Autor nieznany

Poprawiał (po programie FineReader) [e-mail] wersja v.0.1

Technika Wysokich Napięć

Przykłady zadań

Udar napięciowy jest opisany funkcją:

u(t) = u_a.[exp(-t/Ti)-ex_P(-t/T₂)]

Parametry: U_a=100kV, Ti = 50 ,T₂= 10 us

Obliczyć:

1. wartość szczytową (maksymalną) udaru,

2. moment czasowy wystąpienia wartości szczytowej udaru,

3. energię wydzieloną na rezystancji jednostkowej (R = l Q).

Sporządzić wykres zależności napięcia przeskoku przy udarze łączeniowym w funkcji odstępu elektrod d_y w zakresie od Im do 5 m, dla dwu układów:

1. układ odniesienia sworzeń - płyta,

2. układ sworzeń - sworzeń uziemiony, wysokość sworznia uziemionego Im.

Sporządzić wykres zależności napięcia przeskoku przy udarze łączeniowym w funkcji odstępu elektrod d, w zakresie od 1 m do 5 m, dla dwu układów:

1. układ sworzeń - sworzeń uziemiony, wysokość sworznia uziemionego 1m,

2. układ sworzeń - sworzeń izolowany

Sporządzić wykres zależności napięcia przeskoku w funkcji odstępu elektrod, w układzie sworzeń - płyta uziemiona, w zakresie odstępu elektrod od 0,5 m do 1,5 m, dla następujących rodzajów napięcia:

1. statyczne 50 Hz,

2. udarowe łączeniowe,

3. udarowe piorunowe.

Warunki atmosferyczne: temperatura 28 °C, ciśnienie 0,095 MPa, wilgotność względna 65 %

Pojedynczy przewód jest zawieszony nad powierzchnią ziemi.

1. Obliczyć odstęp przewodu od ziemi zapewniający napięcie przeskoku przy napięciu udarowym łączeniowym nie mniejsze 1,5 napięcia roboczego.

2. Obliczyć promień przewodu, zapewniający napięcie początkowe ulotu większe o 20 %

od napięcia roboczego.

Dane: napięcie robocze 200 kV,

warunki atmosferyczne: temperatura 25 °C, ciśnienie 0,090 Mpa

Sporządzić wykres napięcia początkowego ulotu w układzie walców współosiowych (model elektrofiltru) w funkcji stosunku promieni elektrod: wewnętrznej r i zewnętrznej R. Zakres zmian r/R od 0,02 do 0,95. Warunki atmosferyczne:

1. temperatura +25 °C, ciśnienie 0,090 MPa,

2. temperatura - l O °C, ciśnienie 0,110 MPa,

Linia napowietrzna dwuprzewodowa, odstęp przewodów l m, wysokość zawieszenia nad

ziemią 3 m> przekrój przewodów aluminiowych 35 mm , moc przesyłana 200 MVA. Linia pracuje przy napięciu międzyprzewodowym niższym o 30 % od napięcia przeskoku przy przepięciu łączeniowym (współczynnik konfiguracji geometrycznej k = 1,62 w stosunku do układu odniesienia sworzeń-ziemia).

1. Obliczyć parametry R, L i C czwórnika, zastępującego jednostkę długości linii.

2. Obliczyć straty mocy czynnej w linii na jednostkę długości.

3. Obliczyć moc bierną wzdłużną i poprzeczną jednostkową linii.

4. Obliczyć impedancję falową linii.,

Przewód miedziany o przekroju 0,75 mm² zawieszony na wysokości 2 m nad ziemia doprowadza „napięcie probiercze od transformatora do bębna z kablem, poddawanym
próbie napięciowej napięciem przemiennym.

Konstrukcja kabla: jednożyłowy, napięcie znamionowe międzyprzewodowe 15 kV, przekrój żyły 75 mm², robocze natężenie pola elektrycznego 4 kV/mm, materiał izolacji -polietylen, stała dielektryczna 2,2, długość kabla 300 m. Napięcie probiercze jest równe 2,5 x napięcie znamionowe fazowe.

1. Sprawdzić, czy przy napięciu probierczym występuje ulot na przewodzie łączącym transformator z badanym kablem,

2. jeśli tak, obliczyć straty ulotu na jednostkę długości przewodu,

2. obliczyć parametry: R, L, C i - jeśli występuje ulot - również G czwórnika

przedstawiającego jednostkę długości przewodu doprowadzającego napięcie

probiercze do kabla.

Z elektrowni Bełchatów wyprowadzona jest moc 4320 MW. Jeśli ³A tej mocy jest wyprowadzone przy napięciu 400 kV a pozostała Y* przy napięciu 220 kV oraz jeśli zastosowane są w każdym przypadku przewody AFL 2 x 525, obliczyć:

1. gęstość prądu w przewodach,

2. straty mocy w przewodach,

3. gęstość powierzchniową mocy, oddawanej do otoczenia

Moc znamionowa generatora w wynosi 360 MW, napięcie znamionowe 22,0 kV.

Założenie: gęstość prądu w uzwojeniach miedzianych generatora wynosi 5 A/mm²,

przekrój prętów uzwojenia prostokątny o stosunku boków 2,5 : l, cztery pręty tworzą

uzwojenie, robocze natężenie pola elektrycznego w izolacji 4 kV/mm.

Obliczyć:

J,, przekrój żłobka stojana (uzwojenie + izolacja), pomijając profilowanie na krawędziach

2. gęstość powierzchniową strumienia ciepła odprowadzanego z uzwojenia do izolacji

Linia napowietrzna dwuprzewodowa, napięcie znamionowe 220 kV, przewody AFL 525,

wysokość zawieszenia przewodów nad ziemią 4 m.

Obliczyć:

1. odstęp przewodów przy założeniu, że napięcie przeskoku przy przepięciu łączeniowym ma wynosić nie mniej niż 1,3 napięcia znamionowego zaś współczynnik konfiguracji geometrycznej przyjąć 1,62 w stosunku do układu odniesienia sworzeń-ziemia,

2. szerokość strefy pod linią, zapewniającej natężenie pola elektrycznego na zewnątrz niej wynoszące l kV/m,

3. parametry jednostkowe R, L i C linii.

Wyprowadzenie wzorów na dystrybuantę i funkcję gęstości rozkładu probabilistycznego

Weibulla.

Opracować skale osi odciętych i rzędnych linearyzowanego wykresu dystrybuanty

Weibulla.

Trzy kable jednożyłowe ułożone są płasko w odstępie osi sąsiednich kabli 30 cm.

Dane kabli: napięcie znamionowe 110 kV, przekrój żył 120 mm², izolacja polietylenowa,

stała dielektryczna 2,2, robocze natężenie pola elektrycznego 4 kV/mm, grubość powłoki

ołowianej 2 mm, moc przesyłana 50 MV A.

Obliczyć:

l . straty mocy w żyle,

2. straty mocy w powłoce

Schemat zastępczy, reprezentujący dwa rodzaje strat dielektrycznych polaryzacyjnych jest

złożony z dwu równolegle połączonych gałęzi. Każda z nich zawiera szeregowo

połączone: rezystancje R i pojemność C.

Dane: r! = 3200 O, Ci = 10 nF, R₂ = 6500 Q, C₂ = 10 nF.

Wyznaczyć i narysować charakterystyki wypadkowe schematu :

Schemat zastępczy układu izolacyjnego o warstwie powierzchniowej podległej efektom starzenia jest-złożony z pojemności Co połączonej szeregowo z gałęzią, złożoną z równolegle połączonych elementów ri i Ci. Dane: C₀ = 10 nF, Ci » l nF , ri = 300 MO

1. Wyznaczyć i narysować charakterystykę pojemności zastępczej całego schematu w funkcji częstotliwości

2. Obliczyć stosunek pojemności zastępczej całego schematu przy dwu następujących częstotliwościach: 2 Hz i 50 Hz

Schemat zastępczy, reprezentujący dwa rodzaje strat dielektrycznych polaryzacyjnych jest złożony z dwu równolegle połączonych gałęzi. Każda z nich zawiera szeregowo połączone: rezystancje R i pojemność C. Dane: R_t = 3200 n, Ci = 10 nF, R₂ = 6500 O, C₂ = 10 nF. Wyznaczyć i narysować charakterystykę wypadkową schematu : C = f(co) w zakresie częstotliwości od f = O do f = 500 Hz.

Uwaga: wykorzystać fakt, że w tym zakresie częstotliwości tg 8 « l dla każdej z gałęzi (uprzednio sprawdzić).

Sporządzić wykresy napięcia początkowego wyładowań elektrycznych w układzie dwu

walców współosiowych w funkcji stosunku promieni elektrod: wewnętrznej r i

zewnętrznej R.

Przyjąć zakres zmian stosunku promieni r/R od 0,02 do 0,95.

Warunki atmosferyczne:

1. temperatura +25 °C, ciśnienie 0,090 MPa,

2. temperatura - l O °C, ciśnienie 0,110 MPa,

Przewód miedziany o przekroju 0,75 mm zawieszony na wysokości 2 m nad ziemia doprowadza napięcie probiercze od transformatora do bębna z kablem, poddawanym próbie napięciowej napięciem przemiennym.

Konstrukcja kabla: jednożyłowy, napięcie znamionowe międzyprzewodowe 15 kV, przekrój żyły 75 mm², robocze natężenie pola elektrycznego 4 kV/mm, materiał izolacji -polietylen, stała dielektryczna 2,2, długość kabla 300 m. Napięcie probiercze jest równe 2,5 x napięcie znamionowe fazowe, l. Sprawdzić, czy przy napięciu probierczym doprowadzonym przewodem do kabla występuje ulot,

3. jeśli tak, obliczyć straty ulotu na jednostkę długości przewodu

4. obliczyć parametry czwórnika: R, L, C i G przedstawiającego jednostkę długości

przewodu, 3. obliczyć gęstość prądu w przewodzie doprowadzającym podczas próby napięciowej

Linia napowietrzna jednoprzewodowa, przekrój przewodu aluminiowego 35 mm², moc przesyłana 200 kVA.

1. Na jakiej wysokości nad ziemią musi być zawieszony przewód, aby linia, pracująca pod napięciem jednofazowym względem ziemi 300 kV miała zapewniony margines bezpieczeństwa 30 % względem wartości napięcia przeskoku przy przepięciu łączeniowym dla tego układu (przewód nad ziemią)

2. Obliczyć parametry R, L i C czwórnika, zastępującego jednostkę długości linii.3.

3. Obliczyć straty mocy czynnej w linii na jednostkę długości przy przesyłanej mocy pozornej

4. Obliczyć moc bierną wzdłużną i poprzeczną linii.

5. Obliczyć impedancję falową linii.

Technika wysokich napięć

Problemy egzaminacyjne

Przyczyny techniczne podwyższania napięć, możliwości, ograniczenia. Kryteria porównawcze zależności mocy i napięcia w przewodach. Zakresy techniczno-ekonomiczne zastosowania wysokich napięć. Wpływ wysokości napięcia na budowę urządzeń elektroenergetycznych.

Wzrost napięcia a wymiary linii napowietrznej. Parametry linii podłużne, poprzeczne, znaczenie. Modele matematyczne linii, zastosowanie w analizie przepustowości linii, moc naturalna, moc cieplna, moc ładowania linii. Wpływ wysokości napięcia na charakterystyki przesyłowe linii. Sposoby zwiększania przepustowości linii.

Problemy pola elektrycznego w układach izolacyjnych. Wartość maksymalna, rozkład, uwarstwienie, wpływ na podstawowe zjawiska. Wytrzymałość elektryczna, napięcie: przebicia - przeskoku. Charakterystyka napięciowo-czasowa podstawowych rodzajów układów izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych, odniesienia do koordynacji izolacji, normalizacja prób napięciowych urządzeń elektroenergetycznych. Rodzaje napięć probierczych, źródła

Wytrzymałość elektryczna powietrza, rodzaje wyładowań, ulot, znaczenie, sposoby ograniczania, wykorzystanie techniczne. Wytrzymałość statyczna, udarowa, porównanie, przykłady Wpływ warunków atmosferycznych na wytrzymałość elektryczną powietrza Rola powietrza w układach uwarstwionych.

Wytrzymałość elektryczna materiałów stałych. Mechanizmy: elektryczny (równowaga energetyczna), cieplny( równowaga energetyczna), wyładowań niezupełnych, znaczenie techniczne. Model probabilistyczny wytrzymałości elektrycznej materiałów stałych Rozkłady statystyczne napięć i czasów do przebicia. Efekt rozmiarowy.

Przepięcia jako narażenia napięciowe urządzeń elektroenergetycznych, podstawowy podział i charakterystyki. Przepięcia ziemnozwarciowe. Przepięcia przy wyłączaniu małych prądów indukcyjnych, ograniczanie. Przepięcia dynamiczne, charakterystyki: uproszczona, pełna. Napięcia powrotne przy pracy wyłączników w układach o stałych skupionych i rozłożonych.

Pola elektromagnetyczne w urządzeniach elektroenergetycznych. Pole elektryczne, podstawowe charakterystyki i zależności, wpływ uwarstwienia, rodzaju napięcia, konfiguracji geometrycznej układu izolacyjnego. Charakterystyki w typowych konfiguracjach: walcowa, ostrzowa, znaczenie praktyczne.

Pola elektromagnetyczne w otoczeniu linii napowietrznych i urządzeń stacyjnych Obliczanie, pomiary, znaczenie dla środowiska. Pola elektromagnetyczne a organizm człowieka Narażenia od pól. Podstawy normalizacji.

Kable i linie kablowe wysokich i najwyższych napięć. Znaczenie w przesyle energii elektrycznej. Konstrukcje kabli, materiały konstrukcyjne, wielkości elektryczne rezystancja żył, indukcyjności, pojemności. Sprzężenia polowe wewnętrzne, znaczenie

---