Пререквизиты данной дисциплины – «Релейная защита и

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ЭНИН
_____________Боровиков Ю.С.
«___»________________2011 г
Рабочая программа учебной дисциплины
ЭЛЕМЕНТЫ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 140400 «ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»
ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ – «Электрические станции»
СТЕПЕНЬ: Бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА – 2011 г.
КУРС – 4; семестр – 8
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ – 3
ПРЕРЕКВИЗИТЫ – «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических
систем»
КОРЕКВИЗИТЫ – «Релейная защита оборудования электростанций»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС
ЛЕКЦИИ
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ОБЩАЯ ТРУДОЕМКОСТЬ
18 час.
18 час.
12 час.
48 час.
48 час.
96 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ – очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ – зачет
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ – кафедра электроэнергетических
сетей и систем
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
к.т.н., доцент Ю.С. Боровиков
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП – директор ЭНИН; к.т.н., доцент Боровиков Ю.С.
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ – доцент кафедры ЭСиС Глазырин А.С.
2011 г.
1. Цели освоения дисциплины
Основной целью дисциплины является:
- формирование знаний о свойствах измерительных и преобразовательных устройств,
на основе информационной теории с представлением их характеристик в виде передаточных функций во временной и частотной области
Эти знания позволят выпускникам успешно решать задачи в профессиональной деятельности, связанной с проектированием, обслуживанием и эксплуатацией объектов электроэнергетики.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к профессиональному циклу вариативной части модуля «Электроэнергетика»; профиль – «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».
Указанная дисциплина является одной из профилирующих; имеет как самостоятельное значение, так и является базой для ряда специальных дисциплин.
Для успешного освоения дисциплины слушателю необходимо:
знать:
- виды повреждений и ненормальных режимов объектов энергосистемы на уровне их математического описания;
- принципы построения и функционирования конкретных основных типов устройств релейной защиты,
- принципы построения и функционирования устройств АПВ, АВР, АРН и АЧР.
уметь:
- выбрать и рассчитать устройства защиты и автоматики для отдельных элементов энергосистемы и
- проанализировать поведение устройств защиты и автоматики при возникновении аварийной ситуации в энергосистеме.
владеть:
- навыками работы с промышленными энергетическими программами;
- проектирования систем релейной защиты;
- навыками работы со справочной литературой и нормативно-техническими материалами.
Пререквизиты данной дисциплины – «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»
Кореквизиты – «Основы теории автоматического управления»
3. Результаты освоения дисциплины
Обучающиеся должны освоить дисциплину на уровне, позволяющем им рассчитывать
измерительные и преобразовательные устройства, на основе информационной теории.
В соответствии с поставленными целями в результате освоения дисциплины студент
должен:
знать:
- терминологию, основные понятия и определения;
- свойства объектов на уровне их математического описания с точки зрения конкретной задачи автоматического управления;
- принципы построения конкретных систем и устройств автоматического управления;
уметь:
- выбрать принципы построения и структуру исполнительных и измерительных каналов при решении задач регулирования и релейной защиты составных частей электроэнергетической системы
- использовать современные математические методы и прикладные программы для
расчета и проектирования элементов устройств автоматики электроэнергетической
системы.
владеть:
- навыками работы с современными программными продуктами позволяющими моделировать процессы происходящие в элементах автоматических устройств;
- навыками работы со справочной литературой, стандартами и другими нормативными материалами.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1. Общекультурные
– способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
– способность к письменной и устной коммуникации на государственном языке: умением логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь; готовностью к использованию одного из иностранных языков (ОК-2);
– готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3).
2. Профессиональные
–
готовность выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе
профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-3);
– способность и готовность анализировать научно-техническую информацию изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины (18 час.)
1. Введение (2 часа)
2.Измерительные преобразователи непрерывного действия (2 часа)
3. Измерительные преобразователи мощности (2 часа)
4. Специфические измерительные преобразователи (2 час.)
5. Измерительные преобразователи релейного действия (2 часа)
6. Элементы для выполнения логических операций (2 часа)
7. Аналоговые частотные фильтры (2 часа)
8. Усилительно-преобразовательные элементы (2 часа)
9 Частотные фильтры автоматических устройств (2 часа)
10. Элементы логической части и обработки цифровых каналов (4 часа)
4.2. Содержание практического раздела дисциплины
Тематика лабораторных работ и практических занятий (30 час.)
1. Исследование типовых схем на полупроводниковых элементах (выпрямительные
схемы и основные включения транзисторов) (4 час.).
2. Исследование операционных усилителей (4 час.).
3. Исследование типовых схем на операционных усилителях (простейшие интегрирующие и дифференцирующие цепи) (2 час.).
4. Преобразователь на интегральном таймере (2 час.).
5. Исследование трансформаторов напряжения (2 час.).
6. Интеграторы на операционных усилителях (2 час.).
7. Моделирование алгебраического сумматора на ОУ (2 час.).
8. Исследование типовых схем фильтров высокой частоты (4 час.).
9. Исследование типовых схем полосовых фильтров (4 час.).
10. Исследование типовых схем фильтров низкой частоты. (2 час.).
4.3 Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Таблица №1
Название разделов
Аудиторная работа (час.)
Практич.
занятия
Лекц.
Лаб. зан.
2
ЛБ 1
4 час.
2
1. Введение
2.Измерительные преобразователи непрерывного действия
3.
Измерительные
преобразователи
мощности
4. Специфические измерительные преобразователи
5. Измерительные преобразователи релейного действия
6. Элементы для выполнения логических
операций
7. Аналоговые частотные фильтры
СРС
(час.)
Итого
(час.)
4
10
ЛБ 2
4 час.
9
15
2
ЛБ 3
4 час.
4
10
2
ЛБ 4
4 час.
4
10
2
ЛБ 5
4 час.
4
10
2
ЛБ 6
4 час.
4
10
4
10
4
10
ЛБ 9
4 час.
4
10
ЛБ 10
2 час.
4
10
48
96
2
2
2
ЛБ 7
4 час.
ЛБ 8
4 час.
2
2
8.
Усилительно-преобразовательные
элементы
9. Частотные фильтры автоматических
устройств
10. Элементы логической части и обработки цифровых каналов
Всего по формам обучения
2
2
2
2
4
18
12
18
5. Образовательные технологии
В процессе обучения для достижения планируемых результатов освоения дисциплины используются следующие методы образовательных технологий:
 опережающая самостоятельная работа;
 методы IT;
 междисциплинарное обучение;
 проблемное обучение;
 обучение на основе опыта;
 исследовательский метод.
Для изучении дисциплины предусмотрены следующие формы организации учебного
процесса: лекции, лабораторные работы самостоятельная работа студентов, индивидуальные
и групповые консультации,
Специфика сочетания перечисленных методов и форм организации обучения отражена в матрице (табл. 2).
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Формы ОО
Лекц.
Лаб. зан.
СРС
Методы
Опережающая самостоятельная работа
X
Методы IT
X
X
Междисциплинарное обучение
X
Проблемное обучение
Обучение на основе опыта
Исследовательский метод
X
X
X
X
X
X
6. Организация и учебно-методическое обеспечение СР студентов
Самостоятельная работа является наиболее продуктивной формой образовательной и
познавательной деятельности студента в период обучения. Для реализации творческих способностей и более глубокого освоения дисциплины предусмотрены следующие виды самостоятельной работы: 1) текущая и 2) творческая проблемно-ориентированная.
6.1. Текущая самостоятельная работа, направленная на углубление и закрепление
знаний студента, развитие практических умений включает:
– работу с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуальному заданию;
– опережающую самостоятельную работу;
– изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
– подготовку к лабораторным работам;
– подготовку к контрольным работам, зачету.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
предусматривает:
– исследовательскую работу и участие в научных студенческих конференциях, и олимпиадах;
– поиск, анализ, структурирование и презентацию информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
6.3.1. С целью развития творческих навыков у студентов при изучении настоящей дисциплины определен перечень тем учебно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным задачам и вопросам теоретического и практического плана:
– Вывод угловой и токовой погрешности пассивных и активных измерительных преобразователей.
– Изучение конкретных технических исполнений устройств для измерительного преобразования реактивной и активной мощности.
– Изучение булевой алгебры используемой для логических элементов.
– Изучение наиболее распространенных схем цифровых фильтров.
6.3.2.Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
– Измерительные преобразователи изменений частоты синусоидальных напряжений и
токов в изменения фазы, амплитуды.
– Формирователи ортогональных и симметричных трехфазных систем электрических
величин.
6.4. Контроль самостоятельной работы студентов
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных модулей
дисциплины осуществляется посредством:
– защиты лабораторных работ в соответствии графиком выполнения;
– защиты рефератов по выполненным обзорным работам и проведенным исследованиям;
– результатов ответов на контрольные вопросы (вопросы предоставляются в электронной форме);
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной деятельности.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
При выполнении самостоятельной работы студенты имеют возможность пользоваться специализированными источниками, учебно-методическими материалами (представлены
в разделе 9).
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных модулей разработаны и используются следующие средства:
– список контрольных вопросов по отдельным темам и разделам (приведен в приложении 1);
– перечень тем научно-исследовательских работ и рефератов по наиболее проблемным
задачам и вопросам теоретического и практического плана изучаемой дисциплины (представлены в п. 6.3);
– методические указания к лабораторным работам и отчеты по результатам их выполнения;
Для промежуточной аттестации подготовлен комплект билетов – 40 шт.; билеты содержат два теоретических вопроса.
1.
2.
3.
4.
8.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная
Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учебник для вузов. В 2-х кн. Кн. 1. – 3-е изд., перераб. И доп.-М.:Энергоатомиздат, 1995. – 256 с.
Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем: Учебник для вузов. В 2-х кн. Кн. 2. – 3-е изд., перераб. И доп.-М.:Энергоатомиздат, 1995. – 272 с.
Дорогунцев В.Г., Овчаренко Н.И. Элементы автоматических устройств энергосистем.
– 2-е изд., перераб и доп. М.:Энергия, 1979. Фабрикант В.Л., Паперно Л.Б. Элементы устройств релейной защиты и автоматики
энергосистем. М.:Высшая школа, 1984.
Дополнительная
1. Автоматика электроэнергетических систем / О.П. Алексеев, В.Е. Казанский, В.Л. Козис и др.; Под ред. В.Л. Козиса, Н.И. Овчаренко. М.:Энергоиздат, 1981.
2. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретические основы информационной
техники. – 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергия, 1979. –
3. Овчаренко Н.И. Полупроводниковые элементы автоматических устройств энергосистем. М.:Энергоиздат, 1981. –
4. Овчаренко Н.И. Аналоговые и цифровые элементы автоматических устройств энергосистем. М.:Энергоатомиздат, 1989. –
5. Каган Е.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. М.:Энергоатомиздат, 1987. –
6. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры: Расчет и реализация: Пер. с англ./ Под ред.
И.Н. Теплюка. М.:Мир, 1978. –
7. Применение ЭВМ для автоматизации технологических процессов в энергетике / Под
ред. В.А. Семенова. М.:Энергоатомиздат, 1983. –
8. Микропроцессоры в энергетике / О.И. Башнин, В.В. Буевич, В.Е. Каштелян и др.
М.:Наука, 1982. –
9. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер.
с нем. – М.:Мир, 1982. – 512 с.
10. Быстродействующие преобразователи параметров режима электрических сетей / В.Г.
Киракосов, Я.Н. Лугинский, А.Н. Новаковский и др. М.:Энергоатомиздат, 1986. –
11. Казанский
В.Е.
Измерительные
преобразователи
релейной
защиты.
М.:Энергоатомиздат, 1988. –
12. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. М.:Радио и связь, 1984. –
13. Лысенко Е.В. Функциональные элементы релейных устройств на интегральных микросхемах. 2-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1990. 14. Сирота И.М. Трансформаторы и фильтры напряжения и тока нулевой последовательности. Киев: Наукова думка, 1983. – 268 с.
15. Барзам А.Б., Пояркова Т.М. Лабораторные работы по релейной защите и автоматике.
Учеб. пособие для техникумов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:Энергоатомиздат, 1984.
– 256 с.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
– лабораторные работы проводятся в специализированных учебных лабораториях; компьютеры подключены к сети учебного корпуса ЭНИН с выходом в Internet.
– лекции читаются в учебных аудиториях с использованием технических средств; материал лекций представлен в виде презентаций в Power Point.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» подготовки бакалавров; профиль: «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем.
Программа одобрена на заседании кафедры «Электроэнергетических сетей и систем».
(протокол № __ от «__» ______ 2010 г.)
Автор _____________ А.С. Глазырин, к.т.н., доцент кафедры ЭСиС.
Рецензент __________________ А.В. Шмойлов, к.т.н., доцент кафедры ЭСиС.
Приложение 1
Примеры вопросов текущего контроля
Задача 1
Для схемы, представленной на рис. 1, построить в масштабе осциллограммы входного
и выходного напряжений. На вход подаётся гармонический сигнал с амплитудой Um=2 В и
частотой f=1 кГц. Резисторы на схеме имеют следующие значения сопротивлений: R1=10
кОм, Rос=20 кОм, Rн=20 кОм. Коэффициент деления сопротивления потенциометра составляет α=0,1.
Rос
DA1
Uвх
R1

Uвых
Rн
NC
NC
+U
-U
a Uвых
Рис. 1. Схема усилителя с регулируемым коэффициентом усиления
Задача 2
Для схемы, представленной на рис. 1, построить в масштабе осциллограммы входного
и выходного напряжений. На вход подаётся симметричный знакомеременный прямоугольный сигнал (меандр) с амплитудой Um=3 В и частотой f=500 Гц. Пассивные компоненты на
схеме имеют следующие значения параметров: R1=10 кОм, Rос=20 кОм, Cос=0,05 мкФ,
Rн=20 кОм. Коэффициент деления сопротивления потенциометра составляет α=0,1.
Rос
Cос
DA1
Uвх
R1

Uвых
Rн
+U
-U
NC
NC
a Uвых
Рис. 1. Схема ПИ-регулятора с регулируемым коэффициентом усиления
Задача 3
Для схемы, представленной на рис. 1, вывести передаточную функцию и определить
величину выходного напряжения. Входные сигналы имеют следующие значения амплитуд:
U1 = 2 В, U2 = –1 В, U3 = – 0,5 В, U4 = 0,5 В, U5 = – 1,5 В. Коэффициент кратности сопротивлений m = 4.
U1
R
U2
2R
U3
3R
U4
R
U5
mR
mR
DA1

+U
-U
Uвых
NC
NC
mR
Рис. 1. Схема суммирования и вычитания для пяти входных сигналов.
Приложение 2
Примеры вопросов итогового контроля
Билет №1
1.
2.
Фильтр нулевой последовательности.
Фазоповоротные элементы.
Приложение 3
Билет №3
1. Дифференцирующий усилитель. Пояснить назначение, привести схему, вывести
передаточную функцию. Рассмотреть работу схемы при подаче на вход треугольных импульсов.
2. Амплитудный режим фазового детектора. Пояснить назначение, привести схему и
регулировочную характеристику, описать работу этого элемента систем автоматики.
3. Задача.