Kursplan för Högspänningsteknik 2

Kursplan fastställd 2023-01-31 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnHigh voltage technology
  • KurskodMTT040
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 21117
  • Max antal deltagare50 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0107 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		7,5 hp
  • 27 Okt 2023 em J
  • 05 Jan 2024 em J
  • 19 Aug 2024 fm J

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Kursen Högspänningsteknik 1 är rekommenderad men inte obligatorisk.
Utöver denna kurs ska studenten uppfylla de kursspecifika förkunskapskraven till MPEPO i Antagningsordningen.

Syfte

Kursen syftar till att förbereda studenterna för ingenjörsmässiga uppgifter som konstruktion, provning och underhåll av högspänningsutrustning i elkraftsystemet och i andra tekniska tillämpningar, baserat på förståelsen av de fysikaliska fenomen som är betydelsefulla för väl fungerande isolationssystem. Valet av adekvata processer och material som erbjuder de önskvärda elektriska egenskaperna (sammanbrotts- och överslagshållfasthet, jonisationsegenskaper, ledningsförmåga och polarisation) är centralt och ligger till grund för kunskapen om konstruktionskriterier för isolationsdimensionering och för de principer på vilka isolationsdiagnostiken vilar. Förståelsen av de fundamentala skillnaderna i isolationssystem för AC och DC är därvid av stor vikt.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Identifiera olika typer av komponenter och isolatorer i högspänningsställverk och elnät samt förklara de fenomen som kan leda till haveri; förstå kriterierna för val av isolatorer.
  • Redogöra för de isolationsmaterial och isolationssystem som används inom högspänningsteknologin och karakterisera deras egenskapers för- och nackdelar.
  • Beräkna eller uppskatta den elektriska fältstyrkan och fältfördelningen i realistiska isolationssystem utsatta för höga AC och DC spänningar; analysera vikten av geometrisk utformningen vid optimering av elektrisk fältfördelning.
  • Använda datorverktyg vid lösning av komplexa fältfördelningsproblem i olika högspänningskomponenter; presentera resultatet av simuleringarna och kommunicera dessa till medstudenter.
  • Redogöra för tillåtna nominella fältstyrkor i olika isolationssystem.
  • Redogöra för olika metoder för att styra den elektriska fältfördelningen i högspänningskomponenter.
  • Förklara de fysikaliska mekanismer som ligger bakom olika typer av elektriska urladdningar i gaser med tonvikt på streamer-, partiella barriär- och yturladdningar samt ljusbågar.
  • Beskriva inverkan av olika parametrar, såsom elektrodgeometri, temperatur, luftfuktighet och lufttryck på den elektriska hållfastheten i olika isolationsmaterial.
  • Utvärdera risken för partiella urladdningar i isolationssystem med defekter.
  • Definiera och beskriva mekanismerna för elektrisk ledning, polarisation och sammanbrott i gasformiga, flytande och fasta isolationsmaterial (dielektrika).
  • Identifiera dielektrisk respons i isolationsmaterial och isolationssystem; förklara hur mätningar av dielektrisk respons kan användas för diagnostik av högspänningskomponenter
  • Redogöra för de miljörisker olika isolationsmaterial kan medföra, föreslå hur man uppnår hållbara lösningar, reflektera över tekniska val ur etiskt perspektiv och hållbara aspekter.
  • Sammanfatta och diskutera resultatet av det genomförda projektet i en vetenskaplig rapport på ett etiskt motiverat sätt relaterat till plagiering och författarskap.

Innehåll

Kursen består av föreläsningar, övningar, laborationer, demonstrationer och ett projektarbete. I tillägg till detta så arrangeras också ett studiebesök till en tillverkare av högspänningsutrustning där också provninglaboratiorier visas.

Föreläsningar och övningar behandlar följande områden:
Elektriska fält: fältfördelning i realistiska dielektriska system; kapacitiva beräkningar; geometrisk, kapacitiv och resistiv fältstyrning; finita elementmetoden (FEM) för fältberäkningar
  • Sammanbrottsmekanismer i vakuum, gasformiga, flytande och fasta dielektrika, dvs streamermekanismen, korona, elektronegativa gaser, ljusbåge, ljusbågs- (ström-) brytning i gaser; bubbel- och partikelinitierade sammanbrott i vätskor; intrinsiskt och termiskt sammanbrott samt sammanbrott initierat av partiella urladdningar; trädbildning i fasta material
  • Ledning och polarisation: lednings- och polarisationsmekanismer i isolerande media; dielektrisk respons; begreppen resistivitet (konduktivitet), primitivitet och dielektriska förluster
  • Isolationsmaterial och -system: realistiska isolationssystem - organiska och icke-organiska isolationsmaterial; impregnerad isolation; komposit isolation; åldring och förväntad livslängd
  • Isolation för DC: material för DC-tillämpningar; kapacitiv och resistiv fältfördelning inklusive transienta förhållanden; inverkan av yt- och rymdladdningar; principer för mätning av laddningsfördelning; inverkan av termiska gradienter
  • Avancerad mätteknik/diagnostic: mätning av resistivitet, dielektrisk respons och partiella urladdningar (PD); karakterisering av dielektriska system med hjälp av dielektrisk respons; Scheringbryggan, icke-elektrisk detektering och lokalisering av partiella urladdningar (PD), PD-mönster och felidentifiering
  • Fenomen på ytor: elektrisk hållfasthet av isolationssystem innehållande gränsytor; utomhusisolation; överslag över nedsmutsade ytor; komposita isolatorer

Två obligatoriska laborationer ingår i kursen:
  • Elektriskt sammanbrott i luft
  • Diagnostik av isolationssystem (tg δ, PD)

En obligatorisk demonstration behandlar mätning av dielektrisk respons i frekvensdomän och hur resultatet analyseras och representeras ur ett elektriskt perspektiv.

Vidare ingår en obligatorisk projektuppgift vilken syftar till att befästa kunskaperna i elektriska fältberäkningar. I projektet introduceras och används den FEM-baserade mjukvaran Comsol Multiphysics. Projektgrupperna har att välja mellan följande fem projekt:
  • Isolatorkedja med kåp-pinnisolatorer,
  • Genomföring,
  • Kabelavslutning,
  • Luft- och kabelledningar,
  • SF6-brytare

Organisation

Kursen omfattar ca 16 föreläsningar (2 x 45 min), 6 övningar (2 x 45 min), 3 projektkonsultationer (2 x 45 min), 1 demonstration (4 h), 2 laborationer (4 h vardera) och ett 12 h studiebesök till en tillverkare av högspänningsutrustning. Ett projektredovisningstillfälle (3 h) och konsultationstid inför tentamen (3 h) ingår också.

Litteratur

Andreas Kühler, High Voltage Engineering: fundamentals - technology - applications, Berlin, Germany : Springer Vieweg, 2018, 650p., ISBN 978-3-642-11992-7 (eBook ISBN 978-3-642-11992-4)

Examination inklusive obligatoriska moment

Skriftlig tentamen. Betygsskala: U, 3, 4 or 5. Godkända laborationer med tillhörande rapporter. Projektarbete samt skriftlig och muntlig presentation av arbetet. Deltagande i studiebesök.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.