Exam text content

DEE-23060 Suurjännitetekniikka

Tentti 17.12.2018 Kirsi Nousiainen

Omaa, ohjelmoitavaa laskinta saa käyttää.

Hyväksyttyyn tulokseen vaaditaan vähintään 2 pistettä vähintään neljästä eri tehtävästä
sekä yhteensä vähintään 12 pistettä.

   

lyhyesti Townsendin mekanismin kulku sekä selitä ne fysikaaliset ilmiöt, joiden voimakkuutta
t Townsendin ensimmäinen ja toinen ionisaatiokerroin. (3 p.)

losta, millaisella koejärjestelyllä voit selvittää Townsendin ensimmäisen ja toisen
jonisaatiokertoimen. Perustele vastauksesi sopivilla yhtälöillä ja matemaattisilla tarkasteluilla. (3 p.)

 

4) Selitä, mitä eristeen ominaisuuksia ja eristeessä tapahtuvia ilmiöitä kuvaa eristeen permittiviteetti. Selitä
myös, miksi suhteellinen permittiviteetti on kompleksiluku ja mitä sen reaali- ja imaginaariosa kuvaavat.
(3)

b) Esitä esimerkkejä (kuvia, laskelmia) siitä, miten eristysmateriaalien permittiviteetti vaikuttaa
useammasta materiaalista koostuvan eristysrakenteen jänniterasituksen jakautumiseen ja eristeissä
esiintyvään sähkökentänvoimakkuuteen. (3 Pp.)

Tarkastellaan kahdesta eri materiaalista (sisäkkäin) valmistettua lieriöeristysrakennetta, jossa
sisäelektrodin säde rs on 12 mm ja ulkosäde 7, on 36 mm. Eristekerrosten paksuudet on valittu siten,
että koko eristysvälin yli vaikuttava jännite jakautuu tasan näiden kahden eri kerroksen yli.
Eristysmateriaalien suhteelliset permittiviteetit ovat 4,2 ja 2,4.

a) Millä säteen arvolla eristysmateriaali vaihtuu toiseen? (3 p.)

b) Kuinka suuri on suurin eristerakenteessa vaikuttava hetkellinen kentänvoimakkuus, jos koko
eristysrakenteen yli vaikuttaa 80 kV:n vaihtojännite? (3 p.)

22 mm pituisen tasoelektrodivälin kumpaankin elektrodiin (pinta-ala 10 cm?) on kiinnitetty 10 mm
paksuinen eristekerros (kummassakin elektrodissa samasta materiaalista, e:=4). Eristeiden väliin
jäävässä 2 mm tilassa on SF6-kaasua normaalipaineessa.

a) Millä koko rakenteen yli olevan jännitteen tehollisarvolla alkavat kaasuvälissä osittaispurkaukset
rakenteen yli olevaa vaihtojännitettä (50 Hz) nostettaessa? (3 p.)

b) Osoita graafisesti tai laskelmin, mikä on osittaispurkausten toistumistaajuus jatkuvassa tilassa, kun
koko eristerakenteen yli vaikuttaa n. 10 kV:n suurempi vaihtojännite kuin a-kohdan tuloksena saatu
jännite. Jäännösjännite purkausten jälkeen oletetaan nollaksi. (3 p)

a) Selosta lyhyesti tehomuuntajan Öljypaperieristyksen tärkein vanhenemismekanismi. Mitkä
ominaisuudet eristyksen vanhentuessa muuttuvat? Kerro myös, mitkä seikat ja miten vaikuttavat
vanhenemista kiihdyttävästi. (3 p.)

b) Selosta lyhyesti metallioksidisuojan toimintaperiaate. Kerro myös, mitä seikkoja on otettava
huomioon, kun valitaan metallioksidisuojan tärkeimpiä nimellisarvoja. (3 p.)

Ohessa on liite, jossa on opintojaksoon sisältöön liittyvä yhtälöitä sekä Paschen-käyrät ilmalle ja SF6-
kaasulle.
DEE-23060 Suurjännitetekniikka Kaavakokoelma

Y=[D-u,d4=|p,d/=0 Oy =[E-ud4="

A y M; €
OF. | OF, | GE. p. v.rPt v-D=p,
Ox ö Oz € €
D=gE E=8'-je"=g/-5
VxE=0

ed Bp/E

isi a= Ape”

oyleton Dp
Oo = 0ErCoU? Pa = 08; tanö CoV?

Normaalijakauman summafunktio:

1 f 1 =
FU)= 57 | [39 e =003) , missä = ja s s0 Ur

Normaalijakautuneella suureella todennäköisyyttä p vastaava arvo voidaan arvioida keskiarvosta ja
hajonnasta s oheisen taulukon avulla.

Up= Uswi-ks
pl% 50 16 10 1 0.1
k 0 1 1,3 23 3,3

 

ö
X—
Weibull-jakauman kertymäfunktio: P-(x)=1- ev|- 2 ] | hans >x,

 

n
U sos = (380+150k)d kV dj=L0w"
50%.LI E 0,961 -(0,74+ 0,26 -4)530 [d]=m
Usmust = k: = KW tai U sisi k-500 d'* KV,

d

1,050
= 2,174-| exp a |]
dsi E os) ]

missä Ue on tilastollinen 2% todennäköisyydellä esiintyvä ylijännite

exp(x) =e"

0,83
U
7 sos ac 11*U sön d4c=1,64-| expl —— "= —00|01
U 509. 4c 50%,S1 ac | i)
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10"! L l L.

 

 

 

 

 

 

1092 5 10922 5 jo42 5 002 5 012 5 j02

10! 109 10! 10? 103 104

Paschen käyrä ilmalle.

103 bar-mm

105 Pa-m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

al 1! U

107!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

103 2 —5 10722 —5 1012 5 1092 5 1012 5 j0?2
107! 109 10! 10? 105 10*

Paschen käyrä SF6-kaasulle.

10? bar -mm
105 Pa -m