Elanläggnings- och reläskyddsteknik Provmoment: Del A; Ladokkod: 41N09C Tentamen ges för: En3el 5,0 högskolepoäng TentamensKod: Tentamensdatum: 24 oktober 2016 Tid: fm Hjälpmedel: Typgodkänd miniräknare Totalt antal poäng på tentamen: 50p För att få respektive betyg krävs: U<20p 3 = 20 29p 4 = 30 39p 5 = 40 50p Allmänna anvisningar: Nästkommande tentamenstillfälle: Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller: Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in. Lycka till! Ansvarig lärare: Aleksander Bartnicki 0707 301516 Leif Näslund 0708 194902
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Om du har problem med att räkna fram något värde som krävs för fortsatta beräkningar, antag ett lämpligt värde och fortsätt. Lycka till! 1. En 40 km lång luftledning av aluminium (ρ = 28,0 Ωmm 2 /km) med arean 90 mm 2 har reaktansen 0,4 Ω/fas,km. I linjens mottagarände finns en industri vars effekt behov är 8 MW, cos φ = 0,8 och konstant spänning 50 kv. a) Beräkna spänningen i sändaränden samt linjens aktiva och reaktiva effektförluster. b) Man önskar minska de aktiva effektförlusterna till 0,3 MW genom att installera ett Y- kopplat shuntkondensatorbatteri i mottagaränden. Hur stor kapacitans per fas skall inkopplas? (4p) 2. En blixt med strömamplituden 5 ka slår ner i en kraftledning med vågimpedansen 380 Ω. Spänningsvågen med vågformen 1,0/ µs fortsätter mot en transformatorstation. I punkt B är en ventilavledare placerad. En 300 m lång PEX kabel med vågimpedansen 20 förbinder punkt B med en transformator. Transformatorns vågimpedans kan antas vara oändlig stor. Våghastigheten i kabeln är 200 m/µs. Avledarens karakteristik: i a U a 0,8 40 7 (ka) U a [kv] Bestäm överspänningen på transformatorn under 1 µs från vågens ankomst dit under antagande att ventilavledarens tändspänning är 35 kv. Rita upp spänningens tidsförlopp i punkt B och i punkt C. U 0 B C Ventilavledarekvationen kan skrivas enligt följande: U 0 1 2 1 Z 1 U a 1 2 Z 1i a Z 2 (8p) 3. Vilka storheter som man måste övervaka i varje ögonblick för att uppnå tillfredställande drift av elkraftnät?
4. Två generatorer matar över varsin transformator en 100 km lång 130 kv-linje. Transformatorernas nollpunkter på 130-kV sidan är direktjordade. Via en fördelningsstation är ett nät anslutet till linjen. Se figuren nedan: G1 T1 Linjen G2 T2 x A Nätet Följande data gäller för generatorer, transformatorer, linjen och nätet: Generator G1 75 MVA, 16 kv x b1 = 20 % x b2 = 20 % Generator G2 60 MVA, 10 kv x b1 = 22 % x b2 = 22 % Transformator T1 dyn 75 MVA, 16/130 kv x k1 = 10 % x k0 = 10 % Transformator T2 dyn 60 MVA, 10/130kV x k1 = 8 % x k0 = 8 % Linjen: x 1 = x 2 = 0,4 Ω/fas,km x 0 = 1,2 Ω/fas,km Nätet: S k = 2000 MVA vid 130 kv X 0 = 15 Ω/fas a) Beräkna kortslutningsströmmen vid trefasig kortslutning i ändpunkten på linjen (se figuren). (5p) b) En enfasig jordslutning via 2,5 övergångsmotstånd inträffar i samma punkt. Upprita i anslutning till felet det ekvivalenta schemat för plus-, minus- och nollföljdsnäten samt beräkna strömmen i felstället. (5p) c) Hur stor kortslutningsström skall brytare i punkt A klara av att bryta (trefasig kortslutning)? (2p) 5. Förklara varför är det viktigt att känna till storleken av kortslutningsströmmen i en elektriskanläggning? 6. Beskriv på vilket sätt, i ett experiment, påvisades förekomsten av ett elektrisk fält i samband med laborationen? 7. Ange och beskriv de villkor som i tur och ordning krävs för en lyckad strömbrytning. 8. Hur definieras genomslagshållfastheten, vad är den beroende av? (2p)
9. Beräkna vågimpedansen för en kabel med följande märkdata: Rated voltage (IEC/SS) 20 kv/ 24 kv Basic Insulation Level 125 kv Outer diameter 38 mm Area of outer conductor 25 mm 2, Cu Area of inner conductor 185 mm 2, Al Diameter of inner conductor 15.9 mm Thickness of semi-conducting layer 0.55 mm Insulation material PEX Permittivity of insulation 2.3 Conductivity of insulation 3.3*10-16 (m) -1 Outer diameter of insulation 28 mm Se även bilden nedan: A B C D E F Schematic illustration of a high voltage cable. A is inner conductor, B inner semiconducting layer, C insulation, D outer semiconducting layer, E screen (shield) and F is cover. Samband för beräkning av kabelns induktans och kapacitans: L 2 ln r (H /m) ; C 2 r 0 ln r (F/m) r r 0 r 0 - ledarens radie ; r - skärmens inre radie 0 8.8510 12 F m ; 0 4 10 7 Vs Am
10. Projekt frågor Tre frågor á 2 poäng: Besvaras av dem som läste kursen år 2016 (september - oktober) 10.1 Nämn en utmaning det Smarta elnätet står inför och vad det finns för lösning? 10.2 Roterande omformare förekommer på många ställen utmed järnvägen, vad är dess funktion och hur fungerar dem? 10.3 Vilka villkor skall uppfyllas vid inkoppling utav synkrongenerator till ett trefasnät? Besvaras av dem som läste kursen år 2016 (januari mars) 10.1 På vilket sätt kan man integrera elbilar i elnätet? 10.2 Beskriv skillnader mellan högspänd AC och DC överföring. 10.3 Vilka är de fyra infasningsvillkoren vid anslutning av generator till elkraftnätet? Besvaras av dem som läste kursen år 2015 10.1 Förklara funktion och användningsområde för en mättransformator 10.2 Beskriv kortfattat ställverkets huvudfunktion. 10.3 Varför matas järnvägsnätet med enfas- och inte trefasspänning? Besvaras av dem som läste kursen år 2014 10.1 Vad består SF 6 gasen av och vad är dess syfte? 10.2 Det finns fem olika frånskiljartyper, nämn två av dem och förklara deras funktion? 10.3 Redogör för funktionsprincipen hos en bipolär HVDC-överföring. Besvaras av dem som läste kursen år 2013 10.1 Vad görs för att utveckla dagens elnät, inom Sverige och övriga ledande länder i världen? 10.2 Vilken miljöpåverkan har SF 6 gasen? 10.3 Beskriv en lastfrånskiljare, dess funktion och konstruktion.