Exam text content

DEE-23060 Suurjännitetekniikka

Tentti 15.12.2017 Kirsi Nousiainen
Omaa, ohjelmoitavaa laskinta saa käyttää
Hyväksyttyyn tulokseen vaaditaan vähintään 2 pistettä vähintään neljästä eri tehtävästä
sekä yhteensä vähintään 12 pistettä.

 

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

b) Selosta, millaisella koejärjestelyllä voit selvit Townsendin ensimmäisen ja toisen
ionisaatiokertoimen. Perustele vastauksesi sopivilla yhtälöillä ja matemaattisilla tarkasteluilla. (3 p.)

 

Selosta lyhyesti epähomogeenisen ilmaeristysvälin mahdolliset purkaus- ja läpilyöntimekanismit. Kerro
myös, mitkä tekijät vaikuttavat läpilyöntijännitteen suuruuteen. Jäsentele vastauksesi esim. taulukon
muotoon. (6 p.)

Huom! Vastauksen selkeys vaikuttaa tehtävän pisteytykseen. Ei siis mitään tajunnanvirtaa tähän!

SFg-kaasueristeisen lieriörakenteen sisäsäde on 16 mm ja ulkosäde 36 mm. Sisälieriön pinnalle on
jännitelujuuden parantamiseksi lisätty 4 mm paksuinen muovieristekerros (e.=3). Kaasun paine on 125
kPa. Kuinka suuri jännite (tehollisarvo) saa koko eristysrakenteen yli enintään olla, ettei kaasulle sallittu
kriittinen kentänvoimakkuus ylity? (6 p.)

25 mm pituisen tasoelektrodivälin kumpaankin elektrodiin (pinta-ala 10 cm?) on kiinnitetty 10 mm
paksuinen eristekerros (kummassakin elektrodissa samasta materiaalista, e:=4). Eristeiden väliin
jäävässä S mm tilassa on SFe-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 nimellisarvoja. (3 p.)

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

o

P=[D-n,d4=[p,dV=0 $, =|E-u,d4=
4 v a 7 €
Ex | OF, OE. Py

+ 9B: Pr v.g-P V-D=p,
Ox Oy Oz € €

 

D=gE p — jae" =g/-ö
VxE=0

et! Bn/E
= a=Ape *
Oc= 08: CoU? Pg = w&; tanö Co v?

Normaalijakauman summafunktio:

. 1 =
F(U)= m7leol5n Jaro), missä 2-0 Vso ja s=Uso Uin

s

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

 

Up= Uso-ks
pl% 50 16 10 1 0,1
k 0 1 1,3 2,3 3,3
XX, ;
Weibull-jakauman kertymäfunktio: P(x) =1- ov|- ( 2 ] | kunx > x,
Usma1s=(380+150W)d kV dj=0Lj0c4
II " 0961-(0,74+0.26-0530 | [= m
U 500,81 = k" = kV tai U 50005i= 500 d ** KV,
1+g
1,05
dsi= 2174 a] — ]
0.922-k-1080) |. myö)

missä U on tilastollinen 2% todennäköisyydellä esiintyvä ylijännite

0,83
. U
O 504.40 12! U 50%, d4c=1,64| exp ———"1—11"-1
”miae - «e 750-/3-0.91-k(1,35—0,356))
a -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107!
1032 51022 51042 5 1092 5 1912 5 j02 103 bar:mm -

dA
107! 109 10! 10? 103 104 ? 105 Pa:m

 

 

Paschen käyrä ilmalle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

107!
108 2 —51022 —51012 —5 1092 —5 191 2 5 j02 103 bar -mm

10! 109 10! 10? 103 104 P% 105 Pam

 

Paschen käyrä SFs-kaasulle.