Metalloitujen ohutkalvokondensaattoreiden ominaisuudet tasajännitteellä
Rinne, Tuomo (2011)
2011
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2011-08-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011082514771
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-2011082514771
Tiivistelmä
Vaihtovirtajärjestelmän ollessa tällä hetkellä vallitseva sähkönjakelumuoto myös suurin osa sähköenergiatekniikassa käytetyistä kondensaattoreista on suunniteltu vaihtovirtakäyttöä ajatellen. Tasajännitekäyttö on kuitenkin yleistymässä pitkien kaapeliyhteyksien yleistymisen myötä, joita käytetään esimerkiksi avomerellä olevien tuulivoimapuistojen ja rannikon välillä.
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia eristemateriaalina metalloitua polypropeenia käyttävien ohutkalvokondensaattoreiden ominaisuuksia tasajännitteellä. Lisäksi työn aikana selvitetään samalla kyseisten mittausten totetuttamismahdollisuksia Tampereen teknillisen yliopiston suurjännitelaboratoriossa. Työn aluksi käydään läpi eristeiden perusteoriaa, polymeerien ominaisuuksia ja erilaisten kondensaattoreiden rakennetta ja käyttöä, minkä jälkeen esitellään käytetyt mittausjärjestelyt ja -menetelmät ennen tulosten käsittelyä.
Työssä mitattiin kondensaattoreiden sisäistä resistanssia eli vuotovirtaa ja läpilyöntilujuutta, jotka ovat keskeisiä suureita tasajännitekäyttöä ajatellen. Vuotovirtaa mitattiin kahdella eri menetelmällä: sisäisellä purkautumisella ja nopeutetulla sisäisellä purkautumisella. Sisäisen purkautumisen todettiin antavan luotettavamman tuloksen vuotovirran tasosta kuin nopeutetun sisäisen purkautumisen. Nopeutettu purkautuminen olisi kuitenkin menetelmänä todennäköisesti mahdollista toteuttaa luotettavammin paremmilla mittausjärjestelyillä. Sisäisen resistanssin mitattiin olevan satojen gigaohmien suuruusluokkaa ja sen huomattiin laskevan merkittävästi jo lämpötilassa 60◦ C. Avaruusvarauksen kertymisen huomattiin vaikuttavan merkittävästi mitattuihin tuloksiin.
Läpilyöntilujuutta tutkittiin metalloitujen ohutalvokondensaattoreiden itseparantuvan rakenteen avulla lämpötilan funktiona. Tulosten perusteella läpilyöntilujuus laskee voimakkaasti, kun lämpötila T > 50◦ C. Lisäksi läpilyöntilujuuden todettiin kasvavan hieman siirryttäessä isotaktisen polypropeenin lasittumislämpötilan alapuolelle, mutta pienevän jälleen siirryttäessä kohti edelleen matalampia lämpötiloja. Tuloksien analysoinnissa hyödynnettiin sekä Weibull- että normaalijakaumaa. /Kir11
Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia eristemateriaalina metalloitua polypropeenia käyttävien ohutkalvokondensaattoreiden ominaisuuksia tasajännitteellä. Lisäksi työn aikana selvitetään samalla kyseisten mittausten totetuttamismahdollisuksia Tampereen teknillisen yliopiston suurjännitelaboratoriossa. Työn aluksi käydään läpi eristeiden perusteoriaa, polymeerien ominaisuuksia ja erilaisten kondensaattoreiden rakennetta ja käyttöä, minkä jälkeen esitellään käytetyt mittausjärjestelyt ja -menetelmät ennen tulosten käsittelyä.
Työssä mitattiin kondensaattoreiden sisäistä resistanssia eli vuotovirtaa ja läpilyöntilujuutta, jotka ovat keskeisiä suureita tasajännitekäyttöä ajatellen. Vuotovirtaa mitattiin kahdella eri menetelmällä: sisäisellä purkautumisella ja nopeutetulla sisäisellä purkautumisella. Sisäisen purkautumisen todettiin antavan luotettavamman tuloksen vuotovirran tasosta kuin nopeutetun sisäisen purkautumisen. Nopeutettu purkautuminen olisi kuitenkin menetelmänä todennäköisesti mahdollista toteuttaa luotettavammin paremmilla mittausjärjestelyillä. Sisäisen resistanssin mitattiin olevan satojen gigaohmien suuruusluokkaa ja sen huomattiin laskevan merkittävästi jo lämpötilassa 60◦ C. Avaruusvarauksen kertymisen huomattiin vaikuttavan merkittävästi mitattuihin tuloksiin.
Läpilyöntilujuutta tutkittiin metalloitujen ohutalvokondensaattoreiden itseparantuvan rakenteen avulla lämpötilan funktiona. Tulosten perusteella läpilyöntilujuus laskee voimakkaasti, kun lämpötila T > 50◦ C. Lisäksi läpilyöntilujuuden todettiin kasvavan hieman siirryttäessä isotaktisen polypropeenin lasittumislämpötilan alapuolelle, mutta pienevän jälleen siirryttäessä kohti edelleen matalampia lämpötiloja. Tuloksien analysoinnissa hyödynnettiin sekä Weibull- että normaalijakaumaa. /Kir11