VLF-menetelmät osana suurjännitelaitteiden eristerakenteiden kunnonvalvontaa
Moisio, Juho (2021)
2021
Tieto- ja sähkötekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Computing and Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-18
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105034280
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105034280
Tiivistelmä
Erittäin matalia taajuuksia (engl. Very Low Frequency, VLF) hyödyntäviä menetelmiä voidaan käyttää suurjännitelaitteiden eristysten kunnonvalvonnassa perinteisempien DC-testien ja 50 Hz:n taajuudella toteutettujen AC-testien sijasta. Tässä työssä selvitetään kirjallisuusselvityksen muodossa syitä erittäin matalia 0,1 Hz:n taajuisia suurjännitteitä hyödyntävien VLF-menetelmien käytölle suurjännitelaitteistojen eristyksien kunnonvalvonnassa. Työ on rajattu käsittelemään VLF-menetelmien soveltuvuutta kaapelijärjestelmien ja pyörivien sähkökoneiden eristyksien kunnonvalvontaan.
Työn teoriaosuudessa esitellään sähköisien eristeiden käyttäytymistä sähkökentässä, eristeen kuntoon vaikuttavia tekijöitä sekä työn rajauksen kannalta oleellisimpia käytännön eristerakenteita. Työn loppuosassa esitellään VLF-menetelmiä yleisesti ja arvioidaan niiden soveltuvuutta eristerakenteiden kunnonvalvontaan tutkimustuloksiin, standardeihin ja työn teoriaosuuteen pohjautuen.
Työssä selvisi, että perinteisimmissä kunnonvalvontamenetelmissä DC- ja AC-jännitteillä on tiedostetusti huonoja puolia. DC-jännitteet altistavat muoviseristeet avaruusvarauksen muodostumisen uhan alle. Tämä varausjakauma säilyy eristeessä pitkiäkin aikoja ja aiheuttaa eristerakenteessa kentänjakauman vääristymiä. Testin jälkeisessä käyttörasituksessa tämä vääristymä rasittaa eristerakennetta, ikäännyttäen sitä ja aiheuttaen pahimmillaan sähköpurkauksia eristeessä heikentäen sen kuntoa edelleen. Lisäksi DC-testi ei luo AC-käyttöön tarkoitettuun eristeeseen käyttötilannetta mukailevaa sähköistä rasitusta. Käyttötaajuudella (50 Hz) suoritetut AC-testit vaativat kapasitiivisen kuorman varaamiseen niin paljon loistehoa, että siirrettäviä ja kenttäkäyttöön soveltuvia järjestelmiä on epäkäytännöllistä rakentaa, varsinkin suurilla jännitetasoilla. 0,1 Hz:n taajuisia suurjännitteitä hyödyntämällä loistehontarve on ainoastaan 1/500 käyttötaajuiseen verrattuna, eikä avaruusvarausta todennäköisesti muodostu muovieristeeseen tällä taajuudella. Lisäksi VLF-menetelmillä kyetään havaitsemaan sellaisia vikapaikkoja eristeissä, joita muilla menetelmillä ei kyetä havaitsemaan.
Työn lopuksi todetaan, että VLF-menetelmät ovat perustellusti käyttökelpoisia kunnonvalvontamenetelmiä, mutta suoritettujen testausten yhteydessä tehdyt diagnostiset kunnonvalvontatestit tuottavat erisuuruisia tunnuslukuja eristeen tilasta verrattuna käyttötaajuiseen mittaukseen. Tunnuslukuja voidaan käyttää eristeen kunnonvalvontaan, mutta tulosten tulkintaan voi kulua suurempi määrä aikaa vertailutulosten puutteen vuoksi. Matalan taajuuden vuoksi VLF-menetelmillä suoritettujen testien tulee lisäksi olla ajallisesti pidempikestoisia, jotta saadaan vertailukelpoisia tuloksia.
Työn teoriaosuudessa esitellään sähköisien eristeiden käyttäytymistä sähkökentässä, eristeen kuntoon vaikuttavia tekijöitä sekä työn rajauksen kannalta oleellisimpia käytännön eristerakenteita. Työn loppuosassa esitellään VLF-menetelmiä yleisesti ja arvioidaan niiden soveltuvuutta eristerakenteiden kunnonvalvontaan tutkimustuloksiin, standardeihin ja työn teoriaosuuteen pohjautuen.
Työssä selvisi, että perinteisimmissä kunnonvalvontamenetelmissä DC- ja AC-jännitteillä on tiedostetusti huonoja puolia. DC-jännitteet altistavat muoviseristeet avaruusvarauksen muodostumisen uhan alle. Tämä varausjakauma säilyy eristeessä pitkiäkin aikoja ja aiheuttaa eristerakenteessa kentänjakauman vääristymiä. Testin jälkeisessä käyttörasituksessa tämä vääristymä rasittaa eristerakennetta, ikäännyttäen sitä ja aiheuttaen pahimmillaan sähköpurkauksia eristeessä heikentäen sen kuntoa edelleen. Lisäksi DC-testi ei luo AC-käyttöön tarkoitettuun eristeeseen käyttötilannetta mukailevaa sähköistä rasitusta. Käyttötaajuudella (50 Hz) suoritetut AC-testit vaativat kapasitiivisen kuorman varaamiseen niin paljon loistehoa, että siirrettäviä ja kenttäkäyttöön soveltuvia järjestelmiä on epäkäytännöllistä rakentaa, varsinkin suurilla jännitetasoilla. 0,1 Hz:n taajuisia suurjännitteitä hyödyntämällä loistehontarve on ainoastaan 1/500 käyttötaajuiseen verrattuna, eikä avaruusvarausta todennäköisesti muodostu muovieristeeseen tällä taajuudella. Lisäksi VLF-menetelmillä kyetään havaitsemaan sellaisia vikapaikkoja eristeissä, joita muilla menetelmillä ei kyetä havaitsemaan.
Työn lopuksi todetaan, että VLF-menetelmät ovat perustellusti käyttökelpoisia kunnonvalvontamenetelmiä, mutta suoritettujen testausten yhteydessä tehdyt diagnostiset kunnonvalvontatestit tuottavat erisuuruisia tunnuslukuja eristeen tilasta verrattuna käyttötaajuiseen mittaukseen. Tunnuslukuja voidaan käyttää eristeen kunnonvalvontaan, mutta tulosten tulkintaan voi kulua suurempi määrä aikaa vertailutulosten puutteen vuoksi. Matalan taajuuden vuoksi VLF-menetelmillä suoritettujen testien tulee lisäksi olla ajallisesti pidempikestoisia, jotta saadaan vertailukelpoisia tuloksia.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10516]