| dc.description.abstract | Før HVDC-kabler med isolasjonssystemer bestående av oljeimpregnert papir installeres utføres fabrikasjonstester, hvorav en av de viktigste prøvene går ut på å påføre DC spenning med overlagret lynimpuls. Denne prøven består av en spesifikk rutine som innebærer å påføre driftsspenning i relativt lang tid, før lynimpulser av motsatt polaritet påføres. Dette har vært den veiledende rutinen i mange år, men det finnes lite eksperimentell publisert data som kan verifisere om en slik rutine bør være dimensjonerende eller ikke. Hensikten med dette prosjektet var derfor å undersøke holdfastheten til oljeimpregnert papirisolasjon som utsettes for DC spenning med overlagret lynimpuls. Dette med spesielt fokus på innvirkningen av tid for påsatt DC spenning og lynimpulsens polaritet i forhold til DC spenningen.
Testene i dette prosjektet ble utført med en oppkobling som gjorde det mulig å påføre både impulsspenning og likespenning samtidig. Videre var testobjekter bestående av 5 lag med oljeimpregnert papir plassert mellom to elektroder tilkoblet kretsen. Disse testobjektene var ment å etterligne faktiske driftsforhold i en kabel, og bestod derfor av konfigurasjoner med enkelt butt gap, uten butt gap, og dobbelt butt gap. Gjennomslagsspenningen/holdfastheten til disse objektene ble målt ved å påføre en fast DC spenning før lynimpulser av økende størrelse ble påført. For å undersøke hvordan tiden DC ble påført, og i tillegg hvordan lynimpulsens polaritet i forhold DC spenningen påvirket gjennomslagsspenningen, ble spenningspolaritetene og tiden for påført DC spenning variert gjennom testene.
Resultatene fra testene viste at gjennomslagsspenningen over testobjektene er lavest når DC spenning påføres i lang tid, sammenlignet med kort tid. Det ble også observert at lynimpulser av motsatt polaritet av DC spenningen ga lavere gjennomslagsspenning enn lynimpulser av lik polaritet som DC spenningen. Gjennom statistiske analyser av gjennomslagsspenningen viste det seg at den laveste totale spenningsverdien med 10% sannsynlighet for gjennomslag oppsto på testobjektet med dobbelt butt gap. Denne spenningen hadde en størrelse målt til 28.6 kV og var tilfelle når DC spenningen var påsatt i 3 timer, før lynimpulser av motsatt polaritet ble påført. Disse resultatene er begrunnet gjennom feltteori og simuleringer av det elektriske feltet i papiret og butt gapet. Det ble vist at kanten av butt gapet er spesielt sensitivt. | |
| dc.description.abstract | One of the essential checkpoints when performing factory acceptance tests on HVDC cables with oil-impregnated paper insulation is the superimposed lightning impulse voltage test. This test consists of a routine where the insulation is charged with nominal operating DC voltage for a relatively long time before lightning impulses of opposite polarity to the DC are applied. The routine has been indicative for years, but still, there is little published experimental data to verify whether it should be dimensioning. Therefore, in this master project, the breakdown strength of insulation samples of oil-impregnated paper is tested at DC with superimposed lightning impulse voltage, focusing primarily on the DC pre-stress time and impulse voltage polarity.
The tests are performed by exploiting a laboratory setup that allows test objects to be stressed with both DC voltage and lightning impulse voltage at once. Furthermore, five layers of oil-impregnated paper sheets were placed between two electrodes connected to this setup. These test objects were differentiated into three configurations with spacings/butt gaps that replicate an actual cable in operation, namely; no butt gaps, single butt gaps, and double butt gaps. Breakdown voltages of these configurations were then found by applying a fixed DC voltage while using the rising voltage test procedure, with steps of increasing lightning impulse voltage. To investigate the influence of DC pre-stress time and impulse voltage polarity, the time parameter and voltage polarity parameter was varied through test sets.
Based on the test results, it was seen that when a superimposed lightning impulse voltage test is performed on oil-impregnated paper insulation, the breakdown voltage is lower when the DC voltage is applied for a long time versus a short time. Moreover, it was seen that a lightning impulse voltage of opposite polarity to the DC voltage provided a lower voltage magnitude at breakdown, compared to that of an impulse voltage of equal polarity to the DC voltage. Furthermore, the critical voltage stress obtained from all of the tests, i.e., the lowest superimposed voltage magnitude to provide a 10% probability of breakdown was measured to 28.6 kV. This occurred for the configuration with a double butt gap when DC pre-stressing lasted for 3 hours before lighting impulses of opposite polarity to the DC were applied. These results are justified by field-theory and simulations of the electric field in the paper and butt gaps, suggesting that the butt gap edge is especially sensitive to superimposed impulse voltages. | |