VILLAMOS ENERGETIKA Vizsgakérdések (2007. tavaszi BSc félév)

Átírás

1 1 VILLAMOS ENERGETIKA Vizsgakérdések (2007. tavaszi BSc félév) 1. Ismertesse a villamosenergia-hálózat feladatkrk szerinti felosztását a jellegzetes feszültségszinteket és az azokhoz tartozó átvihető teljesítmények nagyságrendjét 2. Értelmezze táblázatosan sszefoglalva a hatásos és meddőteljesítmény előjelét generátoros és fogyasztói pozitív irányrendszerben! 3. Adja meg a háromfázisú szimmetrikus sszetevők módszerének: a) T transzformációs mátrixát az a forgató vektor alapján b) a fázismennyiségek és a szimmetrikus sszetevők kztti kapcsolatot, c) a szimmetrikus sszetevők és a fázismennyiségek kztti kapcsolatot, d) a fázis impedancia és a szimmetrikus sszetevő impedancia mátrixok kztti kapcsolatot. 4. A szimmetrikus sszetevők módszerét alkalmazza! a) Fazorábrán szemléltesse a pozitív, a negatív és a zérus sorrendű sszetevők által képviselt fázismennyiségeket. b) Adja meg az I a = 100 A 90 és I b = I c = 0 áramrendszer pozitív-, negatív és zérus sorrendű sszetevőinek fazorát. c) Határozza meg annak az aszimmetrikus feszültségrendszernek a fázisfeszültségeit, melynek az alább megadottak a szimmetrikus sszetevői: U 1 = 100 V U 2 = 0 U 0 = V 5. Származtassa le a szimmetrikus sszetevők módszerének felhasználásával a kétfázisú fldzárlat számítására szolgáló modellt (a sorrendi hálózatok kapcsolódását). 6. Származtassa le a szimmetrikus sszetevők módszerének felhasználásával az egyfázisú fldzárlat számítására szolgáló modellt (a sorrendi hálózatok kapcsolódását)!

2 2 7. Adja meg az alábbi, egyvonalas sémával adott hálózat pozitív sorrendű hálózatát! 8. Rajzolja fel az alábbi hálózat zérus-sorrendű hálózatát! 9. Számítsa ki az ábra szerinti hálózatra és hibára a) a zárlati áram értékét az a, b és c fázisban hibahely feszültség szintjén; b) a zárlati áram értékét az a, b és c fázisban viszonylagos egységben. 10. Egy (sík elrendezésű) távvezeték vezetékrendszerének reaktanciái a kvetkező jellegűek: - az n reaktanciák: X aa = X bb = X cc = X - a klcsns reaktanciák: X ab = X bc = X és X ac = X + X Határozza meg: a) Az egyes fázisok pozitív sorrendű áramokkal szembeni X a1, X b1, és X c1 reaktanciáját. b) Az X 11 pozitív és X 22 negatív sorrendű reaktanciákat. c) Nullától külnbzők-e ebben az esetben a külnbző sorrendek kztti (X 01, X 02, stb. vegyes indexű) reaktanciák értékei?

3 3 11. Adja meg annak a szimmetrikusnak tekintett - háromfázisú távvezetéknek a zérus, pozitív és negatív sorrendű impedanciáját, amelynek - a fázis-fld nimpedanciája: = 0,15 + j 0,6 ohm/km, - - a fázisok kztti fldvisszavezetéses klcsns impedanciája: k = 0,05+ j 0,3 ohm/km. 12. Az alábbiakban adott három külnbző típusú fázis-impedancia mátrix. Tipus: Fázis impedancia mátrix: Sorrendi impedancia mátrix (jellege): (1) k k k k k k (2) n m m n n m (3) m n m p n p a) Adja meg, hogy melyik szimmetrikus, ciklikus vagy szimmetrikus és ciklikus. b) Az előkészített mátrixokban tűntesse fel jellegre a szimmetrikus sszetevő mátrixok elemeit. Mutasson rá az egyes elemek esetleges egyenlőségére. 13. Adja meg egy vezető-fld hurokra váltakozó áram esetén: a) A fldben az árameloszlás minőségi képét. b) A Carson-Clem helyettesítés szerinti visszavezető cső paramétereinek (R f = ρ 0,00099f, D f = 659 ) értelmezését és értékét, ha a frekvencia 50 Hz, a f fld fajlagos ellenállása 50 Ωm c) A vezető-fldvisszavezetés hurok-impedancia értékét ha a vezető ellenállása 0,1 Ω/km, sugara 6,59 mm,

4 4 14. Határozza a meg a fldvisszavezetés Carson-Clem (egyenértékű csővel való) helyettesítése alapján: a) a visszavezetést helyettesítő cső R f és D f értékeit (R f = 0,00099f, ρ D f = 659 ) a kvetkező 4 esetre: f a ρ fajlagos talajellenállás: 50 és 5000 ohm.m, az f frekvencia: 50 és 5000 Hz, b) az a) pont szerinti viszonyokra azt a vezetékek kztti legnagyobb távolságot, amelyre a helyettesítés legfeljebb 5% hibával alkalmazható (Carson-Clem helyettesítés érvényes). 15. A vezetékrendszerek fldvisszavezetéses impedanciájának számítására a Carson-Clem kzelítéssel meghatározott egyenértékű cső és a komplex tükrzés módszere használatos. a) Vázlatrajzon szemléltesse a két módszerben alkalmazott paramétereket és adatokat (a b pont szerint használt jellések felhasználásával). ( ω 7 = µ, µ 0 = 4π 10 Rf = 0,00099f, ρ α 0 1,852 D f =, α _ 1 j45 p = e ) α b) Határozza meg ρ = 100Ωm fajlagos talajellenállás esetén, a kvetkező elrendezésű i és j jelű vezetők kztti fldvisszavezetéses klcsns impedanciát: fldfeletti magasságok: h i = 15 m, h j = 5 m, klcsns vízszintes távolság: a ij = 50 m. (A Carson-Clem módszerről akkor térjen át a komplex tükrzés módszerre ha azt az alkalmazhatóságra vonatkozó feltétel (d ij >0,135 D f ) megkveteli.) 16. Jellemezze a fazorábra alapján egy I = I w + j I m árammal terhelt = R + jx soros impedanciával jellemzett távvezeték esetére a komplex feszültségesést, valamint annak hossz- és keresztirányú sszetevőit. Milyen kapcsolat van az átvitt hatásos és meddő teljesítmény, valamint a feszültségesés komponensek kztt? 17. Számítsa ki az alábbi végtelen hálózat távvezeték fogyasztó átviteli hálózat esetén a távvezeték feszültségesést kv-ban és viszonylagos egységben (alapmennyiségek a fogyasztó névleges értékei)!

5 5 18. Adja meg a 120/22 kv névleges feszültségű, 40 MVA névleges teljesítményű, 10 % feszültségesésű (droppú) transzformátor egyfázisú helyettesítő kapcsolását a helyettesítő reaktancia értékének feltüntetésével (Ohm-ban)! Határozza meg a) a transzformátor névleges áramait, b) a transzformátor saját rvidzárlati teljesítményét. 19. Egy háromfázisú fogyasztó névleges feszültsége 10 kv, névleges teljesítménye 4 MVA, teljesítménytényezője cosϕ= 0,8 (induktív). a) Számítsa ki a fogyasztó: hatásos és meddő teljesítményét, a hálózatból felvett áramát, b) Rajzolja fel a soros is és snt helyettesítő kapcsolását az elemek értékének felntetésével. 20. Egy 120 kv-os gyűjtősín háromfázisú zárlati teljesítménye 4000 MVA. a) Számítsa ki a háromfázisú rvidzárlati áramát. b) Adja meg a gyűjtősínre tápláló hálózat egyfázisú helyettesítő kapcsolását és helyettesítő elemek értékének feltüntetésével. 21. Értelmezze a végtelen hálózat fogalmát, fizikai tartalmát, adja meg a pozitív sorrendű helyettesítését! 22. Egy 400 kv névleges feszültségű, 50 Hz-en üzemelő veszteségmentesnek tekinthető távvezeték paraméterei: soros reaktancia: x L = 0,28 Ω/km, snt (kapacitív) reaktancia: x C = 0,4 MΩ km, vezetékhossz: l = 100 km. Számítsa ki a) a vezeték hullámellenállását, b) a vezeték természetes teljesítményét. c) Milyen kapcsolat van a természetes teljesítmény átvitelekor az átvitt hatásos és meddő teljesítmények kztt? 23. Egy 10,5 kv névleges feszültségű, 100 MVA névleges teljesítményű és X d = 200% reaktanciájú generátorra adja meg: a) az egyfázisú, pozitív sorrendű helyettesítő kapcsolását a helyettesítő reaktancia értékének feltüntetésével (Ω), b) a generátor névleges áramát. 24. Adja meg a = jx soros impedanciával jellemzett vezetékre, adottaknak végponti feszültségek esetén: a) az S és R végpontokra a hatásos és a meddő teljesítmény sszefüggéseket, b) a szinkron-stabilitás korlátját, c) hogyan tudja befolyásolni a meddőteljesítmény-áramlást. 25. Egy X = 0,15 v.e. nagyságú soros reaktanciával jellemzett vezetéken a végponti feszültségek U S = 1,05 v.e. és U R = 0,95 v.e., az S R irányú hatásos

6 6 teljesítmény 1,2 v.e. Számítsa ki végpontjain a meddőteljesítmény értékeket v.e.-ben és adja meg azok irányát (értelmezze azok jellegét). 26. Adja meg a = jx soros impedanciával jellemzett vezetékre, adottaknak tekintett végponti feszültségek esetén: a) az S és R végpontokra a komplex teljesítmény sszefüggéseket (fazoros formában), b) az S és R végpontok a komplex teljesítményét szemléltető krdiagramot egy adott teljesítmény-átviteli esetre vonatkozó sszetartozó teljesítmények feltüntetésével. 27. A = jx soros impedanciával jellemzett vezetékre, adottaknak tekintett végponti feszültségek esetén: a) Adja meg az S és R végpontokra a meddő teljesítmény kifejezését. b) Mi a feltétele a meddő teljesítmény áramlási iránya megfordulásának az S és R végpontokra? c) Adja meg és ábrázolja hatásos teljesítmény-terhelési szg kapcsolatra vonatkozó sszefüggést. Ezen jellje be a statikus állapotban stabil üzemi tartományt. 28. Szigetelt csillagpontú hálózat "a" fázisú fldzárlatának esetére adja meg: a) A feszültség és a kapacitív fldzárlati áram fazorábráját. b) A hibahelyi áram és a C o fázisfld kapacitás kztti kapcsolatot. c) Milyen veszéllyel jár a szigetelt csillagpont? 29. Ismertesse a csillagpont kompenzálás lényegét, azaz: a) A pontos kompenzálás feltételét. b) A pontos kompenzálás veszélyét, és ennek elkerülési módját. 30. Kompenzált csillagpontú hálózat esetére adja meg: a) A kompenzált csillagpontú hálózat legfőbb előnyét. b) A maradékáram keletkezésének okait. 31. A csillagpont fldelési módokkal kapcsolatosan: a) Hasonlítsa ssze - táblázatos formában - a külnbző csillagpont fldelésű hálózatokat az ép fázis feszültségemelkedése, a fldzárlati áram nagysága és a védelmi érzékelés szempontjából. b) Adja meg, hogy a hazai hálózatok külnbző feszültségszintjein (400 kv, 220 kv, 120 kv, 20 kv, 10 kv, 0,4 kv) alkalmazott csillagpont fldelési módokat. c) Adja meg a hatásosan fldelt csillagpontú hálózat esetén az eredő zérus sorrendű ellenállásra és reaktanciára vonatkozó feltételeket.

7 7 32. Egy villamosenergia-rendszerben a hatásos (P) teljesítmények egyensúlya általános érvényű. a) Adja meg a dinamikus energetikai egyensúly matematikai leírását! b) Értelmezze a (fiktív) rendszerfrekvenciát! c) Miért kell folyamatosan szabályozni az erőművek hatásos teljesítményét? 33. Egy villamosenergia-rendszerben a meddő (Q) teljesítmények egyensúlya általános érvényű. a) Adja meg a meddőteljesítmények egyensúlyának matematikai leírását! b) Értelmezze egy távvezeték természetes teljesítményét! c) Miért szükséges a folyamatos feszültségszabályozás? 34. A fogyasztói teljesítményfelvétel (P és Q) függ a feszültségtől és a frekvenciától. a) Adja meg ennek matematikai leírását (az érzékenységi tényezők alapján) a hatásos (P) teljesítményre! b) Mutasson be egy egyszerű, fizikai áramkri példát! c) Határozza meg (levezetéssel) a frekvenciaváltozás kifejezését, ha változik a fogyasztói teljesítmény, de az erőműveket nem szabályozzuk! 35. A fogyasztói teljesítményfelvétel (P és Q) függ a feszültségtől és a frekvenciától. a) Adja meg ennek matematikai leírását a meddő (Q) teljesítményre! b) Mutasson be egy egyszerű, fizikai áramkri példát! c) Miért szükséges a folyamatos feszültségszabályozás? 36. A frekvenciatartásban fontos szerepe van a turbina (mechanikai) teljesítmény P(f) karakterisztikájának és az ún. szekunder szabályozásnak. a) Ábrán adja meg a frekvenciára érzéketlen (a1) ill. a frekvenciaváltozásra szabályozással válaszoló (a2) idealizált P(f) karakterisztikákat! b) Értelmezze a statizmus fogalmát és a szabályozás MW/Hz meredekségét a karakterisztika alapján! c) Mutassa meg a primer ill. szekunder szabályozás elvi műkdését az a2 karakterisztikához! 37. A teljesítmény-átvitelnek statikus stabilitási korlátja is van. a) Egyszerű példán értelmezze a feszültségstabilitást X induktív reaktancián trténő átvitelhez és levezetéssel határozza meg az átvihető P max teljesítményt! b) Adja meg a feszültségstabilitás általános feltételét, ha P F nem függ az U- tól! c) Mutasson egyszerű áramkri példát az instabilitás kialakulására.

8 8 38. A teljesítmény-átvitelnek statikus stabilitási korlátja is van. a) Egyszerű példán értelmezze a szinkronstabilitást X induktív reaktancián trténő átvitelhez és levezetéssel határozza meg az átvihető P max teljesítményt! b) Adja meg a statikus szinkronstabilitás általános feltételét! c) Fazorábrán mutassa meg a feszültségszabályozás meddőteljesítményigény vonzatát! 39. Egy P F0 = MW fogyasztású rendszer 50 Hz frekvencián üzemel, a fogyasztók feltételezett a frekvenciaérzékenységi tényezője k pf = 1 és az erőművekben frekvencia érzéketlen primer turbinaszabályozókat feltételezünk. A fogyasztói teljesítmény 150 MW-tal trténő nvekedésének hatására hogyan változik meg a frekvencia, ha nem trténik szabályozás? Ábra segítségével illusztrálja a munkapont változást! 40. Adja meg a villamosenergia-rendszerben hirtelen fellépő teljesítménytbbletnek a rendszer gépei (erőművei) kztti eloszlásának lépéseit. Adja meg az egyes lépések során az eloszlást meghatározó jelenségre vonatkozó alapsszefüggéseket.