Ilmasydämisen kuristimen konstruktion optimointi
Melva, Henri (2014)
2014
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-01-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201401101026
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201401101026
Tiivistelmä
Vaihtosähköjärjestelmässä virran ja jännitteen tulona saatava näennäisteho jaetaan pätö- ja loistehoon. Loisteho kuvaa magneetti- ja sähkökenttään varastoitunutta energiaa, joka purkautuu jaksollisesti. Magneettikentän muodostamiseen tarvittavaa energiaa kutsutaan induktiiviseksi ja eristeiden sähkökenttiin hetkellisesti varastoituvaa energiaa kapasitiiviseksi loistehoksi. Loistehon on ongelma sähköverkossa, koska se aiheuttaa siirtohäviöitä ja pienentää siirrettävän pätötehon maksimimäärää. Loistehon siirto sähköverkossa pyritään pitämään pienenä asettamalla loistehon kulutukselle rangaistusluonteinen siirtomaksu.
Ilmasydämisiä kuristimia käytetään sähköverkoissa kompensoimaan kapasitiivista loistehoa. Sähköverkoissa esiintyy kapasitiivista loistehoa esimerkiksi maakaapeloinnin yhteydessä tai pitkillä avojohdoilla, jotka ovat pienellä kuormalla. Kompensoinnin lisäksi kuristimia käytetään pienentämään vika- tai kytkentätilanteissa esiintyviä hetkellisiä virtoja. Oikosulku- tai kytkentävirtaa voidaan pienentää syöttävän verkon tai kuorman kanssa sarjaan kytketyllä kuristimella. Maasulkuvirtaa voidaan rajoittaa verkon tähtipisteen ja maan potentiaalin väliin kytketyllä kuristimella.
Tässä työssä tutkitaan ALSTOM Grid oy:n valmistamien ilmasydämisten kuristinten konstruktion optimointia. Ilmasydäminen kuristin suunnitellaan aina asiakkaan tarpeeseen, eli jokainen kuristinkonstruktio on yksilöllinen. Kuristimen konstruktio voidaan suunnitella monella eri tavalla, mutta ainoastaan yksi niistä on optimaalinen. ALSTOM Grid oy valmistaa kuristimia kahdella valmistusteknologialla ja tutkimuksen avulla selvitetään raja-arvo teknologioiden väliselle kannattavuudelle. Tutkimuksessa pyritään myös selvittämään kuristimen optimaalinen konstruktio rajallisten lähtötietojen pohjalta. Konstruktiosta käsitellään kuristimen geometrian kannalta tärkeimmät parametrit, joita ovat kuristimen sisähalkaisija ja sähköisen kierroksen rinnakkaisten lankojen lukumäärä, eli käämintänippu ja käämityksen poikkipintaala.
Tilastollisesta analyysistä saatujen tulosten pohjalta selviää kuristimen optimaalinen konstruktio ja tärkeimmät tunnusluvut rajallisten lähtötietojen perusteella. Tuloksien avulla voidaan määrittää kuristimen lämpöhäviöt, alustavat valmistuskustannukset, massa, valmistusteknologia ja konstruktio tiedettäessä kuristimen induktanssi ja virta. Tulosten mukaan korrelaatio tutkittujen suureiden välillä on hyvä, ja käyrästöjen avulla voidaan kehittää kuristimien tarjoustoimintaa.
Ilmasydämisiä kuristimia käytetään sähköverkoissa kompensoimaan kapasitiivista loistehoa. Sähköverkoissa esiintyy kapasitiivista loistehoa esimerkiksi maakaapeloinnin yhteydessä tai pitkillä avojohdoilla, jotka ovat pienellä kuormalla. Kompensoinnin lisäksi kuristimia käytetään pienentämään vika- tai kytkentätilanteissa esiintyviä hetkellisiä virtoja. Oikosulku- tai kytkentävirtaa voidaan pienentää syöttävän verkon tai kuorman kanssa sarjaan kytketyllä kuristimella. Maasulkuvirtaa voidaan rajoittaa verkon tähtipisteen ja maan potentiaalin väliin kytketyllä kuristimella.
Tässä työssä tutkitaan ALSTOM Grid oy:n valmistamien ilmasydämisten kuristinten konstruktion optimointia. Ilmasydäminen kuristin suunnitellaan aina asiakkaan tarpeeseen, eli jokainen kuristinkonstruktio on yksilöllinen. Kuristimen konstruktio voidaan suunnitella monella eri tavalla, mutta ainoastaan yksi niistä on optimaalinen. ALSTOM Grid oy valmistaa kuristimia kahdella valmistusteknologialla ja tutkimuksen avulla selvitetään raja-arvo teknologioiden väliselle kannattavuudelle. Tutkimuksessa pyritään myös selvittämään kuristimen optimaalinen konstruktio rajallisten lähtötietojen pohjalta. Konstruktiosta käsitellään kuristimen geometrian kannalta tärkeimmät parametrit, joita ovat kuristimen sisähalkaisija ja sähköisen kierroksen rinnakkaisten lankojen lukumäärä, eli käämintänippu ja käämityksen poikkipintaala.
Tilastollisesta analyysistä saatujen tulosten pohjalta selviää kuristimen optimaalinen konstruktio ja tärkeimmät tunnusluvut rajallisten lähtötietojen perusteella. Tuloksien avulla voidaan määrittää kuristimen lämpöhäviöt, alustavat valmistuskustannukset, massa, valmistusteknologia ja konstruktio tiedettäessä kuristimen induktanssi ja virta. Tulosten mukaan korrelaatio tutkittujen suureiden välillä on hyvä, ja käyrästöjen avulla voidaan kehittää kuristimien tarjoustoimintaa.