Exam text content

 

Tampereen teknillinen yliopisto 1(4)
Sähköenergiatekniikka
Kari Kannus

SVT-4400 Suurjännitetekniikka 2
Tentti 10.5.2011

EI KIRJALLISUUTTA. Oman laskimen käyttö sallittu. Kirjoittakaa vastaukset
selvällä — käsialalla. | Merkitkää — jokaiseen — vastauspaperiin — nimenne — ja
opiskelijanumeronne. Tentin maksimipistemäärä on 60 p. ja läpäisyraja on 24 p.
Kiitettävän (5) saa 51-60 pisteellä.

Vastausintoa ja hyvää kevättä kaikille!

1. Mitä tapahtuu syöksyjänniteaallon (kulkuaallon) amplitudille, kun se kohtaa
a) avoimen johdon pään
b) lineaarisen resistanssin, jonka suuruus on sama kuin johdon
aaltoimpedanssi
€) rinnakkaiskapasitanssin

(3P)

2. Selvitä lyhyesti seuraavien suurjännitetekniikkaan liittyvien käsitteiden merkitys

a) Ferranti -ilmiö (1 p.)

b) salaman kerrannaisuus (2 p.)

c) 3/0 testi (1 p.)

4) kippivärähtely (2 p.)

e) ukkosjohtimien reduktiokerroin (1 p.)

% Salaman = isku aiheuttaa sähköverkkoon = erisuuruisia ja = erimuotoisia
syöksyjänniterasituksia riippuen iskukohteesta. Millä eri tavoilla sähköverkkoon
voi muodostua salaman aiheuttamia syöksyjännitteitä? (3 p.)

4. Miksi pitkillä eristinketjuilla ja sauvaeristimillä käytetään ns. suojasarvia (joko
eristimen kummassakin päässä tai vain toisessa päässä)? (3 p.)

5. Mitkä ovat suojakipinävälien haitat ja edut verrattuna venttiilisuojiin
sähköverkkojen ukkossuojina ? (5 p.)

6. Luettele kuristimien viisi eri käyttötarkoitusta suurjänniteverkoissa. (4p.)
 

a)

b)
o)

2

Olet saanut tehtäväksi hankkia yhtiönne sammutettuun keskijänniteverkkoon
uusia metallioksidiylijännitesuojia (vaihe-maa-suojia). Olet selvittänyt, että pisin
mahdollinen yhteen häiriötapahtumaan liittyvä maasulun kokonaiskestoaika
verkossanne on 20 s ja suurin verkossa käytettävä pääjännite on 22,5 kV.
Määritä oheisen TOV-käyrän avulla valittavalle suojatyypille sopiva suurimman
sallitun jatkuvan käyttötaajuisen jännitteen arvo (U) yhden kilovoltin tarkkuudella.
(GP)
Mikä olisi sopiva nimellispurkausvirran (In) arvo suojalle? (1 p.)
Mikä olisi riittävän hyvä suojan suojaustaso (eli max jäännösjännite suojan yli
nimellispurkausvirralla)? (1 p.)

Huom! Kuvassa oleva pystyakselin suure on Urov/ U, , eikä U, / U, kuten
alkuperäisestä suojaesitteen kuvasta ensisilmäyksellä voisi lukea.
(Opetus: Manuaalien käyrästöjä täytyy tutkia kriittisesti ennen niiden käyttämistä!)

2)
b)
e)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U JUc
Power freguency voltage versus 1.50
time characteristic [ TI
1.45
The curve opposite shows the time for 1.40
which an arrester can withstand power — 1 =
freguency temporary overvoltages (TOV) — j 35 n |
without suffering any damage. ”
1.30 fi L
1.25 - |
1.20 4
1.15 i E
1.10 | -.
— 2t60"C. väithout prior energy 1.05 | |
” at 60*C. pius 100 kA, 4/10 us :
oN et 1.00 JA JU 11
0.1 1 10 100 1000 10000 — 100000 sec
Urov/U:

Suurjännitekondensaattorielementin valmistukseen on käytettävissä 50 metriä
alumiinifoliota (paksuus 5 um, leveys 31 cm) ja 100 metriä polypropyleenikalvoa
(paksuus 13 um, leveys 31 cm). Päällekkäisistä folioista ja eristyskalvoista
käämitään rulla, joka sitten litistetään käämielementiksi. Riittävän jännitelujuuden
varmistamiseksi eristyksessä käytetään kahta päällekkäistä polypropyleenikalvoa.
Polypropyleenin ja käytettävän kyllästysnesteen suhteellinen permittiviteetti on
2,2. Mikä tulee olemaan kondensaattorielementin kapasitanssi ?
(Tyhjön permittiviteetti on 8.85 x 10? As/Vm). (4p)

Tee lyhyesti selkoa, kuinka tyypillisessä suurjännitekondensaattorissa
huolehditaan siitä, että

kondensaattoriin ei jää vaarallista varausta irtikytkennän jälkeen

kondensaattori säilyy toimintakuntoisena, vaikka yksi käämielementti vikaantuu
kondensaattorin eristysrakenteisiin ei jää vettä heikentämään jännitelujuutta
eristyskalvojen impregnointi tapahtuu hyvin.

(4p))
 

 

10.

11.

3
Tee selkoa tyypillisen nykyaikaisen suurjännitekaapelin rakenteesta ja
materiaaleista. (7p.)

Oheisen kuvan mukaisen 3-portaisen 300 kV syöksyjännitegeneraattorin ja siihen
liitetyn jännitejakajan komponenttiarvot ovat:

Generaattorin syöksykapasitanssi — 500 nF / porras
Jännitejakajan kapasitanssi 1 nF
Latausvastus 9,6 kO/ porras

Käytettävissä on erilaisia sisäisiä vaimennusvastuksia: 59,100,20 0,300,
50 0 tai 70 0. / porras

Käytettävissä on myös erilaisia purkausvastuksia: 100, 140 02, 180 2, 220 0
tai 260 0. / porras

(Kulloinkin käytettävässä generaattorikytkennässä tulee sisäisten
vaimennusvastusten olla keskenään samansuuruisia ja vastaavasti
purkausvastusten keskenään samansuuruisia.)

VALITSE generaattorille sopivat vaimennus- ja purkausvastukset siten, että

koestettavana olevalle kondensaattorille (kapasitanssi 3 nF) saadaan muodostettua
TEC-standardin mukainen salamasyöksyjännitepulssi. (Esitä valintasi perustana
olevat laskutoimitukset !) (6 p.)

Standardimuotoisen salamasyöksyjännitepulssin aikaparametrien likiarvokaavat ovat:

1, =3R;

C,6,
€, +C,

 

T, 2 0,7R/(C, +C,)

Marxin generaattori:

Koe-
Pkoppote

 

 

 

 

Yksiportainen sijaiskytkentä :

F L

a

 

   
 

 

 

 

 
 

12. a) Mitä eri eristysmateriaaleja käytetään suurjännite-eristimien valmistuksessa?
OP) i
b) Mikä on aktiivinen eristin? (1 p.)

13. 24 kV verkon avojohtolähdön päässä olevaa jakelumuuntajaa lähestyy johdolta
syöksyaalto, jonka virran jyrkkyys on 5 kA/us ja tätä vastaava jänniteaallon
jyrkkyys on 2000 kV/us. Muuntajan suojaksi on asennettu venttiilisuojat, joiden
jäännösjännite em. syöksyaallolla on 75 kV. Suojat on sijoitettu (roikkumaan
vaihejohtimista) 3 metrin etäisyydelle muuntajasta yhden metrin mittaisilla
liitäntäjohdoilla. Suojien alaelektrodit on yhdistetty muuntajan rungon
maadoitukseen 4 metrin mittaisilla maadoitusjohtimilla. Liitäntä- ja
maadoitusjohtimien induktanssi on 1 uH/m. Kuinka suuri jänniterasitus
kohdistuu muuntajaan em. syöksyaallolla? Onko suojaus mielestäsi riittävän
hyvä (perustele), kun tiedetään, että muuntajan syöksyjännitelujuus on testattu
TEC-standardin mukaisella, Suomessa yleisesti käytettävällä koejännitteellä?
(EP)