Dielectric Characterization of Semi Conducting Field Grading Varnish for Hydro Generators

Abstract

Hovedformålet med dette arbeidet er å karakterisere en feltstyrende lakk som brukes i vannkraftgeneratorer. Lakken som er testet brukes i endeviklingene til generatorer. Den er laget for å utjevne feltkonsentrasjoner i overgangen mellom stator og luft i endeviklingene.

Dette arbeidet konsentrerer seg hovedsakelig om karakteriseringen og oppførselen til lakken. Den introduserer også anvendelse, formål og design rundt feltstyrende materialer. Dette arbeidet inkluderer flere målemetoder, beregninger og tilnærminger for å komme med akseptable resultater.

Den første karakteriseringen som ble gjort var ved hjelp av isolasjonsdiagnoseanalysatoren, IDA 200. Dette er en enhet som kan påtrykke høy spenning og et bredt spekter av frekvenser. Ulempen med denne enheten er at den bare kan levere en viss mengde strøm. Med store tap fra lakken var ikke dette den optimale løsningen.

En annen isolasjonsdiagnoseanalysator, IDAX 206, ble også brukt. For å bruke en høyere frekvens var det nødvendig med en ny analysator. I tillegg var dette måleapparatet utstyrt med et termisk skap. Dette gjorde det mulig å teste temperaturavhengigheten samtidig med felt- og frekvensavhengigheten.

Med en megger ble det utført en polarisering- og depolariserings måling for å få verdier til beregninger. Verdiene ble brukt til å produsere grafer som presenterer forholdet mellom det påførte elektriske feltet og ledningsevnen til lakken.

Til slutt ble det utført potensial målinger på overflaten av lakken. Målingene ble brukt til å se hvordan lakken påvirket det allerede eksisterende elektriske feltet som var tilstede uten lakk.

Resultatene av disse metodene som ble brukt viser forskjellige typer grafer og verdier. De mest brukte verdiene er tapsfaktoren tan 𝛿, den er også en av de mest interessante verdiene sammen med ledningsevnen og det målte overflatepotensialet. Resultatene viser at det er forskjellige avhengigheter når det gjelder lakkens tap. Temperatur, frekvens og elektrisk felt er parametrene som vurderes i dette arbeidet. Lakken har vist at den har mye høyere tap sammenlignet med et dielektrisk materiale. Materialets ledningsevne spiller en stor rolle her.

The main purpose of this work was to characterize a field grading varnish that was used in hydro generators. The varnish tested is used in the end-windings of generators. It is made to even out field concentrations in the transition between slot and air in the end-windings.

This work mainly focuses on the characterization and the behavior of the varnish. It is also introducing the use, purpose and design around field controlling materials. This project includes several measuring methods, calculations and approximations to end up with acceptable results.

The first characterization method used was the insulation diagnostic analyzer, IDA 200. This is a measuring device that can apply a high voltage and a wide range of frequencies. The inconvenience with this apparatus is that it can only deliver a certain amount of current. With great losses from the varnish, this was not the optimal solution.

The IDAX 206 was used to apply a higher frequency. It was equipped with a thermal cabinet, that made it possible to test the temperature dependency at the same time as the field and frequency dependency.

With a Megohmmeter, there was performed polarization and depolarization measurements to obtain values for calculation. The values were used to produce graphs that represented the relationship between the applied electric field and the conductivity of the varnish.

Finally, it was done a potential measurement on the surface of the varnish on several different test samples. These measurements were done to see how the varnish influenced the already existing electrical field present without varnish.

The results of these methods show different graphs and values. The most interesting measured values are the loss factor tan 𝛿, conductivity and the surface potential. The results show different dependencies when it comes to the losses of the varnish. Temperature, frequency and the electric field are parameters considered in this work. The varnish has much higher losses compared to a dielectric material and the conductivity of the material plays a major role here.