Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nagyfeszültségű Laboratórium A dielektromos válasz vizsgálata, mint szigetelésdiagnosztikai módszer Tamus Zoltán Ádám Villamos Energetika Tanszék Nagyfeszültségű Technika és Berendezések Csoport Tamus.adam@vet.bme.hu, +36 1 463 2780
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 2 SZIGETELÉSEK RONCSOLÁSMENTES VIZSGÁLATA
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 3 A szigetelésdiagnosztika alapja Romlási folyamatok Anyagszerkezet változása Villamos szilárdság Dielektromos folyamatok Vezetés Polarizáció E d (T)
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 4 POLARIZÁCIÓS FOLYAMATOK
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 5 A szigetelőanyagban lezajló polarizációs jelenségek Olaj-papír szigetelések: Hatrréteg polarizáció Öregedéssel való kapcsolat Egyenfeszültségű vizsgálati módszerek
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 6 A FESZÜLTSÉGVÁLASZ MÉRÉSE A teljes feszültségválasz mérése a kisülési és visszatérő feszültség mérésén alapul.. A kisülési feszültség a szigetelés hosszabb idejű (100 1000 s) feltöltése után mérhető. A visszatérő feszültség feltöltött szigetelés rövid idejű rövidzárása után mérhető.
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 7 A KISÜLÉSI FESZÜLTSÉG S d = S = V ch d V ch τ g =R g C g / 0 / g
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 8 A VISSZTÉRŐ FESZÜLTSÉG S r = S = V ch r V ch τ r =R p C g / 0 / r
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 9 A FESZÜLTSÉGVÁLASZ MÉRÉSE A kisülési feszültség kezdeti meredeksége (S d ) egyenesen arányos a vezetőképességgel A visszatérő feszültség kezdeti meredeksége (S r ) egyenesen arányos a polarizációs vezetőképességgel. A módszer előnye, hogy a dielektromos folyamat (vezetés és polarizáció) egymástól függetlenül vizsgálható. Sikeres alkalmazás: Olaj-papír szigetelésű kábelek PVC szigetelésű KiF kábelek
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 10 A VISSZATÉRŐ FESZÜLTSÉG IDŐÁLLANDÓ FÜGGÉSÉNEK MÉRÉSE (RVM) A t t / t k =2 állandó értéken tartva A töltési idő változtatásával (0,02-10000s) mérik a visszatérő feszültség csúcsértékének eloszlását. Vr(V) Curves, derived from the maxima of the return voltages 4% 3% 2% Paper humidity 100 1% 0.5% 10 Temperature=38º C 0.2 2 20 200 T(s) Time constants
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 11 ÖREGEDÉS ELMÉLETI KÉRDÉSEI
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 12 Öregedés elméleti kérdései I. Üzemi, igénybevételek Anyagszerkezet C: a műszaki tulajdonságokat meghatározó összetevő koncentrációja P c =f c (C) P d =f d (C) Kritikus jellemzők (P c ) Roncsolásos vizsgálatok pl. villamos szilárdság, mechanikai és kémiai jellemzők Diagnosztikai jellemző (P d ) Roncsolásmentes vizsgálatok pl.indenter, dielektromos mérések, keménység
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 13 Öregedés elméleti kérdései II. Anyagszerkezet P c =f c (C) P c =f(p d ) C=F d (P d ) Kritikus jellemzők (P c ) Roncsolásos vizsgálatok pl. villamos szilárdság, mechanikai és kémiai jellemzők Diagnosztikai jellemző (P d ) Roncsolásmentes vizsgálatok pl.indenter, dielektromos mérések, keménység
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 14 Anyagszerkezeti változások A szerves szigetelőanyagokat általában valamilyen hosszú láncmolekulák (polimerek) alkotják. A polimerek egyforma elsődleges molekulákból (monomerek) állnak. Minden szigetelőanyagnak megvan a rá jellemző kémiai öregedési folyamata: olaj-papír: papír: oxidáció és depolimerizáció olaj: oxidáció, üledékképződés és a szennyezőmolekulák disszociációja PVC: cipzár hatás, vagyis sósavlehasadás PE: oxidáció Chemical ageing Oxidation Chain scission Network reformation
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 15 SZIGETELÉSEK VIZSGÁLATÁNAK IDŐSZERŰ KÉRDÉSEI
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 16 Minősítési vizsgálat LOCA teszt Loss-of-coolant accident Gyorsított öregítés után Funkcionális teszt (R ins. > 1 MΩ)
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 17 Teljesen elöregedett kábelköpeny
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 18 Probléma: gyorsított öregítés Gyorsabb öregedés Igénybevételek (hőmérséklet, dózisteljesítmény) intenzitásának növelése (Arrheniustörvény) Nem megbízhatóan becsülhető üzemi igénybevételek esetére: Inverz hőmérsékleti hatás Dózisteljesítmény hatás Diffúzió korlátozta oxidáció
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 19 Érdemes megfontolni Concern 2 Accuracy of activation energy E A (2) Biztosak lehetünk-e abban, A thought hogy! megfeleltethető-e a 4 perces 100 C-os öregítés a 3 hetes 37,5 C öregedésnek, Can we justify saying that ageing for three weeks at 37.5 C can be még akkor is ha elhisszük, hogy az általunk ismert E A aktiválási energia értéke pontos? John Dawson & Vicky Smith accurately represented by ageing at 100 C for 4 minutes if we believe our value of E A is accurate? 3 weeks @ 37.5 C 4 mins @ 100 C
2018. 05. 17. BME High Voltage Laboratory 20 Köszönöm a figyelmet! BME-HVL Budapest, 1111, Egry J. u. 18. tel.: 1-463-2780, fax.: 1-463-3231 e-mail: tamus.adam@vet.bme.hu