BL20A0300. Suurjännitetekniikka

Transkriptio

1 BL20A0300 Eristysmateriaalien kunnonvalvonta Jarmo Partanen 1

2 Eristysmateriaalin valinta Valintaan vaikuttavat: 1) Tarvittava sähkölujuus ei yleensä ongelma, jos tila riittää 2) Hinta korkea käyttölämpötila korkea hinta 3) Käyttölämpötila usein tärkein valintakriteeri 4) Mekaaniset ominaisuudet tärinä, vääntö, puristus, veto, jousto... 5) Tarvittava muoto työstettävyys 6) Liitososat luotettava liittäminen johtaviin osiin tai tukirakenteisiin 2

3 Ympäristöolosuhteet 1) Sähköiset rasitustekijät laitteen itsensä aiheuttamia 2) Ilmastolliset rasitustekijät ylin ja alin lämpötila lämpötilan muutosnopeus ylijännitteet kosteus, kondensoituminen tuulet (hiekka, pöly) auringon säteily 3

4 Ympäristöolosuhteet 3) Kemialliset rasitukset teollisuus, liikenne, happosateet (suolat, rikkidioksidi, rikkivety, kloori, suolahappo, fluorivetyhappo, typen oksidit, ammoniakki, otsoni) 4) Mekaaniset rasitukset tärinä, veto, taivutus 5) Biologiset rasitukset mikro-organismit jyrsijät sienet, homeet 4

5 Kiinteät eristysmateriaalit Orgaaniset materiaalit: hyvä työstettävyys hyvät sähköiset ominaisuudet haittana vanheneminen Epäorgaaniset materiaalit: Orgaaniset meripihka puuvilla paperi prespaani kumi vahat puu erinomaiset lujuus- ja sähköiset ominaisuudet sekä lämpötilakestoisuus yleensä huono työstettävyys Epäorgaaniset asbesti keraamit lasi kiille 5

6 Synteettiset polymeerit Erinomaiset sähköiset ominaisuudet (hyvä sähkölujuus ja pieni häviökerroin) sekä hyvä työstettävyys. Kestomuovit: kaapelit, kondensaattorit Kertamuovit: valetut eristykset Kestomuovit Kertamuovit pleksilasi epoksi polypropyleeni polystyreeni fenolimuovi (bakeliitti) silloitettu polyeteeni, (PEX) polyvinyylikloridi, PVC polyeteeni, PE 6

7 Vanheneminen Vanheneminen on palautumatonta eristysmateriaalin ominaisuuksien muuttumista. Erityisesti orgaaniset materiaalit alttiita vanhenemiselle Korkea lämpötila sekä sähköiset, termiset ja mekaaniset rasitukset kiihdyttävät vanhenemista 1) lämpövanheneminen 2) mekaaninen vanheneminen 3) sähköinen vanheneminen 7

8 Lämpövanheneminen Riippuu rasitusajasta ja lämpötilasta Tasaisesti koko materiaalissa Orgaanisilla aineilla lähinnä hapettumista Heikentää eniten mekaanisia ominaisuuksia (Haurastuminen eroosioläpilyönti) 8

9 Lämpövanheneminen Muovin sähkölujuus rasitusajan funktiona. Epoksihartsin vetolujuus ajan ja lämpötilan funktiona. 9

10 Lämpötilaluokat Sama aine saattaa lisäaineista ja käsittelytavasta riippuen esiintyä eri lämpötilaluokissa. Y < 90 C puu A 105 C muuntajaöljy, öljypaperi E 120 C fenolimuovi B 130 C F 155 C epoksi ( ) H 180 C silikonikumi C > 180 C kvartsi, lasi, kiille 10

11 Lämpövanheneminen 4 asteen lämpötilan nousu puolittaa eristeen eliniän Elinikäkäyrä (Arrhenius-käyrä) muuntajan öljypaperieristykselle. 11

12 Muovien pitkäaikaisjännitelujuus Lämpötila lämpölaajeneminen (eri lämpölaajenemiskertoimet) haurastuminen alhaisissa lämpötiloissa Sähköiset rasitukset jännitelujuus pienenee rasitusajan kasvaessa Mekaaniset rasitukset muovi viruu käytössä Tärkein läpilyöntimekanismi osittaispurkausläpilyönti sähköpuut vesipuut 12

13 Mekaaninen vanheneminen Lämpölaajeneminen Tärinä Vääntö Oikosulkuvoimat materiaalin väsyminen Lämpövanheneminen kiihdyttää mekaanista vanhenemista! Mekaaniset rasitukset kiihdyttävät muita vanhenemismekanismeja! 13

14 Eristysten kunnonvalvonta 1) Eristysvastusmittaus, kaapelit, käämitykset asennusten ja korjausten yhteydessä toimintatilan tarkistus 2) Jännitekoestukset; muuntajaöljy valmistuksen tai korjauksen jälkeen (viallisten karsinta) pyörivien koneiden kunnonvalvonnassa 3) Osittaispurkausmittaukset; muuntajat, kaapelit perinteinen osittaispurkausmittaus hankala toteuttaa akustiset vianpaikannusmenetelmät sondimittaukset 4) Tan -mittaukset; kaapelit, kondensaattorit häviötaso tan -käyrän muoto 14

15 Eristysten kunnonvalvonta 15

16 Eristysten kunnonvalvonta Typical Breakdown Test Cell 16

17 Eristysten kunnonvalvonta Breakdown voltage of a transformer oil at 25 C between spheres 12,5 mm diameter, 3,5 mm apart. 17

18 Eristysten kunnonvalvonta Improvement in BS148 Transformer Oil by circulation through a Molecular Sieve Filter. 18

19 Öljypaperieristyksen vanheneminen Öljyn hapettuminen RH + O 2 ROOH ROOH = vetyperoksidi R = hiilivetyradikaali Hapettumista voidaan estää inhibiiteillä! Hapettumisen tuloksena syntyy saostumia sekä happamia yhdisteitä, jotka vahingoittavat paperieristystä. 19

20 Öljypaperieristyksen kunnonvalvonta Öljynäyte säännöllisin väliajoin Öljyanalyysi: öljyn läpilyöntilujuus öljyn neutraloimisluku öljyn vesipitoisuus tan -mittaus öljyn kaasuanalyysi Paperin kunnonvalvonta ei ole ollut mahdollista käytön aikana Furfuraalianalyysi 20

21 Muuntajaöljyn kaasuanalyysi Normaalin vanhenemisen tuotteista osa kaasumaisia Osittaispurkaukset synnyttävät kaasuja Termiset viat synnyttävät kaasuja Eri vikatilanteet synnyttävät erilaisen kaasujen koostumuksen 21

22 Muuntajaöljyn kaasuanalyysi Karakteristinen vika Kaasupitoisuussuhteet Esimerkkejä C2H 2 CH 4 C2H 4 C2H 4 H 2 C H Ei vikaa < 0,1 0,1 1 < 0,1 Normaali vanheneminen Osittaispurkauksia < 0,1 < 0,1 < 0,1 Purkauksia kaasutäytteisissä onkaloissa johtuen ylikyllästymisestä tai epätäydellisestä kyllästymisestä Pienitehoisia purkauksia > 3 0,1 1 > 3 Jatkuvaa kipinöintiä koskettimissa Suuritehoisia purkauksia 1 3 0,1 1 > 3 Läpilyönti öljyssä Terminen vika, 150 C < 0,1 0, Eristettyjen johtimien ylikuumeneminen Terminen vika, 700 C < 0,1 > 3 > 3 Pyörrevirtojen aiheuttama sydämen ylikuumeneminen, koskettimien ylikuumeneminen

23 Kunnonvalvonta 1) Ilmajohdot johtimet, varusteet, eristimet, kipinävälit, erottimet, pylväät, maadoitukset jne. tarkistus vian tai poikkeuksellisen sään jälkeen säännölliset tarkistukset, siirtojohdoilla helikopteri silmämääräinen tarkistus (kiikari) tarvittaessa radiohäiriö- ja ultraäänimittaukset 23

24 Kunnonvalvonta 2) Kaapelit vioista 90 % ulkoisia mekaanisia vaurioita (kaivinkone tms.) tai asennusvikoja osittaispurkausmittaus tehtaalla (kentällä vaikea) tasajännitekoestus, 0,1 Hz koestus öljypaperieristykselle öljy- ja paperinäytteet PEX-kaapeleille näytepalat (vesipuut yms.) päätteille akustinen osittaispurkausmittaus, lämpökamerakuvaus 3) Muuntajat öljyn analyysi (viskositeetti, happamuus, läpilyöntilujuus) öljyn kaasuanalyysi akustinen osittaispurkausmittaus hot-spot-mittaus (lämpötila-anturit ja optiset kuidut) 24

25 Kunnonvalvonta 4) Kytkinlaitokset katkaisijoille silmämääräinen tarkistus ja mekaaniset toimintakokeet vähäöljykatkaisijoille öljyanalyysi SF 6 -katkaisijoille kaasun tiheyden ja kosteuden tarkistus radiohäiriö- ja ultraäänimittaukset lämpökamera osittaispurkaus- ja partikkelimittaus GIS:lle 5) Pyörivät koneet tan -mittaus käämisauvoille syöksyaaltomittaus kierroseristysten kunnonvalvonnassa 25

26 Tan - mittaukset Eristysrakenteiden kunnon valvonnassa tan - arvon suuruus kuvaa dielektrisiä häviöitä lämpeneminen vanheneminen lämpöläpilyönti tan = f(u) käyrän tarkastelu tan osittaispurkauksia terve eriste ionisaatiopiste 26

27 Tan - mittaukset Im I r C 0 U r C 0 U U Re tan r '' ' r r '' r Dielektriset häviöt: P UI p '' C Kapasitiivinen loisteho: Q c UI q r C U 0 r 2 0 U r '' C0U r tan 2 C 0 U 2 27

28 Permittiviteetti j '' ( ' j '') ' 0 r r I j rcu 0 j r' CU 0 r' ' CU 0 varausvirta pätövirta permittiviteetti dielektrinen johtavuus Yleensä <<, joten 28