Hipotronics 149-DI -läpilyöntilaitteen käyttöönotto

Abstract

Opinnäytetyön toiminnallinen osuus toteutettiin Tervakoski Oy:n sähkölaboratoriossa, jossa Hipotronics D149-DI -läpilyöntilaite otettiin käyttöön Ferranti-merkkisen läpilyöntilaitteen tilalle pääasiassa kyllästettyjen eristepaperien ja -laminaattien läpilyöntilujuuksien mittaukseen. Ferranti haluttiin korvata uudella luotettavammalla ja turvallisemmalla laitteella. Hipotronicsin tuloksia verrattiin vanhojen läpilyöntilaitteiden tuloksiin. Toistettavuutta testattiin muovikalvolla, jonka läpilyönnin hajonnan tiedetään olevan pienempi kuin papereilla tai laminaateilla. Työn tavoitteena oli arvioida uuden läpilyöntilaitteen, Hipotronicsin, suorituskykyä verrattuna vanhoihin läpilyöntilaitteisiin. Raportin tarkoituksena oli selvittää täyttääkö uusi laite odotukset ja tarpeet eristysmateriaalien testauksessa.

Läpilyönti tapahtuu, kun sähköjännite ylittää eristeen sietokyvyn, aiheuttaen purkauksen ja jännitteen putoamisen lähes nollaan. Tähän prosessiin vaikuttavat monet tekijät, kuten esipurkausvirta, sähköstaattiset voimat rajapinnoilla ja sähkökemialliset reaktiot. Eristysöljyssä sähkökenttä ohjaa elektrodeja, mahdollisesti aiheuttaen mikroskooppisten kuplien muodostumisen, mikä vaikuttaa läpilyöntilujuuteen. Lämpötilan noustessa nesteen viskositeetti laskee ja paineen kasvaessa läpilyöntilujuus paranee. Kiinteiden eristeiden läpilyönnin tutkimisesta haastavaa teki se, että on vaikeaa erottaa polarisaation vaikutus todellisesta varauksenkuljettajien liikkumisesta.

Mitattavat eristemateriaalit olivat sähköeristepaperi ja -laminaatti. Puhtaan selluloosapaperin matala sähkönjohtavuus ja kemiallinen inerttiys tekevät siitä hyvän vaihtoehdon sähköneristykseen. Paperin verkkomainen rakenne ja kyky absorboida kosteutta voivat kuitenkin heikentää sen eristyskykyä. Optimaalisen eristystehon saavuttamiseksi on tärkeää poistaa näytteestä happi ja kosteus vakuumiuunissa. Tämän jälkeen paperi impregnoidaan muuntajaöljyllä, jolla varmistetaan, ettei happi tai kosteus pääse vaikuttamaan tulokseen.

Työllä pyrittiin vertailemaan vanhoja laitteita uuteen sekä ottamaan uusi laite käyttöön. Työssä tehtiin kattavasti eri mittauksia, joiden tekemiseen ilman opinnäytetyötä olisi mennyt huomattavasti pidempi aika. Samalla saatiin arvokasta palautetta laitteen valmistajalle laitteen toiminnasta käytännön ympäristössä.

The aim of the work was to compare old devices with the new one and to put the new device into use. The work involved comprehensive measurements, which would have taken considerably longer without the thesis. At the same time, valuable feedback on the device's performance in a practical environment was provided to the manufacturer.

The operational part of this thesis was conducted at Tervakoski Oy's electrical laboratory, where the Hipotronics D149-DI breakdown tester was introduced to replace the Ferranti breakdown device, mainly for testing the breakdown strengths of impregnated insulation papers and laminates. The Ferranti device was desired to be replaced with a new, more reliable and safer device. The results obtained from the Hipotronics device were compared to those of the old breakdown devices. Repeatability was tested using a plastic film, which exhibits a more uniform breakdown compared to papers or laminates. The aim of the study was to evaluate the performance of the new breakdown tester, Hipotronics, compared to the old devices. The purpose of the report was to determine whether the new device meets the expectations and needs in insulation material testing.

Breakdown occurs when the electric voltage exceeds the insulation's withstand capability, causing a discharge and the voltage dropping to nearly zero. Many factors influence this process, such as partial discharge current, electrostatic forces at interfaces, and electrochemical reactions. In insulating oil, the electric field guides the electrodes, potentially causing the formation of microscopic bubbles, which affects the breakdown strength. As temperature rises, the viscosity of the fluid decreases, and with increasing pressure, the breakdown strength improves. Studying the breakdown of solid insulators is challenging because it's difficult to distinguish the effect of polarization from the actual movement of charge carriers.

The insulation materials measured were electrical insulation paper and laminate. The low electrical conductivity and chemical inertness of pure cellulose paper make it a good choice for electrical insulation. However, its network-like structure and ability to absorb moisture can weaken its insulation properties. To achieve optimal insulation performance, it is important to remove oxygen and moisture from the sample in a vacuum oven. Subsequently, the paper is impregnated with transformer oil to ensure that neither oxygen nor moisture can affect the result.