Suurjännitekoestusten kehittäminen
Hirvonen, Samuel (2022)
Hirvonen, Samuel
2022
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022112423819
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022112423819
Tiivistelmä
Tiivistelmä
Savonian suurjännitelaboratorion oppimisympäristö uudistui vuonna 2020, kun kampus siirtyi Microtecnialle. Tässä yhteydessä suurjännitelaboratorio siirtyi metalliseen konttiin. Tässä työssä tutkittiin, kuinka parantaa koestusolosuhteita kontissa ja kuinka kosteus vaikuttaa koestustuloksiin. Työstä tuli laaja kokonaisuus käytännön asioita, jotka vaikuttavat koestuksen järjestämiseen. Tutkittiin myös koestusten olosuhteita määrittävän standardin soveltamista suurjännitteisiin koestuksiin. Työn valvojan kyselyiden perusteella vastaavaa koestustyötä ja tuloksia ei oltu vielä muualla Suomessa tehty.
Työn voi jakaa karkeasti neljään osa-alueeseen. Ensiksi Paneuduttiin uuden muuntajan hankintaan. Tällä hetkellä käytössä oleva muuntaja on yli 100 kV. Sillä tehtävien säätöjen askeleet ovat suuriportaisia. Laboratoriossa olisi kuitenkin mielekästä pystyä tutkimaan ilmiöitä paljon pienemmillä jännitteillä ja siksi työssä tutkittiin mahdollisuutta hankkia muuntaja, jonka jännite olisi 11 kV. Tehtiin sähköpostikyselyjä kotimaisille ja ulkomaisille toimittajille. Toiseksi tutkittiin otsonin määrää koestuksissa. Turvallisuuteen vaikuttavava otsonikaasu syntyy karkaavien elektronien seurauksena. Tässä työssä selitetään otsonin synty ja suoritetaan mittauksia sen määrästä. Lopuksi otetaan kantaa sen määrän vaarallisuuteen ihmiselle. Kolmanneksi paneuduttiin kontin EMC-häiriöiden tutkiminen ja ratkaiseminen. Kontissa tehtävät koestukset aiheuttavat hyvin nopeita sähkömagneettisia impulsseja, jotka osuessaan elektronisiin laitteisiin vuorostaan toimintahäiriöitä niiden toiminnassa. Työssä jäljitettiin mistä ja miten häiriöt kulkeutuvat ja kuinka niitä voitaisiin hallita. Pahimmillaan virheet johtivat tietokonenäyttöjen hetkelliseen vilkuntaan tai jopa pimenemiseen. Tähän ongelmaan työssä tehtiin useita korjauksia ja niiden vaikutuksia testattiin.
Neljäntenä asiana opinnäytetyössä käsitellään kosteuden vaikutusta suurjännitekoestuksiin. Tämä on työn haastavin kokonaisuus. Standardi (IEC International, 2010) käsittelee suurjännitekoestuksien olosuhteiden huomioimista koestustuloksissa. Standardi määrittelee normaaliolosuhteet sekä sen, kuinka korjata mittaustuloksia, jos ne on tehty muissa kuin standardin edellyttämissä olosuhteissa. Myös kosteuden vaikutukseen annetaan mallinnus, mutta ei kaavaa, koska se ei ole matemaattisesti esitettävissä. Standardin määrittelemien korjauskertoimien soveltaminen on haastavaa ja tämä työ antaa esimerkin, kuinka niitä voi käyttää. Tässä työssä toisinnetaan kosteuden vaikutus koestustuloksiin.
EMC- häiriöt ovat hyvin mielenkiintoisia ilmiöitä, jotka vaikuttavat myös teollisuudessa. Kipinävälin kaltaisia ilmiöitä syntyy katkaisijoiden ja erottimien kaltaisissa kytkimissä kokoajan. Koulun laboratorion häiriöt saatiin puolitettua ja valvomo on turvallisempi elektronisille laitteille. Kosteuden lisääminen lisäsi jännitekestoisuutta. Työ mallintaa sen graafisesti. Opinnäytetyön tuloksena, koulun laboratorio on nyt uuden näköinen. Tilat ovat jouhevat ja niissä on enemmän toiminnallisuutta ja tilaa seurata koestuksia. Tilojen turvallisuuteen vaikuttaa esimerkiksi koestusten aikana syntyvä otsoni. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin tasajännitetestauksen jälkeen esiintyviä otsonin määrää.
Savonian suurjännitelaboratorion oppimisympäristö uudistui vuonna 2020, kun kampus siirtyi Microtecnialle. Tässä yhteydessä suurjännitelaboratorio siirtyi metalliseen konttiin. Tässä työssä tutkittiin, kuinka parantaa koestusolosuhteita kontissa ja kuinka kosteus vaikuttaa koestustuloksiin. Työstä tuli laaja kokonaisuus käytännön asioita, jotka vaikuttavat koestuksen järjestämiseen. Tutkittiin myös koestusten olosuhteita määrittävän standardin soveltamista suurjännitteisiin koestuksiin. Työn valvojan kyselyiden perusteella vastaavaa koestustyötä ja tuloksia ei oltu vielä muualla Suomessa tehty.
Työn voi jakaa karkeasti neljään osa-alueeseen. Ensiksi Paneuduttiin uuden muuntajan hankintaan. Tällä hetkellä käytössä oleva muuntaja on yli 100 kV. Sillä tehtävien säätöjen askeleet ovat suuriportaisia. Laboratoriossa olisi kuitenkin mielekästä pystyä tutkimaan ilmiöitä paljon pienemmillä jännitteillä ja siksi työssä tutkittiin mahdollisuutta hankkia muuntaja, jonka jännite olisi 11 kV. Tehtiin sähköpostikyselyjä kotimaisille ja ulkomaisille toimittajille. Toiseksi tutkittiin otsonin määrää koestuksissa. Turvallisuuteen vaikuttavava otsonikaasu syntyy karkaavien elektronien seurauksena. Tässä työssä selitetään otsonin synty ja suoritetaan mittauksia sen määrästä. Lopuksi otetaan kantaa sen määrän vaarallisuuteen ihmiselle. Kolmanneksi paneuduttiin kontin EMC-häiriöiden tutkiminen ja ratkaiseminen. Kontissa tehtävät koestukset aiheuttavat hyvin nopeita sähkömagneettisia impulsseja, jotka osuessaan elektronisiin laitteisiin vuorostaan toimintahäiriöitä niiden toiminnassa. Työssä jäljitettiin mistä ja miten häiriöt kulkeutuvat ja kuinka niitä voitaisiin hallita. Pahimmillaan virheet johtivat tietokonenäyttöjen hetkelliseen vilkuntaan tai jopa pimenemiseen. Tähän ongelmaan työssä tehtiin useita korjauksia ja niiden vaikutuksia testattiin.
Neljäntenä asiana opinnäytetyössä käsitellään kosteuden vaikutusta suurjännitekoestuksiin. Tämä on työn haastavin kokonaisuus. Standardi (IEC International, 2010) käsittelee suurjännitekoestuksien olosuhteiden huomioimista koestustuloksissa. Standardi määrittelee normaaliolosuhteet sekä sen, kuinka korjata mittaustuloksia, jos ne on tehty muissa kuin standardin edellyttämissä olosuhteissa. Myös kosteuden vaikutukseen annetaan mallinnus, mutta ei kaavaa, koska se ei ole matemaattisesti esitettävissä. Standardin määrittelemien korjauskertoimien soveltaminen on haastavaa ja tämä työ antaa esimerkin, kuinka niitä voi käyttää. Tässä työssä toisinnetaan kosteuden vaikutus koestustuloksiin.
EMC- häiriöt ovat hyvin mielenkiintoisia ilmiöitä, jotka vaikuttavat myös teollisuudessa. Kipinävälin kaltaisia ilmiöitä syntyy katkaisijoiden ja erottimien kaltaisissa kytkimissä kokoajan. Koulun laboratorion häiriöt saatiin puolitettua ja valvomo on turvallisempi elektronisille laitteille. Kosteuden lisääminen lisäsi jännitekestoisuutta. Työ mallintaa sen graafisesti. Opinnäytetyön tuloksena, koulun laboratorio on nyt uuden näköinen. Tilat ovat jouhevat ja niissä on enemmän toiminnallisuutta ja tilaa seurata koestuksia. Tilojen turvallisuuteen vaikuttaa esimerkiksi koestusten aikana syntyvä otsoni. Tässä opinnäytetyössä tutkittiin tasajännitetestauksen jälkeen esiintyviä otsonin määrää.