образовательному стандарту (ГОС ВПО) РФ. Дисциплина относится к региональному компоненту, соответствует требованиям ГОС и ООП направления.
1.1. Соответствие заданий КМ целям дисциплины:
Контрольные задания и вопросы соответствуют целям, объявленным в программе дисциплины.
1.2. Соответствие заданий КМ содержанию дисциплины:
Дисциплина разделена на модули, по которым составлены вопросы-тесты, а также контрольные задания.
2. Особенности разработки контролирующих материалов.
Особенности разработки КМ состоит в том, что контрольные задания (билеты) содержат как контрольные вопросы-тесты, так и одну задачу. Вопросы в билет подбирались методом случайной выборки.
3. Форма КМ: материалы для комплексной письменной с собеседованием аттестации.
4. Шкала измерений: билет содержит 6 заданий, включающих пять вопросов (тестов) и одну, две небольшие задачи с решениями в символьной форме. Ответы полные на пять заданий оцениваются оценкой «хорошо», на четыре – «удовлетворительно», то же на два вопроса и задачу. Ответы на три вопроса – «неудовлетворительно», «отлично» – при полных ответах на контрольное задание.
5. Время, отводимое для выполнения тест – билета – 20 мин.
Матрица описания заданий по целям и модулям дисциплины
№ цели | Содержание цели дисциплины | № задания КМ |
Иметь представление: | ||
1 | об энергетических ресурсах и их характеристиках | Модуль 1 1-15 кВ |
2 | об устройстве бинарных электростанций | 19 |
3 | видах и характеристиках возобновляемых энергоресурсах | 24 |
4 | о формировании, связях, иерархии энергосистем | 28-30 |
Знать: | ||
1 | Принципы устройства ТЭС, РЭС, АЭС, ГАЭС | 16-23 |
2 | Классификацию ЛЭП, шкалу стандартных напряжений и токов | 25-27 |
3 | Элементы СЭС ЭТ, их классификацию, схемы соединений | Модуль 2 1-19 |
4 | Схемы, параметры и расчеты первичного питания подстанций. Схемы коммутаций тяговых подстанций и их параметры. Схемы тяговых сетей и их параметры | Модуль 3 1-16 |
5 | Описания режимов нагрузок напряжения, вынужденных режимов, показателей надежности | Модуль 4 1-16 |
6 | Влияние блуждающих токов на подземные сооружения, параметры системы рельс – земля – подземное сооружение | Модуль 8 1-4 |
7 | Принципы устройства защиты подземных сооружений от блуждающего токов | Модуль 8 5-10 |
Уметь: | ||
1 | Выполнять электрические расчеты системы электроснабжения поездов | Модуль 5 1-19 |
2 | Определять параметры элементов системы; сечения тяговой сети и ЛЭП, мощности подстанций, выбирать схемы электроснабжения | Модуль 6 1-5 |
3 | Выполнять расчеты токов короткого замыкания в тяговых сетях, выбирать виды и уставки защит фидеров | Модуль 7 1-8 |
Иметь опыт: | ||
1 | Разработки схем питания и секционирования. Выбора параметров элементов | Модуль 6 5-10 |
Контрольные вопросы (тесты) используются для текущего контроля знаний по мере изучения модулей. Порядок оценивания текущей деятельности предусмотрен в рабочей программе. Контрольные задания и билеты используются для итоговой аттестации и проверки остаточных знаний.
Контрольные вопросы
Модуль 1
Что такое энергоресурс, энергия первичная, вторичная? Как классифицируют энергоресурсы? Какие стадии содержит энергетическое производство? Как распределяется энергия при потреблении? Чем объясняется и какова неравномерность потребления энергоресурсов в мире? Что такое единица условного топлива и как ее применяют? Какова связь между единицами измерения электрической, тепловой и механической энергии? Что такое топливо, какие его виды используют? Каков состав и технические характеристики твердого топлива? Каковы энергетические характеристики твердого топлива? Какие жидкое топливо используется на электростанциях и каковы его энергетические характеристики? Газообразное топливо, какие это газы, как их получают и используют на электростанциях? Что такое гидроресурсы и как преобразуется в электроэнергию? От чего зависит мощность, развиваемая гидроагрегатом? Что является энергетической характеристикой ядерного топлива, и какие изотопы урана в нем используют? Что такое дефект массы и какие виды реакций используют в ядерном топливе? Как принципиально устроена ТЭС и каковы ее элементы? В чем отличия КЭС и ТЭЦ? Как устроены котлоагрегаты и паровые турбины? В чем отличия активных и с реактивным эффектом турбин? Что такое тепловая диаграмма цикла Ренкина? Что представляет собой и как устроены газо - и газопаровые электростанции (установки)? Каков принцип устройства гидравлических электростанций (ГЭС)? Какого вида они бывают? Какие виды гидротурбины используют на ГЭС? Как устроены гидроаккумулирующие ЭС и зачем они нужны? Как принципиально устроены атомные электростанции (АЭС) и атомные реакторы? Какие нетрадиционные энергоресурсы используют для получения электроэнергии? По каким принципам классифицируют линии электропередачи (ЛЭП) и какова шкала стандартных напряжений и токов? Что такое компенсация и настройка ЛЭП? Передача электроэнергии на постоянном токе, какие имеет преимущества и недостатки? В чем выгода объединения ЭС на параллельную работу? Как устроены подстанции энергосистем? Что такое энергосистема районная, объединенная, единая?Модуль 2
Что такое система электроснабжения электрического транспорта (СЭС ЭТ) и из каких элементов она состоит? Что такое тяговая подстанция и какова ее структура? Что такое ″выпрямительный агрегат″, ″распределительное устройство″, ″фидер″? Как определяют понятия: тяговая сеть (ТС), контактная сеть (КС), питающая линия, секционный изолятор, секционирование КС, район питания подстанции? По каким признакам классифицируют СЭС ЭТ? В чем различия между централизованной и децентрализованной СЭС? Какие разновидности СЭС по роду тока и уровням напряжения используют на ЭТ? Что представляет собой СЭС 2х25 кВ? Что представляет собой СЭС двойного напряжения с преобразовательными пунктами? Что такое гальванические и электромагнитные влияния СЭС? Как понимать термин ″электромагнитная совместимость″?Модуль 3
Какие типы схем первичного питания подстанция применяют и в чем их преимущества и недостатки? Как определить электрические параметры ЛЭП? Как найти токи и потери напряжения и мощности в первичных ЛЭП? Как определить эквивалентное сопротивление первичной ЛЭП? Как найти электрические параметры и потери мощности в силовых трансформаторах питающих центров? Что представляют собой принципиальные электрические схемы подстанций постоянного и переменного тока? Как выполняют схемы коммутаций вводов, выпрямительных агрегатов (ВА), фидеров постоянного тока? Какие применяют схемы выпрямления в ВА и в чем их преимущества и недостатки? Какими параметрами характеризуют подстанции? Что такое внешняя характеристика подстанции? Как найти эквивалентное сопротивление подстанции? Какие схемы секций тяговой сети (ТС) применяют на ЭТ? Зачем делят ТС на секции? Что представляет собой рельсовая сеть? Трехпроводные тяговые сети, какие могут быть и применяют ли их на ЭТ? Какой состав проводов секций контактной сети может быть? Какие используют тросы и контактные провода? Как найти сопротивление контактной и рельсовой сетей? Что такое параметр тяговой сети? Как влияет грунт на проводимость рельсовой сети?Модуль 4
В какой форме представляется энергопотребление поездов? Как найти числовые характеристики поездных токов? Что выражают и как определяют коэффициенты прерывистости и эффективности поездного тока? Какой смысл имеет понятие эффективного тока? По каким исходным данным и как можно определить плотности и числа поездов на участках транспортной сети? Как в расчетах учитывают неравномерности движения поездов по периодам суток? Как найти числовые характеристики токов фидера, подстанции? Если токи фидеров и подстанций случайные величины, то какими законами распределения вероятностей их описывают? Как влияют уровни напряжения на токоприемнике на режимы движения поездов? Что значат явления: ″потеря управляемости″, ″опрокидывание тяговой сети″? Как нормируют качество электроэнергии на токоприемниках? Какие виды напряжений на токоприемниках рассматривают и как их нормируют? Колебания и отклонения напряжений, чем отличаются и как влияют на работу подвижного состава? Что такое надёжность СЭС, и какими показателями ее определяют? Какие отказы рассматривают? Как определяют вынужденный режим работы СЭС? Как найти показатели безотказности работы системы при последовательном и параллельном соединении элементов? Что такое резервирование элементов и как можно повысить надежность СЭС?Модуль 5
Зачем нужны электрические расчеты СЭС, и какие величины при этом определяют и как их используют? Как классифицируют методы электрических расчетов и как их применяют для различных видов транспорта? Какой смысл и содержание методов расчетов на основе графиков движения поездов? Как определить электрические величины в мгновенных схемах? Какие исходные положения принимают в методе равномерно распределенной нагрузки и как на его основе определяют электрические величины? В чем смысл метода подвижных нагрузок и как определить на его основе электрические величины при одном поезде на секции? Какие исходные положения принимают в аналитических методах расчетов и как здесь определяют электрические величины? Какой вид имеют обобщенные формулы для расчетов электрических величин аналитическим методом? Что такое расчетный максимум нагрузки фидера, подстанции и какие общие принципы их определения? Какими законами распределения вероятностей описывают тяговые нагрузки и как их используют при оценках коэффициентов максимума мгновенных и за интервал времени осреднения.Модуль 6
По каким параметрам СЭС ЭТ является многовариантной, и какие ее варианты рассматривают? В чем состоит суть методов сравнения вариантов СЭС по условным годовым приведенным затратам и срокам окупаемости? Как определяют приведенные затраты и сроки окупаемости? Как определяют затраты на потери электроэнергии в варианте системы? Как найти потери мощности в выпрямительных агрегатах подстанции? Как найти минимум целевой функции приведенных затрат и что такое экономическая и допустимая плотность тока в проводах (жилах кабеля)? Какова последовательность разработки варианта СЭС и выбора схемы электроснабжения поездов? Как выбрать и обосновать сечения проводов секций контактной сети и кабелей питающих линий? Что значит экономические и по нагреву сечения проводов? Как выбрать и обосновать мощность подстанции? Выбор трансформаторной и вентильной мощности подстанции, по каком критериям и как выполняется?Модуль 7
Как различают короткие замыкания в тяговых сетях? Что представляет собой схема замещения элементов контура короткого замыкания? Как протекает и описывается переходный процесс в этом контуре? Какие принимаются условия и как определить наименьший ток короткого замыкания (ТКЗ) в тяговой сети? Какие электрические аппараты используют для коммутации токов фидеров постоянного тока, и как протекает процесс отключения ТКЗ? Как выбрать ток уставки аппарата защиты фидера и что значит малый ТКЗ? Что значит каскадные виды защит тяговой сети при малых ТКЗ? Тепловые защиты фидеров ТС, косвенные и на тепловых датчиках, какой имеют принцип построения, что в них общего и в чем различие? Как выполняются защиты, реагирующие на скорость нарастания тока, и импульсные, что в этих защитах общего и в чем различие?Модуль 8
Что такое электрическая коррозия (физика явления) и как связаны со стекающими с подземного сооружения (ПС) токами? Как нормируют потери напряжения в рельсовых сетях (РС) трамвая? Для РС метрополитена и ЭЖД есть отличия? Какой имеют вид и как получить потенциальные диаграммы рельс-земля, ПС-земля опытным и расчетным путем? Какими параметрами характеризуют систему рельс-земля-ПС? От чего зависят величины блуждающих токов? Расчет рельсовой сети, в чем заключается и как выбрать координату подключения к РС отрицательной питающей линии? Активные и пассивные методы защиты ПС от электрокоррозии, в чем состоят? Зачем надо и как выровнять потенциалы отрицательных пунктов? Какой принцип устройства ВДУ? Как выполняют электродренажные защиты ПС? Катодная защита, каков принцип выполнения и что представляет собой анодный заземлитель? Как устраивают протекторную защиту ПС?Заключение
Каков общий алгоритм проектирования СЭС ЭТ и как можно характеризовать его этапы?
КОНТРОЛЬНЫЫЕ ЗАДАНИЯ
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 1
1.Сколько электроэнергии производится в СССР, примерное её распределение по видам электростанций.
Для расположения ТП и ПЦ, показанного на рисунке, приведите возможные варианты схем питания подстанций.Покажите на диаграмме влияние уровней напряжения на работу и скорости движения ЭПС. Чем обусловлена и какая точность расчетов ЭВ. Как выбрать и обосновать сечение контактной сети. Участок рельсовой сети нагружен РРН – покажите диаграмму напряжений рельс-земля.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 2
1.Сколько условного топлива расходуют на производство 1 кВт·ч электроэнергии. Поясните соотношения между единицами Вт, ВАр, ВА, Дж.
Известны показатели тока линии I1 и коэффициент мощности cos ц – покажите схему замещения и векторную диаграмму потерь напряжения.ц
Какие явления имеют место при длительном понижении напряжения на секции контактной сети. На секции n – поездов. Определите потери напряжения аналитическим методом.
Как найти потери электроэнергии в выпрямительных агрегатах. Принцип устройства импульсных защит тяговых сетей.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 3
Какими показателями качества характеризуют электроэнергию. Известны P и Q мощности потребителя, найдите линейный ток I1, cos ц, потери напряжения в трехфазной ЛЭП с параметрами Rл и Xл.
Что происходит при набросе (резком повышении) напряжения на ЭПС. Участок сложной секции нагружен РРН Дi и внешняя нагрузка Iнк. Определите здесь потери мощности и напряжения.
Дi rdx
x
Приведите методы ТЭС вариантов СЭС. Принцип устройства тепловых защит тяговой сети.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 4
Сколько примерно электрифицированного транспорта в СССР, какой род тока, уровни напряжения применяют в СЭС ЭТ. Если известны R и X фазы ЛЭП, то найдите эквивалентное сопротивление ЛЭП (отнесенное к стороне пост. тока). Какие уровни напряжения оценивают на токоприемниках ЭПС и как их нормируют. Секция имеет двустороннее питание, средний ток поезда I0. Определите средний ток линий, наибольшие и средние потери напряжения в тяговой сети.
Что значит и как выбрать вентильную мощность подстанции. Принцип устройства электродренажных защит подземных сооружений.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 5
Энергосистема – приведите понятие, элементы, структуру современной электроэнергетики. Если известны активная Р и реактивная Q мощности потребителя, то найдите потери ДР и ДQ в питающей ЛЭП. Как и почему нормируют потери в рельсовых сетях. Участок (секция) нагружен равномерно распределенной нагрузкой Дi. Определите наиб. и средние потери напряжения.
Дi
Как выбрать мощность тяговой подстанции. Принцип устройства протекторных защит подземного сооружения.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 6
ЛЭП – приведите классификацию и перспективные способы передачи электроэнергии. По известным паспортным данным силового трансформатора найдите потери ДР и ДQ, при некоторой текущей мощности W. Из тяговых расчетов известна зависимость I(t). Как найти числовые характеристики поездного тока.
Подберите исходные данные и определите потери напряжения в секции контактной сети по методу характерных сечений, графики движений. Как выбрать и обосновать сечение питающих линий. Покажите принципы устройства ступенчатых защит от малых ТКЗ.
Электроснабжение ЭТ Контрольное задание № 7
Система электроснабжения (СЭС) ЭТ – понятие, элементы. Приведите принципиальную схему подстанции переменного тока с трехфазным трансформатором. Если поезда однотипные, на секции их n, а токи поездов СВ, то найдите ЧХ токов линии.Как классифицировать методы расчетов ЭВ. Что такое регулирование мощности подстанции и как выбрать уставку регулирования. Участок РС нагружен сосредоточенной нагрузкой, приложенной в конце, покажите диаграмму потенциалов рельс-земля.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание № 8
Тяговая сеть – понятие, элементы и связи между ними. Покажите схему выпрямления две обратные звезды с уравнительным реактором и трехфазную мостовую, сравните схемы между собой. Известны числовые характеристики токов линий (фидеров) – найдите соответ. числовые характеристики токов подстанции.
Найдите потери напряжения и мощности в секции тяговой сети по заданной мгновенной схеме нагрузок поездов.
Как определить потери мощности в питающих первичных линиях. Принцип устройства катодной защиты ПС.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 9
1 Тяговая подстанция - понятия, структура, определение выпрямительного агрегата. Полные схемы присоединения выпрямительного агрегата и фидерного выключателя тяговой подстанции.
2. Известны L участка, скорость движения V,
L, V удельный расход энергии «a» 
, вес – Gпс –
Найдите средний ток поезда.
3. Как определить максимальный ток фидера (линии).Что такое расчетный максимум нагрузок?
4. Укажите способы оценки капитальных вложений на вариант СЭС.
5. Принцип устройства потенциальных защит тяговой сети.
6. Как выбрать уставку защиты фидера постоянного тока?
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 10
1. Как классифицируют системы электроснабжения ЭТ?
2. Как представляется внешняя характеристика тяговой подстанции и как найти эквивалентное сопротивление подстанции?3.
L, V, tн Известны длина участка L, скорость движения V и интервал движения tн – найдите число поездов на участке.
iк ii iн 4. Секция имеет одностороннее питание, число поездов на ней n, найдите cредний и эффективный токи линии аналитическим методом. 5.Приведите ампер-секундную характеристику проводов и определите по ним допустимые плотности токов (jд и jдт).
6. Условия, при которых определяют минимальные токи КЗ в тяговой сети.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 11
Приведите схему СЭС двухпроводную с третьим дополнительным проводом двойного напряжения. Как найти сопротивление рельсовой сети? Что такое потеря управляемости и опрокидывание тяговой сети? Для показанной схемы найдите среднее падение напряжения в тяговой сети, покажите диаграмму распределения потерь напряжения по длине секции. Решение получите в символьной форме и числах для исходных данных: r=0,2 Ом/км, l=1,5 км, l1=0,5 км, l2=0,3 км, I1=200 A, I2=300 A.
l
●
l1 I1 I2 l2
По каким параметрам СЭС является многовариантной, и как определить вариант для исполнения? Где будет большая интенсивность электрической коррозии подземного сооружения вблизи или вдали от отрицательного пункта РС?Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 12
Покажите схему СЭС 2Ч25 кВ. Покажите схемы секций контактной сети с односторонним, двусторонним и узловым питанием. Известна зависимость I(t), как найти средний и эффективный ток?I
T
Мгновенная схема нагрузок показана на рисунке, найдите токи линий А и Б.A Б
● ●
x I
Экономическая плотность тока - понятие и как ее определить. Участок рельсовой сети нагружен РРН ∆I - имеет 2 отрицательные линии. Покажите потенциальные диаграммы рельс-земля.
О1 ∆i 02
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 13
Какими единицами измеряют энергию: электрическую, тепловую, механическую и какие соотношения между ними? Покажите график внешней характеристики подстанции постоянного тока с 3-мя выпрямительными агрегатами при включении 1-ого,2-х,3-х агрегатов. Пост секционирования тягогвой сети, как выполняется и зачем? Покажите график потерь напряжения в секции тяговой сети при проходе поезда при схеме питания, показанной на рисунке. Диаграмму приведите для вкл. Ф1 и Ф2, и при отключении Ф1 и Ф2. Как определить средние потери мощности?Ф1 l Ф2
● ●
x I=const
5.Потери мощности в выпрямительных агрегатах, из чего складываются, какой вид имеет функция ∆Pd (Id)?
6.Принцип устройства и работы протекторной защиты подземного сооружения.
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 14
Районы питания тяговой подстанции - что это такое? Как формируется полная схема питания и секционирования тяговой сети? Надежность СЭС - приведите примеры и показатели. Подберите исходные данные и определите методом характерных сечений графика движения токи линий секции с двусторонним питанием.
5.Как найти потери мощности и электроэнергии в положительных и отрицательных питающих линиях тяговой сети?
6.Определите минимальный ток короткого замыкания в секции контактной сети.
Ф1 lкз
●
Г
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 15
Как влияет СЭС ЭТ на окружающую среду и механические сооружения? Как найти сопротивление рельсовой сети? Безотказность СЭС – приведите определение и показатели Подберите исходные данные и получите зависимость Iл(t) методом непрерывного исследования графиков движения поездов. Приведите вольт - амперную характеристику полупроводникового вентиля – покажите на ней параметры вентиля, стандартные обозначения типов вентиля. Как определяют потенциальные диаграммы подземных сооружений?
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 16
Как влияет СЭС на первичную (внешнюю) систему и подвижной состав? Что является параметром секции тяговой сети и как его определить? Как нормируют качество электрической энергии на токоприемниках ЭПС?
4.Найдите условную точку токораздела при размещении нагрузки на секции с двусторонним питанием по показанной схеме. Решение приведите в символьной форме при значениях величин l=3 км, l1=0,5 км, l2=1 км, I1=.I2=200 A.
Ф1 l Ф2
● ●
l1 I1 I2 l2
5. Определение понятия –старение изоляции обмоток, экономический срок службы, моральный износ трансформаторов. Как выбрать мощность трансформатора?
6.Что такое электрическая коррозия подземного сооружения?
Электроснабжение ЭТ
Контрольное задание 17
Как принципиально устроена тепловая электрическая станция? В чем особенность КЭС и ТЭУ? Что представляет собой схема рельсовой сети? Как найти ее параметр (rpc). Если известны средний ток, вес и эксплуатационная скорость движения поезда, то как найти удельный расход энергии при напряжении в тяговой сети - Uc? Определить потери электрической энергии в секции тяговой сети с двусторонним питанием, при том что поезд потребляет ток, равный среднему, имеет вес G и движется с одинаковой скоростью V. Оценить, как влияет скорость на потери энергии.
Ф1 V l Ф2
● ●
x I0=const
Пусть r=0,2 Ом/км, I0=100 A, L=3 км, Uc≈0,55 кВ, vi=20 км/ч.
Что такое ампер-секундная характеристика провода? Что вы понимаете под длительным допустимым током провода? Электродренажная защита подземного сооружения, как устроена в принципе