Paikka: L220. Aalto ELEC 1 (6)

Transkriptio

1 S Suurjännitetekniikka Laboratoriotyö 2 Ylijännitesuojat Paikka: L220 Aalto ELEC Suurjännitetekniikka/PH/PT/SK 1 (6) 2015

2 1. YLEISTÄ Ylijännitesuojauksella pyritään rajoittamaan verkostossa esiintyvien ylijännitteiden suuruudet sellaiselle tasolle, että etteivät ne vaaranna verkoston häiriötöntä käyttöä ja vahingoita kytkinasemilla sijaitsevia kallisarvoisia laitteita. Erityisen tärkeä suojattava kohde on muuntaja. Ennen laboratorioon tuloa opiskelijoiden edellytetään tutustuvan huolellisesti laboratoriotyön sisältöön. Ryhmä suorittaa omatoimisesti tarvittavat kytkennät ja mittaukset. Tutustu myös ylijännitteiden syntymismekanismeihin ja ylijännitesuojaukseen. Työssä vertaillaan erilaisten 20 kv ylijännitesuojien ominaisuuksia: 1. lintupiikillä varustettu kipinäväli (elektrodiväli 2 x 20 mm) 2. kipinävälitön venttiilisuoja (metallioksidisuoja) 3. kipinävälillinen venttiilisuoja - 2 -

3 2. ESISELOSTUSTEHTÄVÄT a) Selosta lyhyesti mitä tarkoitetaan seuraavilla suojien ominaissuureilla: nimellisjännite (nominal voltage) mitoistusjännite (rated voltage) jatkuva käyttöjännite (continuous operatingg voltage) nimellispurkausvirta (nominal discharge current) jäännösjännite (residuall voltage) suojaustaso (protection level) b) Minkälainen suojan suojaustason pitää olla suhteessa suojattavan laitteen kestotasoon? c) Mitkä ovat kipinävälin ja metallioksidisuojien edut ja haitat? d) Laske resistiivisen U in /U out jännitteenjakajan kytkennän (kuva 1) ) jakosuhteen arvo vaimennusvastus jännitenjakaja U in kaapeli U out mittalaite kaapelipääte Kuva 1. Jännitejakajan kytkennät. Jokainen tekee oman erillisen esiselostuksen ja palauttaa senn viimeistään työtä edeltävänä päivänää klo 12 huoneen I 344 edessä olevaan lokerikkoon. Maanantain ryhmät palauttavat esiselostuksen edeltävään perjantaihin kloo 12 mennessä - 3 -

4 3. TESTAUSLAITTEISTO Testauslaitteisto koostuuu seuraavista osista: syöksyjännitegeneraattori (Marx) jännitteenjakaja digitoija Ylijännitteet muodostetaan syöksyjännitegeneraattorilla. Generaattorin piirikytkentää (vastukset ja kondensaattorit) muuttamalla saadaan aikaan haluttu syöksyjännitteen pulssimuoto. Syöksyjännitteen huippuarvon suuruutta säädetään muuttamalla varausjännitettä ja generaattorin kipinävälejä (pallovälejä). Syöksyjännite mitataan käyttäen jännitteenjakajaa. Mittauskaapeli on sovitettu molemmista päistään vastuksella. 800 kv syöksyjännitegeneraattori - 4 -

5 4. MITTAUKSET Tärkeitä periaatteita testauskytkentöjä muutettaessa: eroita jännitteen syöttö pois piiristä maadoita testauspiiri (huom. mahdolliset kondensaattoreihin jäävät varaukset) älä työskentele yksin Jännite-aika -ominaiskäyrien määrittäminen Nostetaan salamasyöksysyöksyjännite (LI, 1.2/50) niin suureksi, että ylijännitesuojan toimiessa jännite katkeaa syöksyjännitteen rintaosalla (nousevalla osalla). Peräkkäisten pulssien välisenä aikana käytetään noin puolta minuuttia. Mittaukset tehdään seuraavasti: Tallenna 1 mitattu kokonainen syöksyjännitepulssi (kun suoja ei toimi eli ei rajoita jännitettä). 1. Lintupiikillä varustettu kipinäväli 3 varausjännitettä, 5 mittausta / varausjännite kirjaa latausjännite U c, jännitteen nousunopeus S (V/s), aika katkaisuun T c ja huippujännite U p tallenna mittaustulokset (pulssimuodot) 2. Kipinävälitön venttiilisuoja (metallioksidisuoja) 3 varausjännitettä, 5 mittausta / varausjännite kirjaa latausjännite, jännitteen nousunopeus ja aika katkaisuun sekä huippujännite tallenna mittaustulokset (pulssimuodot) 3. Kipinävälillinen venttiilisuoja 1 varausjännite, 1 mittaus tallenna 1 mittaustulos (pulssimuoto) - 5 -

6 5. JÄLKISELOSTUS a) Laske tulosten keskiarvot ja hajonnat. Piirrä jännite-aika-ominaiskäyrät u p = f (Tc) keskiarvoja käyttäen. Piirrä kuvaajiin myös kunkin pisteen hajonnat. Arvioi tuloksia. b) Havaintoja ylijännitesuojien toiminnassa, kuten: Mikä olisi jännite, jos suoja ei toimi? Vertaa, miten suojien suojaustasot muuttuvat syöksyjännitteen nousunopeuden muuttuessa Minkälainen on syöksyjännitteen katkaisu/rajoittaminen eri tapauksissa? Miten se vaikuttaa suojattavaan kohteeseen esim. muuntajaan? c) Laske jännitteenjakajaan jäävä energia kokonaisella salamasyöksyjännitepulssilla; jakajan resistanssi on 10 k ja syöksyjännitettä voit approksimoida suorakulmaisella kolmiolla. Huom: Teho on verrannollinen jännitteen neliöön. Esim. kun jännite laskee puoleen arvoon, teho laskee ¼ osaan. Hetkellinen teho integroidaan koko pulssin kestolta. Tuloksena saadaan että kolmion energia on 1/3 suorakaiteen energiasta jolla on sama amplitudi ja kesto d) Voidaanko työssä käytettyjä ylijännitesuojia käyttää käyttötaajuisten ylijännitteiden rajoittamiseen? Miksi? Liitä selostukseen tulostetut pulssimuodot ja mittausmuistiinpanot. Liitä myös mahdollisia kysymyksiä tai aiheita jotka jäivät epäselväksi labran aikana. HUOM! Palauta viikon kuluessa työn suorituksesta. Vastuuhenkilö: Palautuslaatikko: Paavo Tammi paavo.tammi@aalto.fi Petri Hyvönen petri.hyvonen@aalto.fi L-käytävä, 2. kerros huoneen L201 edessä oleva hyllykkö - 6 -