Sähköenergiajärjestelmien perusteet (5op)

Osaamistavoitteet

Opintojakson jälkeen opiskelija osaa arvioida sähköenergian ja luotettavan sähköenergiajärjestelmän merkitystä yhteiskunnalle, osaa kertoa perusperiaatteet primäärienergian muuntamisessa sähköenergiaksi sekä osaa nimetä sähköenergian tuottamiseen, siirtämiseen ja hyödyntämiseen liittyvät peruslaitteet. Opiskelija osaa yleisellä tasolla selittää sähkömarkkinoiden toimintaperiaatteet sekä sähköturvallisuuden varmistamisen menetelmät ja toimintaperiaatteet. Opiskelija osaa selittää vaihtosähkön tuottamiseen liittyvät fysikaaliset ilmiöt ja perusperiaatteet, osaa selittää ja käyttää sähköenergiatekniikan peruskäsitteitä sekä ratkaista yksinkertaisia yksi- ja kolmivaiheisiin vaihtosähköpiireihin liittyviä laskutehtäviä osoitinlaskennan perusperiaatteita käyttäen. Opiskelija osaa ottaa huomioon erilaisten peruskytkentöjen vaikutukset kolmivaiheisten vaihtosähköpiirien toimintaan ja suureisiin. Opiskelija osaa selittää kolmivaihemuuntajan, oikosulkumoottorin ja tahtigeneraattorin toimintaperiaatteen sekä mallintaa muuntajan ja sähköjohdon sähköverkon osana ja laskea erilaisiin kuormitus- ja vikatilanteisiin liittyviä jännite-, virta- ja tehosuureita.

Sisältö

YdinsisältöTehoelektroniikan komponentit. Tasa- ja vaihtosuuntaajan, hakkurin sekä invertterin toimintaperiaate. Esimerkkejä tehoelektroniikan sovelluksista. Sähköenergian kulutuksen ja tuotannon tasapaino sekä kysyntäjousto. Hajautettu tuotanto, uusiutuva energia ja sähköenergian pientuotanto. Sähkömarkkinat ja Smart Grids. Tasasähköjärjestelmät.Sähköenergiajärjestelmän edut, rakenne ja tehtävät, sähköenergiatekniikan historia ja kolmivaiheisen vaihtosähköjärjestelmän synty. Luotettavan sähkövoimajärjestelmän merkitys yhteiskunnalle.Primäärienergialähteet ja sähköenergian tuottaminen: höyryvoimala, vesivoimala, tuulivoimala, aurinkovoimala, muut sähköenergian tuotantomuodot. Sähköntuotannon ympäristövaikutukset.Sähkötekniikan peruskäsitteet, osoitinsuureet ja niiden laskenta. Eri tyyppiset impedanssit ja impedanssien aiheuttama jännitehäviö tai jännitteenalenema. Vaihtosähkön pätöteho, loisteho ja näennäisteho sekä tehokerroin ja tehohäviöt.Kolmivaihejärjestelmä ja sen edut. Esimerkkejä kolmivaihekuormista sekä kolmivaihejärjestelmän jännitteiden, virtojen ja tehosuureiden laskentaPienjänniteverkon rakenne, sähkötapaturmat, sähköturvallisuussäädökset ja ns. maallikkotyöt. Menetelmät sähkönkäyttäjän turvallisuuden varmistamiseksi. Vaihtosähkösuureiden ja sähköenergian mittausYksinkertaiset magneettipiirit, niihin liittyvät fysikaaliset ilmiöt ja perussuureet sekä magneettipiirien laskeminen.Muuntajan rakenne, toimintaperiaate ja mallintaminen. Kolmivaihemuuntaja ja sen kytkennät. Yksi- ja kolmivaihemuuntajien sijaiskytkennän arvojen laskeminen.Sähkömagneettinen induktio. Oikosulkumoottorin ja tahtigeneraattorin toimintaperiaate. Kolmivaihekoneen kiertokenttä.