PD-testing av høytemperatur motorkabel

Abstract

Det er viktig å få testet kabler for partielle utladninger (PD), da partielle utladninger over tid kan skade kabelen og føre til gjennomslag.

Hovedfokuset i denne masteroppgaven har vært å PD-teste motorkabler uten ytre halv- leder som i hovedsak blir brukt i neddykkbare elektriske pumper (electrical submersible pumps, ESP). Produsenter av denne typen kabler har problemer med å teste kablene for partielle utladninger, fordi kablene ligger i vann og det da oppstår partielle utladninger i luftbobler på overflaten av isolasjonsmaterialet.

Det er gjort forsøk der kabelen er lagt i vann tilsatt Tween 80, og forsøk der kabelen har ligget i rent vann. Ved å tilsette 10 \% Tween 80 i vann, vil overflatespenningen reduseres så mye at det ikke dannes luftbobler på overflaten av isolasjonsmaterialet. Det vil ikke oppstå partielle utladninger i en frisk kabel dersom det ikke er noen luftbobler på kabelens overflate. Det er derfor lagt mest fokus på forsøk der kabelen har ligget i rent vann.

Det vil kun oppstå partielle utladninger i luftbobler på kabelens overflate når kabelen ligger i rent vann dersom det er surret en metalltråd rundt kabelen.

I forsøk der luftboblene ble fjernet, og det deretter ble initiert luftbobler manuelt med en sprøyte, har det vist seg at det trengs mange luftbobler for at det skal registreres partielle utladninger. 11 luftbobler gir ikke utladninger, mens 300 luftbobler gir utladninger. Tenn- spenningen varierer fordi systemet er dynamisk, men i 4 av 5 forsøk der det ble lagt på 300 luftbobler var tennspenningen 12.5 kV.

Antall partielle utladninger og utladningenes størrelse reduseres ved en konstant spenning på 20 kV i 2 timer. Dette er fordi mange luftbobler sprekker opp eller beveger seg slik at de ikke lenger blir påvirket av den påtrykte spenningen.

Luftbobler sprekker ofte opp ved at to nærliggende luftbobler går sammen og deretter sprekker opp. Større luftbobler sprekker ofte opp uten å gå sammen med en nærliggende luftboble. At luftbobler beveger seg, går sammen og sprekker opp er observert også før det oppstår partielle utladninger. Når mange nok luftbobler påvirkes av den påtrykte spenningen, vil det oppstå partielle utladninger.

COMSOL Multiphysics ble brukt for å modellere laboratorieforsøkene. Det har vist seg at det elektriske feltet vil være høyere i en luftboble med større kontaktareal mot kabelen enn en luftboble med et lite kontaktareal mot kabelen. Spenningen i et område på 0.1 mm ble regnet ut til å være 100 V i en luftboble med diameter 2 mm, der luftboblen var en halvkule.