Detail předmětu

Technika vysokých napětí

FEKT-LTVNAk. rok: 2016/2017

Maxwellovy rovnice. Vyšetřování elektrického pole. Dielektrické vlastnosti látek. Elektrické výboje. Zkušební zdroje. Měření vysokých napětí a velkých proudů. Přepětí a koordinace izolace v elektrizační soustavě.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Ing. Michal Krbal, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektroenergetiky (UEEN)

Výsledky učení předmětu

Studenti se seznámí se základními problémy techniky vysokého napětí.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.v

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Cvičení odborného základu: 15 bodů
Cvičení laboratorní: 25 bodů
Udělení zápočtu: bude udělený při získání minimálně 21 bodů
Zkouška: 60 bodů

Osnovy výuky

1) Úvod. Základní pojmy v technice vysokých napětí (TVN). Skalární a vektorové pole. Operace gradient skalární funkce, divergence a rotace vektorové funkce. Hamiltonův a Laplaceův operátor.
2) Klasifikace polí a jejich vlastnosti. Pole zřídlové - nevírové, vírové - nezřídlové, nezřídlové - nevírové. Ortogonální souřadnicové soustavy. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru. Účinky elektromagnetického pole na člověka.
3) Elektrostatické pole a jeho řešení. Vzájemné působení elektrostatického pole a dielektrika. Stacionární pole elektrické a magnetické a jejich řešení. Kvazistacionární a časově proměnné elektromagnetické pole a jejich řešení.
4) Dielektrické vlastnosti látek. Rozdělení a vlastnosti izolantů. Plynné izolanty. Samostatný a nesamostatný výboj. Townsendova teorie nárazové ionizace v homogenním poli. Přeskokové napětí v homogenním a nehomogenním elektrickém poli. Paschenův zákon. Trsový výboj a sršení. Jiskrový výboj. Bleskový výboj a jeho mechanika. Kanálový výboj. Koróna. Počáteční (kritické) napětí koróny a ztráty korónou na venkovních vedeních. Ultrakoróna. Tlumení přepěťových vln korónou.
5) Vliv atmosférických podmínek a jiných okolností na přeskokové napětí. Korekce naměřených hodnot přeskokového napětí v laboratoři na referenční standardní atmosféru. Pevné izolanty. Elektrický a tepelný průraz. Povrchové výboje (výboje podél povrchu pevných izolantů). Částečné výboje (výboje v dutinách izolace). Určení proudu částečného výboje.
6) Izolátory a jejich typy. Izolátorový řetězec a rozložení napětí podél jeho osy. Nerovnoměrné namáhání dílčích izolátorů řetězce a technické řešení problému pomocí ochranných armatur. Tyčové izolátory. Podpěrné izolátory. Průchodky. Kabely.
7) Zkušební zdroje (ZZ) vysokého napětí (vn), význam a rozdělení. ZZ střídavého vn 50 Hz. Zkušební transformátory. Transformátorové kaskády. ZZ střídavého vn vysokých kmitočtů. ZZ stejnosměrného (ss) vn.
8) Impulsní ZZ. Obecné a normalizované tvary impulsní vlny napětí u(t) a proudu i(t). Impulsní generátor napětí (IGN) a proudu (IGP). Náhradní schéma a rovnice impulsních vln u(t) a i(t). Vícestupňový IGN. Kombinovaný IGN a IGP.
9) Měření vn a velkých proudů. Ideální a skutečný dělič napětí odporový, kapacitní a smíšený. Odporový dělič pro měření impulsního napětí a nerovnoměrné rozložení napětí podél osy děliče vlivem parazitních kapacit, technické odstranění problému "řízeným polem". Bočníky.
10) Přepětí v elektrizační soustavě (ES). Spínací operace a vnitřní přepětí v ES. Vnější přepětí v ES způsobené úderem blesku a
ochrana vedení zemnícím lanem. Uzemnění stožárů venkovních vedení. Koordinace izolace v ES.
11) Příklady numerického řešení elektrostatického pole.
12) Příklady numerického řešení stacionárních polí.
13) Návrh IGN. Určení tvaru impulsní vlny u(t) při zadaných konstantách IGN. Určení konstant IGN pro požadovaný tvar impulsní vlny u(t).




Učební cíle

Seznámit studenty se základními problémy techniky vysokého napětí.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.


Základní literatura

Blažek,V.,Skala,P.: Vysoké napětí a elektrické přístroje, Část I:Vysoké napětí,elektronický text, FEKT VUT v Brně, 2003.
Blažek,V.,Skala,P.: Vysoké napětí a elektrické přístroje, Laboratorní cvičení, Část I:Vysoké napětí, elektronický text, FEKT VUT v Brně,2003
Kuffel, E., Zaengl, W.S., Kuffel, J.: High Voltage Engineering: Fundamentals, Newnes, 2000, ISBN 0 7506 3634 3 Kuffel, E., Zaengl, W.S., Kuffel, J.: High Voltage Engineering: Fundamentals, Newnes, 2000, ISBN 0 7506 3634 3 Kuffel, E., Zaengl, W.S., Kuffel, J.: High Voltage Engineering: Fundamentals, Newnes, 2000, ISBN 0 7506 3634 3 Kuffel, E., Zaengl, W.S., Kuffel, J.: High Voltage Engineering: Fundamentals, Newnes, 2000, ISBN 0 7506 3634 3
Veverka,A.: Technika vysokých napětí, SNTL, 1978.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML magisterský navazující

    obor ML-EEN , 2 ročník, letní semestr, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Krbal, Ph.D.

Osnova

1) Úvod. Základní pojmy v technice vysokých napětí (TVN). Skalární a vektorové pole. Operace gradient skalární funkce, divergence a rotace vektorové funkce. Hamiltonův a Laplaceův operátor.
2) Klasifikace polí a jejich vlastnosti. Pole zřídlové - nevírové, vírové - nezřídlové, nezřídlové - nevírové. Ortogonální souřadnicové soustavy. Maxwellovy rovnice v integrálním a diferenciálním tvaru. Účinky elektromagnetického pole na člověka.
3) Elektrostatické pole a jeho řešení. Vzájemné působení elektrostatického pole a dielektrika. Stacionární pole elektrické a magnetické a jejich řešení. Kvazistacionární a časově proměnné elektromagnetické pole a jejich řešení.
4) Dielektrické vlastnosti látek. Rozdělení a vlastnosti izolantů. Plynné izolanty. Samostatný a nesamostatný výboj. Townsendova teorie nárazové ionizace v homogenním poli. Přeskokové napětí v homogenním a nehomogenním elektrickém poli. Paschenův zákon. Trsový výboj a sršení. Jiskrový výboj. Bleskový výboj a jeho mechanika. Kanálový výboj. Koróna. Počáteční (kritické) napětí koróny a ztráty korónou na venkovních vedeních. Ultrakoróna. Tlumení přepěťových vln korónou.
5) Vliv atmosférických podmínek a jiných okolností na přeskokové napětí. Korekce naměřených hodnot přeskokového napětí v laboratoři na referenční standardní atmosféru. Pevné izolanty. Elektrický a tepelný průraz. Povrchové výboje (výboje podél povrchu pevných izolantů). Částečné výboje (výboje v dutinách izolace). Určení proudu částečného výboje.
6) Izolátory a jejich typy. Izolátorový řetězec a rozložení napětí podél jeho osy. Nerovnoměrné namáhání dílčích izolátorů řetězce a technické řešení problému pomocí ochranných armatur. Tyčové izolátory. Podpěrné izolátory. Průchodky. Kabely.
7) Zkušební zdroje (ZZ) vysokého napětí (vn), význam a rozdělení. ZZ střídavého vn 50 Hz. Zkušební transformátory. Transformátorové kaskády. ZZ střídavého vn vysokých kmitočtů. ZZ stejnosměrného (ss) vn.
8) Impulsní ZZ. Obecné a normalizované tvary impulsní vlny napětí u(t) a proudu i(t). Impulsní generátor napětí (IGN) a proudu (IGP). Náhradní schéma a rovnice impulsních vln u(t) a i(t). Vícestupňový IGN. Kombinovaný IGN a IGP.
9) Měření vn a velkých proudů. Ideální a skutečný dělič napětí odporový, kapacitní a smíšený. Odporový dělič pro měření impulsního napětí a nerovnoměrné rozložení napětí podél osy děliče vlivem parazitních kapacit, technické odstranění problému "řízeným polem". Bočníky.
10) Přepětí v elektrizační soustavě (ES). Spínací operace a vnitřní přepětí v ES. Vnější přepětí v ES způsobené úderem blesku a
ochrana vedení zemnícím lanem. Uzemnění stožárů venkovních vedení. Koordinace izolace v ES.
11) Příklady numerického řešení elektrostatického pole.
12) Příklady numerického řešení stacionárních polí.
13) Návrh IGN. Určení tvaru impulsní vlny u(t) při zadaných konstantách IGN. Určení konstant IGN pro požadovaný tvar impulsní vlny u(t).

Cvičení odborného základu

12 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Krbal, Ph.D.

Osnova

1) Gaussova věta elektrostatiky a její užití. Výpočet kapacity deskového, válcového a kulového kondenzátoru s jedním a s vrstveným dielektrikem.
2) Výpočet rozložení napětí na izolátorovém řetězci tvořeném n talířovými závěsnými izolátory, kterými jsou vybavená distribuční vedení 110 kV.
3) Výpočet optimálního průměru paličky talířového závěsného izolátoru, které tvoří izolátorové řetězce, používané pro vedení
110 kV.
4) Výpočet děliče napětí odporového, kapacitního a smíšeného. Výpočet bočníku.
5) Výpočet počátečního napětí koróny a kritického poloměru vodiče pro zadané vedení 220 kV a atmosférické podmínky. Ztráty výkonu a energie korónou a jejich snížení použitím svazkových vodičů. Výpočet krokového napětí pro různé tvary zemničů stožárů.
6) Zápočtový test.


Laboratorní cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Michal Krbal, Ph.D.

Osnova

1) Seznámení studentů s laboratoří a zkouška z bezpečnostních předpisů. Korekce naměřených hodnot na referenční standardní atmosféru
2) Měření vysokého střídavého napětí
3) Měření vysokého ss. napětí
4) Měření impulsního napětí
5)Měření přeskokového napětí ve vzduchu a zjištění vlivu druhu napětí, tvaru pole, zkreslení sinusového napětí a tlaku vzduchu.
6) Měření rozložení napětí na izolátorovém řetězci
7) Měření voltsekundové charakteristiky daného izolátoru.