Akustinen osittaispurkausmittaus suurjännitekaapeleiden ulkopäätteille

Abstract

Opinnäytetyön aiheena oli tutkia, miten Baur PD-SGS online eli käytönaikainen osittaispurkausmittalaite soveltuu 110 kV:n ja 400 kV:n suurjänniteulkopäätteiden osittaispurkausmittauksiin. Tutkimus tehtiin Suomen kantaverkkoyhtiön Fingrid Oyj:n sähköasemilla yhteistyössä Eurolaite Oy:n kanssa.

Teoreettinen taustatyö tehtiin selvittäen osittaispurkauksien ilmiöt ja osittaispurkaustyypit suurjännitekaapeleiden ja ulkopäätteiden eristyksissä. Teoria sisältää sähkökenttien vaikutukset eristykseen. Olennaista on ymmärtää eristysrakenteiden vaikutus sähkökenttien tihentymien tasoittamisessa. Osittaispurkaukset ovat akustisen emission lähde ja ultraäänitaajuisten aaltojen synnyttäjä. Mittauksissa käytettiin parabolisen peilin akustista sensoria, jonka keskitaajuus on 40 kHz. Mittalaitteen taajuusalue on lähinnä niitä ultraäänitaajuuksia, joissa osittaispurkaukset syntyessään esiintyvät ulkopäätteissä ja saavat aikaan akustista emissiota. Haitallisia osittaispurkauksia voi tapahtua eristeissä ja sähköeristyksissä.

Opinnäytetyön tutkimus toteutettiin mittaamalla akustista emissiota kaksi kierrosta viidellä sähköasemalla, joista ensimmäinen tehtiin talvella ja toinen kesällä. Lisäksi yksi ylimääräinen sähköasema mitattiin kesäkierroksella. Tällä pystyttiin tutkimaan kylmyyden ja kosteuden vaikutusta mittaustulosten luotettavuuteen ulkopäätteillä. Talvella ilmankosteuden, huurteen ja lian yhteisvaikutus synnyttää herkästi koronapurkauksia. Jäätynyttä kosteutta ulkopäätteiden pinnoilla on hankala nähdä ja mittavirhettä on vaikeaa välttää. Koronan mittaamisen voi paremmin välttää ympärillä olevista lasieristimistä ja ilmajohdoista kesäaikaan. Kesällä mittaustulokset ovat luotettavia ulkopäätteiden kunnossapidon päätösten kannalta.

PD-SGS parabolisen peilin kanssa soveltuu ulkopäätteiden ennakoivaan kunnossapitoon ja myös uusien asennusten tarkastamiseen. Täsmällistä ja vertailukelpoista tietoa päätteiden kunnosta antaa samalta etäisyydeltä tehdyt mittaukset saman tyypin ulkopäätteille. Osittaispurkausmittaukset tuottavat tietoa eristeiden kunnosta ja kunnossapidon tai puhdistuksen tarpeesta. Tutkimus osoittaa osittaispurkausmittalaitteen kelvolliseksi mittaustyökaluksi suurjänniteulkopäätteille lämpötilan ollessa plussan puolella. Tutkimuksen tuloksena syntyi mittaustietopankki sekä Fingridin käyttöön soveltuva työohje mittausten suorittamisesta ulkokaapelipäätteille.

The purpose of the research of this thesis was to ensure and find out if Baur PD-SGS device is applicable for 110 kV and 400 kV high voltage outdoor termination partial discharge measurements. The thesis was made for Finland’s transmission system operator Fingrid in cooperation with Eurolaite Oy.

The theoretical background for this thesis is partial discharge causes and phenomena for high voltage outdoor terminations and high voltage cable dielectrics. The theoretical part of the thesis includes information on how electric fields affect insulation and it examines the theory of partial discharge types. The partial discharges are a source of acoustic emission. This measuring device uses parabolic reflector with convertor average frequency of 40 kHz. Studies show experimentally that it is the best frequency to detect ultrasounds generated by partial discharges. Harmful partial discharges may occur in insulation or in insulators.

The study for the thesis was conducted by measuring acoustic emission in five substations with two measuring rounds. In addition, one more substation was added to the second measuring round. The challenges in completing the measurements were surrounding components which generate corona discharges causing acoustic emission and interfering measurements for outdoor terminations. In winter time humidity, moist and dirt in the surface of the terminations increase the corona discharges because it causes frost and ice to build to the surfaces. Condensed moisture cannot be detected easily just by looking at the termination. The measuring round done in the summer is more conclusive and gives more valid results for the maintenance.

The conclusion of the thesis is that one of the key factors is proactive condition control. Comparing acoustic measurement values to exactly the same kind of outdoor termination results measured from the same distance, it is possible to examine results afterwards. Comparing gives more accurate information about the differences in termination conditions. The study shows the PD-SGS device with a parabolic reflector is suitable for conducting these types of measurements. For determining lifespan of outdoor terminations, more studies are needed. As the result of the thesis, a measuring data base with instruction manual was created for Fingrid, on how to conduct measurements for outdoor terminations.