Partial Discharges and Electrical Treeing in Cross-Linked Polyetylen and Polypropylene Insulation

Kryssbunden polyetylen (PEX) er den mest brukte polymerisolasjonen i Noreg. PEX blir brukt i kablar opp til 420 kV. Auka spenningsnivå i høgspenningskablar gjev auka termiske påkjenningar og PEX kablar har ein maksimal driftstemperatur på 90 °C. Framover vil det bli behov for kablar som kan tåle høgare driftstemperaturar. I denne oppgåva blir polymeren syndiotaktisk polypropylen (s-PP) undersøkt til bruk som isolasjon i høgspenningskablar, spesielt ved høge temperaturar. s-PP har ein smeltetemperatur på 130 °C, låge dielektriske tap og høg gjennomslagsstyrke cite{Yoshino-mekanisk}. For å halde ynskt driftsikkerheit på høgspenningskablar av polymerar er det viktig med kunnskap om nedbrytingsmekanismar som elektrisk trevekst. Hovudformålet i denne oppgåva har vore å studere samanhengen mellom danninga av elektriske tre og partielle utladningar i både PEX og s-PP. Eigne testobjekt av både PEX og s-PP har vorte produsert. I testobjekta er det brukt stålnåler som elektrode for å skape område med lokal feltforsterking. Elektrisk trevekst har blitt undersøkt ved 8 kV, 10 kV og 12 kV, med ein frekvens på 50 Hz. Resultat frå denne oppgåva viser at elektriske tre i PEX og s-PP har ulik form. I PEX endrar treet form frå greinstruktur ved 8 kV til buskstruktur ved 10 kV og 12 kV. Det vil sei at antall forgreiningar aukar med auka spenning. Tid fram til gjennomslag aukar frå 7 minutt og 12 sekund ved 8 kV til 34 minutt og 30 sekund ved 12kV. Elektriske tre i s-PP derimot har greinform både ved 8 kV, 10 kV og 12 kV. Greinstruktur i s-PP skil seg frå greinstruktur i PEX, den har færre forgreiningar fram til treet når jord. Tida treet brukar for å nå jordelektroda minkar med auka spenning, i motsetnad til elektriske tre i PEX, frå 9 minutt og 36 sekund ved 8 kV til 2 minutt og 54 sekund ved 12 kV. Oppsiktsvekkande resultat for elektriske tre i s-PP er at dei ikkje nødvendigvis fører til gjennomslag idet fyrste grein når jordelektrode. Nye greiner vil fortsetje å vekse parallelt fram til jordelektroden til det blir gjennomslag. Tid til gjennomslag har stor variasjon, men minkar i gjennomsnitt frå 3 timar og 47 minutt ved 8 kV til 5 minutt ved 12 kV. Det er observert ein korrelasjon mellom partielle utladningar og elektrisk trevekst. For elektriske tre i PEX, der det er flest forgreiningar og stor tettleik av greiner, er dei partielle utladningane større enn dei er for s-PP. Ved 10 kV er den maksimale PD-amplituden ti gonger større i PEX enn for s-PP. Ved auka spenning frå 8 kV til 12 kV i PEX aukar antall forgreiningar og maksimal PD-amplitude går frå omlag 350 pC til 900 pC. Elektriske tre i s-PP derimot har lita endring i antall forgreiningar og den maksimale PD-amplituden held seg rundt 70 pC ved auka spenning