Exam text content

DEE-11010 Sähköenergiajärjestelmät
Tentti 10.8.2015
Omia ohjelmoitavia laskimia saa käyttää. Tehtäväpaperi on palautettava

Alla oleva kuva 1. esittää kaavamaisesti 400 V:n kolmivaiheista pienjänniteverkkoa (50 Hz). Kuvassa on
järjestelmän vaihejohdot sekä johdon päässä olevan kolmivaihemuuntajan käämit kytkettynä tähteen.
Muuntajan tähtipiste on suoraan maadoitettu.

a) Mikä on jännitteen tehollisarvo kohdassa 1 (eli pienjännitejärjestelmän vaihejännite)? (1 p)

b) Mikä on jännitteen suurin hetkellisarvo kohdassa 1? (1 p)

c) Mikä on jännitteen aikakeskiarvo (useamman vaihtojännitteen jakson ajalta) kohdassa 1. (1 p)

d) Mikä on jännitteen tehollisarvo kohdassa 2? (1 p)

e) Mikä on jännitteen suurin hetkellisarvo kohdassa 2? (1 p)

e) kuinka suuri on kohtien 1 ja 2 jännitteiden välinen vaihesiirto? (1 p)

N X

[8]
53

 

 

A

Kuva 1.

Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:

a) Miksi Suomessa pienjännitejärjestelmä on suoraan maadoitettu? Mitä etua siitä on?(2 p.)

b) Mitkä ovat Suomessa kuluttajan turvaksi käytetyt tavallisimmat menetelmät, joilla estetään kuluttajan
joutuminen osaksi sähköistä virtapiiriä? (2 p.)

c) Mitä menetelmiä ja laitteita käytetään suurjänniteverkoissa ylijännitesuojaukseen? (2 p.)

Yksivaihejohdon loppupäässä oleva kuorma ottaa 10 A:n virran, joka on 45? jäljessä johdon loppupään
jännitteestä. Loppupään jännitteen U) suuruus on 200 V. Piirrä osoitinpiirrokset (erikseen kohdista a, b ja c),
joissa näkyy johdon alku- ja loppupään jänniteosoittimet U; ja U> sekä johdon impedanssin vaikutuksesta
johdolla syntyvän jännitehäviön osoitin Un seuraavissa tapauksissa

a) Johdon impedanssi on 42. (2 p.)

b) Johdon impedanssi on j40. (2 p.)

c) Johdon impedanssi on 42 + j40.. (2 p.)

Merkitse kuvien yhteyteen osoittimien U> ja Un suuruudet ja kulmat.

Huom: Piirrä osoittimet sen verran tarkasti, että niistä erottuvat oikeat suhteelliset pituudet ja kulmat (käytä
esim. mittakaavaa 1 ruutu on 40 V). Sotkuisista ja epämääräisistä kuvista ei tule pisteitä!

100 km mittaisen 110 kV:n siirtojohdon ominaisresistanssi ja reaktanssi vaihetta kohti ovat :=0,08 O/km ja
x= 0,24 O/km. Johdon kuormana on sen loppupäässä 40 MW pätötehoa ja 12 MVAr loistehoa. Johdon
lopussa pääjännite on 110 kV. Kuinka suuri on

a) kuorman näennäisteho (1 p.)

b) kuorman tehokerroin (1 p.)

c) johdolla kulkeva virta (1 p.)

d) johdolla syntyvät pätötehohäviöt (1 p.)

€) johdolla syntyvä jännitteenalenema vaihetta kohti (1 p.)

f) johdon alkupään pääjännite? (1 p.)

Jännitteenaleneman likiarvokaava: U,, = RIcosp + XIsinp

Huom! Tehtävä 5 on paperin kääntöpuolella!
Oheisen kuvan 2 mukaisesti yksivaihemuuntaja syöttää ohjattavaa tasasuuntaussiltaa, joka tuottaa
kokoaaltotasasuunnattua jännitettä. Yksivaihemuuntajan ensiöpuolella on 240 kierrosta ja toisiopuolella 120
kierrosta. Yksivaihemuuntajan ensiöpuolella vaihtojännitteen (50 Hz) tehollisarvo Ui on 240V.

a) Kuinka suuri on vaihtojännitteen tehollisarvo muuntajan toisiopuolella (jännite U2)? (1 p.)

b) kuinka suuri on vaihtojännitteen huippuarvo muuntajan toisiopuolella (jännite 142)? (1 p.)

c) Kuinka suuri on kuorman yli olevan jännitteen keskiarvo ohjauskulman ollessa 0* ? (1 p.)

d) Piirrä periaatekuva c-kohdan mukaisesta jännitteestä (20 ms ajalta). (1 p.)

e) Kuinka suuri on kuorman yli olevan jännitteen keskiarvo ohjauskulman ollessa 90% ? (1 p.)

f) Piirrä periaatekuva e-kohdan mukaisesta jännitteestä (20 ms ajalta). (1 p.)

Ohjatun kokoaaltotasasuuntauksen tapauksessa kuorman yli olevan jännitteen keskiarvo saadaan yhtälöstä
n

Uh me = 7! + cosa) , missä ti, on sillan saaman syöttöjännitteen huippuarvo ja aon ohjauskulma.

 

 

 

 

 

Kuva 2. Periaatekuva yksivaiheisen muuntajan syöttämästä ohjatusta tasasuuntaussillasta.