Exam text content

1/3

EE.EES.410 Sähkövoimajärjestelmän säätö ja käyttö J. Bastman
Tampereen yliopisto Tentti 8.9.2022
Tentissä saa käyttää ohjelmoitavaa laskinta. Opiskelija saa viedä paperin. Tehtävästä yksi saa 8 pistettä ja
muista 6 p.

1) Vastaa seuraaviin kysymyksiin
a) Mitä tarkoitetaan voimalaitoksen hitausvakiolla? Kuinka suuria hitausvakiot yleensä ovat?
b) Miksi siirtoverkossa tarvitaan loistehoreservejä ja miten Fingrid niitä ylläpitää?
c) Mitä tarkoitetaan distanssisuojauksen käsitteellä sivusyöttö ja mitä haittaa siitä on?
d) Miksi distanssisuojauksen yhteydessä tarvitaan viestiyhteys sähköasemien välille?

2) Sarjakompensoinnin toteutus, edut ja haitat

3) Alueiden A ja B välillä on kuvan 1 mukaisesti 4 johtoa. Johtojen pituus on 200 km ja reak-
tanssi 0.3 O/km. Johdot kestävät +30* lämpötilassa virtaa 2800 A. Alku- ja loppupään jännit-
teiden oletetaan pysyvän koko ajan vakiona arvossa 400 kV.

a) Laske johtojen terminen rajateho

b) Laske alueelle B siirrettävissä oleva teho, kun tehokulma saa olla korkeintaan 40"

c) Laske kuinka suuri siirtokyky alueiden välillä (suuntaan A — B) on teoriassa, jos noudate-
taan (N-1) —periaatetta ja varmuusmarginaali olisi 100 MW.

d) Onko siirtokyky suuntaan B — A yhtä iso kuin c-kohdassa?

e) Mitkä tekijät muuttaisivat todellisuudessa b kohdan vastausta?

 

Kuva 1.

4) Generaattori syöttää kuvan 2 mukaisesti muuntajan ja johdon kautta jäykkään verkkoon
pätötehon 1.8 pu tehokertoimella cosp = 0.9ind. Generaattorin muutostilan tahtireaktanssi x'a
= 0.14, muuntajan reaktanssi 0.04 ja johdon reaktanssi 0.02 pu. Asemalla B tapahtuu vika-
vastukseton 3-vaiheinen oikosulku, joka poistuu itsestään tehokulmaa 8 = 100* vastaavalla
ajanhetkellä. Tarkastele pinta-alakriteerion avulla, onko tilanne stabiili? Häviöitä ei oteta
huomioon.

A B c

Jäykkä verkko
p=1.8pu
Cosp = 0.9ind
u=1.0pu

 

Kuva 2. käännä sivua
5) Kaksi generaattoria toimii rinnakkain 50 Hz verkossa. Generaattoreiden nimellistehot, statii-
kat ja pätötehot ovat:
Sn = 80 MVA, Ri =4% ja Pi=50 MW
Sn = 50 MVA, R2=5% ja P2o=25 MW

Oletetaan, että kuormituksella ei ole taajuusriippuvuutta ja kuormitus kasvaa äkillisesti 30 MW.
a) Laske taajuuden pysyvän tilan arvo kuormitusmuutoksen jälkeen
b) Laske generaattoreiden uudet pätötehot

 
3/3

Keskipitkän johdon n-sijaiskytkennän siirtovakiot

ZY

1+£=
73] [4 a][7.] | <=. % |[v,
1,| e ol |1, 1/2] 21

Tehonsiirron yhtälöt siirtovakioiden 4= 4/a, B=B/fB ja D=DZa avulla ilmaistuna. Kulma
ö on alku- ja loppupään jännitteiden välinen kulma s.e. Vs= Vs /ö5 ja Vr= Vr /0*.

 

 

 

 

 

Alkupään tehoille Loppupään tehoille
"i v cos(B- 0-PlPA n P= 0 ö)- < 7| cos(8-0)
o. Jali sin(B-0)- j lina s0-0-|A v,| sin(8-0)

 

Symmetristen komponenttien muunnokset abc => 120 ja 120 => abc

 

Va 1 a II, Pj ajt 1 11]ka
1

Vg [=3]! a allV, V,|=|a? & 11/V,,

14 11 11|% Va ja & 111Va

1-vaiheisen vikavirran lauseke on alla. Ea on a-vaiheen Thevenin jännite ja Ia1, Ia2 ja Iao ovat
myötä-, vasta- ja nollaverkon virrat a-vaiheessa. Z1, Z2, Zo ovat myötä-, vasta- ja nollaverkon
impedanssit ja Z' on vikaimpedanssi.

E 3E
Iu=lotlutss>> vikavirta 1=31,=-+->
TTT Z2,+2,+2,+3Z TZ 4Z,+2,43Z

Kompensointiaste kuvaa prosentteina, kuinka paljonko johdon induktanssi tai kapasitanssi piene-
nee kompensoinnin vaikutuksesta. Sarjakompensoinnissa 80 %:in kompensointiaste kertoo johdon
induktanssin L olevan kompensoinnin jälkeen 0.2*L.

Heilahteluyhtälö, &, = tahtikulmanopeus, H = hitausvakio s
2H 25
o 8

pu — ppu
m N

 

Kineettinen energia, Sn = koneen nimellisteho

W, = 1 jo toisaalta H = Passi
2 S,