Exam text content

MW

DEE-23060 Suurjännitetekniikka

Tentti 6.5.2015 Kirsi Nousiainen

Omaa, ohjelmoitavaa laskinta saa käyttää.

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

Anodille tulevan virran on Townsend-tyypisessä purkauksessa todettu noudattavan yhtälöä

a

= ;
2 a yleo1) (01)

ja kertoimelle a pätee ! = AP* e 2)

a) Kerro pääpiirteissään, mistä lähtöoletuksista saat johdettua yhtälön läpilyöntijännitteelle Townsend-
tyyppisessä läpilyönnissä? (ei tarvitse johtaa) (2 p.)

b) Eräässä koejärjestelyssä tutkittiin Townsend-mekanismilla tapahtuvaa läpilyöntiä. Säädettävän
testielektrodivälin sisältävässä kaasusäiliössä oli ilmaa 10 kPa paineessa. Elektrodien välin ollessa 1
cm tapahtui elektrodivälissä läpilyönti 5 kV:n jännitteellä. Laske, mikä olisi läpilyöntijännite samalla
paineella samassa elektrodivälissä, kun elektrodien etäisyydeksi säädetään 2 cm. Ilmalle kertoimet A ja
B ovat 4=11,3 Pa'm" ja B=275 V: Pa'm".(4 p.)

(Huom! Pisteet tulevat laskutoimituksesia, ei pelkästä tuloksesta, vaikka se olisi oikeinkin.)

a) Selosta lyhyesti fysikaaliset ilmiöt, joiden voimakkuutta edellä olevassa yhtälössä (1) esiintyvät
kertoimet a ja y kuvaavat. (2 p.)

b) Selosta, missä olosuhteissa ilmaeristysvälin läpilyönti voi tapahtua puhtaalla Townsend-'
mekanismilla? Milloin läpilyöntimekanismi eroaa Townsend-läpilyönnistä ja miksi? (3 p.)

c) Miten elektrodien napaisuus vaikuttaa ilmaelektrodivälin läpilyöntijännitteen suuruuteen puhtaassa
Townsend-tyyppisessä läpilyönnissä? (1 p.)

Tarkastellaan normaalipaineiseen SFs-kaasuun suljettua, kahdesta eri materiaalista (sisäkkäin)
valmistettua lieriöeristysrakennetta, jossa sisäelektrodin säde 75 on 10 mm ja ulkosäde r, on 32 mm.
Eristekerrosten paksuudet on valittu siten, että koko eristysvälin yli vaikuttava jännite jakautuu näiden
kahden eri kerroksen yli suunnilleen tasan. Eristysmateriaalien suhteelliset permittiviteetit ovat 4 ja
2,25. Eristysrakenteen valmistusvaiheessa eristekerrosten rajalle on johonkin kohtaan jäänyt pieni
litteä SFs-Kaasun täyttämä rako. Oletetaan kaasuraon paksuudeksi n. 0,2 mm ja raon sisältävän SF6-
kaasua normaalipaineessa.

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

b) Arvioi, millä koko eristysrakenteen yli olevan vaihtojännitteen tehollisarvolla alkavat jännitettä
nostettaessa osittaispurkaukset tässä kaasuraossa? Laita näkyviin laskutoimitukset, joilla päädyit
arvioosi. (3 p.)

a) Selosta, miten permittiviteetti kuvaa eristeen ominaisuuksia ja käyttäytymistä sähkökentässä. Mihin
eristerakenteissa tapahtuviin ilmiöihin permittiviteetti liittyy ja miten? (3 P:)

b) Selosta millaisilla laitteistoilla voidaan mitata tanö, mitä tanö arvo ilmaisee ja mihin ko. mittausta
voidaan käyttää? (3 p.)

Purjeveneen reitillä on alitettava 220 kV:n johto, jonka johtimien lyhin etäisyys purjeveneen mastosta
on 3 m. Ylilyöntijännitteen voi olettaa olevan normaalijakautunut ja hajonta on 8%. Tarkasteltavan
johdin-masto-elektrodirakenteen muotokerroin k=1,6. (3 Pp)

a) Kuinka suuri on johto-masto-välin 0,1 % läpilyöntitodennäköisyyttä vastaava jännite?

b) Selosta mistä seikoista, miten ja miksi riippuu pitkän ilmavälin (useita metrejä) läpilyöntijännite. (3
p)

Tehtäväpaperin kääntöpuolella on ja normaalijakauman todennäköisyyspaperi.
Ohessa on myös toinen paperi, jossa on opintojaksoon sisältöön liittyvä yhtälöitä ja Paschen-käyrät
ilmalle ja SFe-kaasulle.
 

99.90

   

     
       
     
  

  

 

 

    

   
   
  

 

  
  
 

Normaalijakauman todennäköisyyspaperi.

 

+ TOON KWOSofat Bus Dojneusy — 0dd1 Saucfy Aponaos Jouuon

VAOOÄOI YKOPPA 46619 OLKOVOEET] 1OSYOSO PA WAW
 

 

Opintojaksoon DEE-23060 liittyviä yhtälöitä. Kääntöpuolella on Paschen-käyrät ilmalle ja SFs-kaasulle.

v =[D-n,d4=[pdV=0
A V

 

a 05 GP va PE 1,

Ox & G E

Det E —&'-je"=s/=&

VYxE=0

ad
=== € -Bpl/E
isi a= Ape
-ylet! -1 a

0 0e,CoU* Pa = &&; tanö oon

Normaalijakauman summafunktio:
1 1 1 2 U-U so N

FU)-= |ow -37 ja-00 == Un Un

27 , missä = ja

Normaalijakautuneella suureella todennäköisyyttä p vastaava arvo voidaan arvioida keskiarvosta ja
hajonnasta s oheisen taulukon avulla.
U,= Uso-ks

 

pl% 50 16 10 1 0,1

k 0 1 19 2.3 33
U sonasr = (380+150k)A KV s

= 1 0,961-(0,74+0,26-k)530 m
U sous = k W kV tai U s0,5i= k-500 d** KV,
; 1+3
1,0
dg = 2174 E) - 1|
0.922-k-1080 : a

missä Uo on tilastollinen 2% todennäköisyydellä esiintyvä ylijännite

0,83
U
s UN dc=164|expl ————"—7.i-1
= = = ei) |
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1032
1071

5 1922 5 1012
109 10!

Paschen käyrä ilmalle.

5 1992
10?

5 (11?
103

5 10?

10*

103 bar-mm

105 Pa:m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

105

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1075 2
107!

5 107? 2 058 2
109 10!

Paschen käyrä SF-kaasulle.

5 1992
10?

5 10! 2
103

5

10?
104

103 bar -mm
105 Pa -m