Børsteslitasje i vannkraftgeneratorer

Abstract

Diplomoppgaven er en gjennomgang av laboratorieundersøkelser foretatt i løpet av første halvår 2007 knyttet til børsteslitasje i vannkraftgeneratorer. Det er varierende hvorvidt børsteslitasje oppleves som et problem i norske kraftstasjoner. I de stasjoner hvor dette er tilfelle, er problemene først og fremst knyttet til børstestøvet, som legger seg på isolatorer og kan føre til krypstrømmer og overslag. Dette kan forårsake ikke-planlagte stopp av generatorer, noe som er forbundet med høye kostnader. I tillegg er det ønskelig at slitasjen fordeles jevnt mellom børstene, slik at tiden mellom hvert børstebytte blir så lang som mulig. Et laboratorieoppsett bestående av tolv kullbørster presset mot en roterende trommel, er blitt benyttet for å undersøke ulike parametres innvirkning på børsteslitasje i vannkraftgeneratorer. For børster koblet i parallell på samme strømkilde, er den utbredte oppfatningen og dermed hypotesen at slitasjen øker med økende strøm. Denne hypotesen har gjennom de utførte eksperimentene blitt bekreftet, og det har i tillegg blitt dokumentert at total slitasje øker lineært med ladning som passerer grenseflaten mellom børste og slepering. Det har blitt registrert en slitasjerate som i gjennomsnitt er 43 % høyere for positive børster enn for negative. Enkelte børster har i forsøkene blitt påtrykt en konstant strøm gjennom hver av slitasjeperiodene, det vil si at de ikke har vært koblet i parallell med andre børster, men direkte på en egen strømkilde. Strømmen fra denne kilden har i forkant av hver slitasjemåling blitt stilt inn på forskjellige verdier. Når det gjelder disse børstene, har det ikke blitt observert tilsvarende sammenheng mellom strøm og slitasje. For slike børster er det kun de positive som har vist en svak stigende trend med økende strøm. Observasjoner fra en slitasjeperiode med lav luftfuktighet, tyder på at slitasjen hos positive børster tiltar hurtigere når luftfuktigheten senkes, enn den gjør hos negative børster. De eksperimentelle resultatene tyder på at børsteslitasje benevnt per tidsenhet øker lineært med periferihastigheten på trommelen. Strømfordelingen er også betydelig jevnere ved lavere periferihastigheter. Dermed fører lavere periferihastighet både til lavere slitasje per tidsenhet og til mindre forskjeller i slitasje blant parallellkoblede børster. Mindre radius på sleperingen kan dermed redusere børstekostnadene betydelig, ved at tiden mellom børstebytte blir lengre, og at det blir mindre produsert børstestøv per tidsenhet. Ved å måle kontaktspenningsfall som funksjon av trommelhastighet, har det blitt dokumentert hvordan en rekke børstetyper reagerer på ulike hastigheter. Når en børste ikke tåler høye hastigheter, stiger spenningsfallet kraftig når denne hastigheten nærmer seg. Dette ble observert hos en av børstetypene som ble undersøkt. Overflaten til en rekke børster er blitt undersøkt i lys- og elektronmikroskop. Resultatene fra disse undersøkelsene tyder på at børster som leder mye strøm over en viss tid, vil vise spor av sleperingsmaterialet i overflaten.