Formation of Electrical Trees in Cross-linked Polyethylene (XLPE) Cable Insulation at different Voltages and Frequencies

Tilstandskontroll og feiltester av høyspentkomponenter har de senere årene vist seg som nyttige hjelpemidler for å unngå uønskede utkoblinger. Blant moderne kabelisolasjon har særlig lavfrekvent testing av dielektriske tap ned mot 0,02 Hz blitt mer aktuelt grunnet lavere utstyrskostnader sammenlignet med 50 Hz spenningsprøving. En av de vanligste årsakene for feil i polymeriserte kabler er utladningsaktivitet og akkumulering av elektriske trær. Imidlertidig er det fortsatt uklart hvordan målinger ved så lav frekvenes kan korreleres med 50 Hz siden flere av feilmekanismene ikke har signifikante dielektriske tap ved så lav frekvens. Hensikten med denne rapporten har derfor vært å undersøke hvordan elektrisk trevekst og partielle utladninger i kryssbundet polyetylen (PEX) forandrer seg som funksjon av spenning og frekvens. Testobjektene bestod av stålnåler som var støpt inn i 2 mm tykke prøver av PEX hvor avstanden mellom nålspiss og jordelektrode var 1,1 mm. Hvordan treveksten utviklet seg og så ut ved havari ble undersøkt ved hjelp av optisk- og elektronmikroskopiske teknikker. Prøvene ble testet i frekvensområdet 0,1-50 Hz ved 14 kV og for 10-20 kV ved 50 Hz. Resultatene har blitt sammenlignet med en teoretisk modell om spennings- og frekvensavhengig trevekst. Forsøkene indikerte at når spenningen ble holdt konstant økte vekstraten proporsjonalt med frekvensen mellom 0,1 og 5,0 Hz. Ytterligere økning av frekvensen medførte en strukturforandring fra grenvekst til buskvekst som igjen påvirket vekstraten til å synke ved økt frekvens. Når frekvensen ble holdt konstant 50 Hz og spenningen justert mellom 10 og 20 kV, viste resultatene at vekstraten kun økte lineært med spenningen innledningvis. Samtidig viste det seg at amplitudeverdien til utladningene økte med tiden ved grenvekst mens det for tett buskvekst ble registrert et stabilt forløp. Analysen fra elektronmikroskopet viste at tettheten av trekanaler er større ved buskvekst enn grenvekst. For en typisk prøve med grenvekst ble det registrert en avstand på 10 um, mens kanalene for buskvekst i mange tilfeller kan vokse sammen på kryss og tvers