Innvirkning av HVDC-komponent med overlagrede transienter på vanntrevekst i PEX-isolasjon

Abstract

Produksjon av elektrisk kraft fra offshore vindparker vil trolig bli en stor utfordring i fremtiden. Norges forskningsråd har i den forbindelse tilfelt SINTEF Energi femårsprosjektet; «High Voltage AC and DC Subsea Cables for Offshore Wind Farms and Transmission Grids». Denne masteroppgaven er en del av dette prosjektet. Kraftelektronikken som benyttes ved HVDC omformere vil påkjenne kabelisolasjonen en DC spenning med overlagrede transienter. Effekten av denne påkjenningen er ukjent. Hovedformålet med denne oppgave er å undersøke hva effekten av denne spenningspåkjenningen har på vanntrevekst i våt PEX-isolasjon over tid, samtidig å undersøke påvirkningen til DC-spenningen.Laboratorieforsøk er gjennomført på Rogowski-kopper med en isolasjonstykkelse på 1,25 mm. 20 saltpartikler var plassert mellom nedre halvleder og isolasjonen for framskyndelse av initiering og vekst av vanntrær. Testobjektene var fylt med demineralisert vann i en uke før spenningspåkjenningen, for forsikring om at isolasjonen var mettet med vann. Forsøket og prekondisjoneringen foregikk ved 30 °C.Det elektriske oppsettet skulle simulere spenningspåkjenningen kabelisolasjonen opplever ved en HVDC omformer. Det ble gjennomført to forskjellige forsøk, hvor det ikke ble benyttet DC-spenning i forsøk nummer to. Det elektriske feltet påtrykt testobjektene var 15 ± 2,05 kV/mm og ± 2,05 kV/mm, med en frekvens på 15 kHz. Testobjektene ble tatt ut vilkårlig etter en, to og tre ukers aldring for undersøkelse av vanntrevekst. Antall og lengde på vanntreene ble notert, for analysering av endring i tetthet og lengste vanntre. Testobjektene ble behandlet identisk ved begge forsøk, så eneste forskjell mellom forsøkene var det elektriske feltet. Resultatet fra forsøket med høyfrekvent AC var motstridende med teoretisk grunnlag, og det ble følgelig stor tvil til kredibiliteten til resultatet. Da resultatet var utroverdig og stor tvil tilknyttet årsaken, ble det ikke funnet ut påvirkningen DC-spenningen har. Forsøket anbefales å gjennomføres på nytt, hvor resultatene fra dette forsøket ikke kan benyttes. Resultatet fra påkjenningen av HVDC med overlagrede transienter viste rask aldring, og det var etter tre ukers aldring kun 85 μm fra gjennomslag. Lengste ventilerte vanntre hadde etter tre ukers aldring flere vanntrær som hadde brutt mer enn 70 % av isolasjonen, slikt at forsøket kan ikke ha lengre forsøksvarigheten siden risikoen for gjennomslag blir høy. Tettheten av vanntrær økte betraktelig utover forsøksvarigheten, dette medførte at gjennomsnittslengden til vanntreene holdt seg tilnærmet stabil gjennom aldringstiden.