Detail předmětu
Technika vysokých napětí
FEKT-LTVNAk. rok: 2018/2019
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
Zajišťuje ústav
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
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).
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.
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
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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).
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
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.
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
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.
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.