Romladningsfordeling i PEX-isolerte HVDC-kabler
Master thesis
Date
2011Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2474]
Abstract
Produksjon av elektrisk energi fra flytende vindturbiner er for tiden et stort satsingsområde for mange kraftselskaper. Vindturbinene kobles til distribusjonsnettet på land ved hjelp av sjøkabler. Avstanden til land er lang og derfor er det ønskelig å bruke HVDC-kabler til å overføre energien. I dette prosjektet blir det sett på utfordringer knyttet til å bruke HVDC-kabler med ekstrudert polymerisolasjon. Hovedtemaet er dannelsen av romladninger i isolasjonsmaterialer og hvordan dette er avhengig av påtrykt spenning i kabelen. Romladninger er undersøkt i to materialer; AC-materiale (LS4201S) og HVDC-materiale (LE4253). Det er også sett på konduktiviteten gjennom AC-materialet, og hvordan denne er avhengig av påtrykt spenning og temperatur. De to materialene som er undersøkt er relativt like, og begge er PEX-materiale. Det ble fremstilt flate prøveobjekter av materialene, og utført romladningsmålinger på de ved hjelp av PEA-metoden. Resultatene viser at dannelsen av romladninger starter ved 10 kV/mm i AC-materialet mens ved 12,5 kV/mm i HVDC-materialet. Romladninger er et uønsket fenomen og det er derfor gunstig at det starter ved et høyere elektrisk felt. Det er undersøkt ulike feltstyrker opp til 20 kV/mm i begge materialene, over lang tid. I AC-materialet er den maksimale tiden som er undersøkt 8 døgn mens i HVDC-materialet er den 14 døgn. Romladningstettheten øker raskt den første tiden etter at spenningen blir satt på og etter lang tid stabiliserer den seg på en verdi som er avhengig av styrken på det påtrykte feltet, og av materialet. Både i AC-materialet og HVDC-materialet er de største romladningstetthetene ved elektrodene, og ladningene har motsatt polaritet som den nærmeste elektroden. Dette er heteroladninger som bidrar til lokale feltforsterkninger ved elektrodene. Den lokale feltforsterkningen ble funnet til å være maksimalt 10 % i AC-materialet og 5 % i HVDC-materialet. Grenseflaten mellom isolasjon og elektrode er et sårbart område i en kabel og feltforsterkninger der vil øke sannsynligheten for overslag, og dermed havari av kabelen. Konduktiviteten i AC-materialet er undersøkt ved elektriske feltstyrker i intervallet fra 2,5 kV/mm til 20 kV/mm ved temperaturene 40, 60 og 80 °C. Det ble gjort forsøk både på Rogowski-kopper med tørt og fuktig isolasjonsmaterialet og på en 12 kV kabel. Konduktiviteten gjennom materialet ble funnet til å være: for henholdsvis tørt materiale, fuktig materiale og i en kabel. Den mest sannsynlige ledingsmekanismen ble funnet å være ionisk hopping.