Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorMauseth, Frank
dc.contributor.advisorHvidsten, Sverre
dc.contributor.authorHenry, Jordan
dc.date.accessioned2019-10-24T14:01:16Z
dc.date.available2019-10-24T14:01:16Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2624267
dc.description.abstractFor å kunne utvikle dynamiske undervannskabler med en konkurransedyktig levetid, behøves det kunnskap om hvordan vanntrær forplanter seg i materialet. Det har blitt gjennomført en litterær vurdering av faktorene som påvirker vanntrærenes vekst. Fokuset i denne oppgaven er dispersjon, overmetning, hydrostatisk trykk, elektrostriktive krefter, ionisk hydrering og hvilken effekt den termiske syklusen har på disse faktorene. Eksperimenter ble gjennomført på seksti Rogowski formede testobjekter som ble produsert med en tykkelse på 0,7 mm. Halvparten av de produserte testobjektene inneholdt tjue natriumklorid urenheter, som ble holdt inne i XLPE isolasjonsmaterialet. Natriumklorid ble anvendt for å legge til rette for vekst av vanntrær slik at studien kunne gjennomføres. Et eksperimentelt oppsett ble utviklet inne i et Votsch Industrietechnil VC$^3$ 4034 klimaskap for å aldre testobjektene over en treukersperiode. Oppsettet var i stand til å kjøre testobjektene i partier på tjue, fra 90$^\circ$C til 50$^\circ$C. Det ble gjennomført tre ulike aldringseksperimenter, og i hvert parti ble ti testobjekter energisert til henholdsvis 10 kV/mm og 3kV/mm. Det første eksperimentet ble gjennomført i en syklusrate på 1$^\circ$C/min og dette ble gjentatt trettifem ganger. Det andre ble gjennomført i en syklusrate på 0,1$^\circ$C/min, og også der ble det gjennomført trettifem sykluser. Det tredje aldringseksperimentet hadde en konstant temperatur på 90$^\circ$C over tre uker. Alle andre eksperimentelle aspekter inkludert testobjektene, var identiske. Da aldringseksperimentene var gjennomført, ble alle de seksti testobjektene utsatt for en nedbrytningsprosess. Dette ble gjort tilfeldig der aldringsparameterne var ukjente for eksperimentatoren til et sammenbrudd hadde oppstått. Denne nedbrytningstestingen ble gjennomført med en 50 Hz AC strømkilde og en 220 v/100 kV transformator. Spenningen ble påført i trinn på 2kV med en to minutters pause mellom hvert trinn. Nedbrytningstestingen avslørte en 29,21\% degradering av strømmen i objektene med en syklusrate på 0,1$^\circ$C/min sammenlignet med de som ble utsatt for en konstant temperatur på 90 $^\circ$C. Begge settene sammenlignet ble eldet ved 10 kV/mm med natriumklorid. Strømmen ble ytterligere redusert når syklusraten ble økt fra 0,1$^\circ$ C/min to 1 C/min, men denne gangen kun med 10,02 %. Alle de seksti testobjektene opplevde vekst av vanntrær gjennom aldringsprosessen. Lengden på det lengste vanntreet ble observert å øke med frekvensen av thermal cycling. Flere store hulrom ble oppdaget i prøvene ved natriumkloridets inclusions. Disse deformasjonene ble funnet i prøver som ble aldret ved begge thermal cycling rates. Hulrom som ble funnet i prøver som ble aldret ved en thermal cycling rate på 1 $^\circ$C/min ble oppdaget å være mer stive og unormale i strukturer med høyrere forekomst av begynnende vanntrær. Fire av ti testobjekter ladet ved 10 kV/mm med natriumklorid, ble brutt ned før aldringsprosessen var komplett. Ved inspeksjon av objektene ble det oppdaget vanntrær der sammenbrudd hadde skjedd. Dette har ført til påstanden om at vann sannsynligvis vil overbygge den 700µm isolasjonen fullstendig.
dc.description.abstractIn order to develop dynamic wet power cables with a competitive operational life, a greater understanding of water tree initiation and propagation must be ascertained. A literary review has been undertaken of the known factors that influence water tree initiation and growth. The focus of the theoretical review hinges on: dispersion, supersaturation, hydrostatic pressure, electrostrictive forces, ionic hydration and the implications varying the thermal cycling rate has on them. Experimental work was conducted on sixty Rogowski shaped test objects that were produced with an insulation thickness of 0.7 mm. Half of the manufactured test objects contained twenty sodium chloride impurities trapped within the XLPE insulation material. The sodium chloride inclusions were employed to help facilitate water tree growth for the purpose of the study. An experimental setup was developed inside a Votsch Industrietechnil VC$^3$ 4034 climate chamber to age the test objects over a three week period. The experimental set up was capable of cycling the test objects in batches of twenty from 90$^\circ$C to 50$^\circ$C. Three sets of aging experiments were performed and within each batch ten test objects were energized to both 10 kV/mm and 3 kV/mm. The first experiment was performed at a cycling rate of 1$^\circ$C/min and cycled thirty five times. The second, was performed at a cycling rate of 0.1$^\circ$C/min and also experienced thirty five cycles. The third aging experiment was performed at a constant 90$^\circ$C over the entire three week duration. All other experimental aspects including the test objects themselves were identical. Once the aging experiments had concluded breakdown testing was applied to all sixty test objects. The breakdown testing was done in blind fashion where the aging parameters were unknown to the experimenter until a breakdown had occurred. The breakdown testing was executed with a 50 Hz AC voltage source and a 220 V/100 kV transformer. The voltage was applied in 2 kV steps and allowed a settling time of two minutes between voltage steps. The breakdown testing revealed a substantial 29.21 \% degradation of the median breakdown voltage in objects cycled at 0.1$^\circ$C/min compared to those aged at a constant 0$^\circ$C. Both sets of objects compared were aged at 10 kV/mm with NaCl inclusions. The median breakdown voltage was further reduced when the thermal cycling rate was increased from 0.1$^\circ$C/min to 1$^\circ$C/min, however, this time by only 10.02\%. All sixty test objects experienced water tree initiation and growth during the aging process. The length of the longest water tree, as well as, the qualitative water tree density were observed to increase with the rate of thermal cycling. Several large cavities were discovered throughout the samples at the NaCl inclusions points. These deformations were found in samples aged at both thermal cycling rates. Cavities found within samples aged at a thermal cycling rate of 1$^\circ$C/min were found to be more rigid and abnormal in structure with a higher rate of water tree inception and propagation. Four out of ten test objects, charged at 10 kV/mm with NaCl inclusions, suffered a breakdown before the aging duration had culminated. Upon inspection of the affected objects water trees were discovered around where breakdown had occurred. This has led to the assertation that water is likely to have completely bridged the 700 $\mu m$ insulation.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleNext Generation High Voltage Subsea Transmission Cables: Influence of electric field, NaCl impurities and thermal cycling rate on insulation lifetime.
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel