Experimental Set-up for partial discharge detection

Offshore HVDC overføringssystemer bruker omformerstasjoner mellom AC- og DC-kraftnettet. Likespenning fra omformerstasjonene vil inneholde transienter. Disse ligger i området 1 til 10 \% av den nominelle likespenningen, avhengig av filteringen. Det harmonisk innholdet i AC rippelen kan være opptil 30-100 ganger bryterfrekvensen, som kan være rundt 1-2 kHz. Effekten av DC spenning overlagt en høyfrekvent AC transient på aldring av polymer isolasjoner er ennå ikke kjent. Et velfungerende isolasjonssystem er en av de viktigste forutsetningene for et driftssikkert høyspentanlegg, og partielle utladninger er en av de mest krevende aldringsmekansismene man må ta hensyn til i et isolasjonsmateriale. Hovedformålet med denne masteroppgaven har vært å utvikle og bygge et eksperimentelt oppsett for måling av partielle utlandninger som kan simulere forholdene i offshore kabelisolasjon nært omformerstasjoner. Det eksperimentelle oppsettet skal være i stand til å påtrykke en kombinasjon av DC-spenning og høyfrekvent vekselspenning over et testobjekt. Denne masteroppgaven er i hovedsak en eksperimentell oppgave og ble gjennomført i tre seksjoner; sub-systemtest , systemtest og hovedtest. I sub-system testen ble en analyse av en Behlman signalgenerator og ulike transformatorer gjennomført for å finne en kombinasjon som var i stand til å levere en 2 kV\textsubscript{rms} sinusformet spenning med liten forvrengning over hele frekvensområdet 1-5 kHz. Behlman signalgeneratoren og Messwandler Bau transformatoren ga en THD under 1$\%$ på alle frekvenser og ble valgt for videre testing. Det eksperimentelle oppsettet ble bygget inne i et faradaybur. Systemtesten ble gjennomført ved å støyteste omgivelsene, oppsettet og komponentene. Det endelige støybåndet ligger på omtrent 0.6 pC, og en deteksjonsgrense på 1 pC ble satt. Systemtesten inkluderte en test på de lagdelte prøvene sammenlignet med en solid prøve for å utelukke partielle utladninger i grensesjiktene. Resultatene indikerte at det forekommer partielle utladninger i grenseflatene mellom lagene og trykket på prøveobjektene ble økt. Resultatene fra hovedtesten på de lagdelte prøvene var meget inkonsistente ved samme påtrykte spenning. Variasjonene reduserer kvaliteten og validiteten til resultatene som gjør det vanskelig å tolke resultatene. Problemet med OMICRON målesystemet i tolkningen av korrekt polaritet i små utladninger gjør tolkningen av resultatene enda vanskeligere. Testresultatene fra den kombinerte AC- og DC-spenningen viser et klart skille mellom prøvene med og uten hulrom. Repetisjonsraten i prøvene med hulrom og påtrykt både 50 Hz AC- og DC-spenning, hadde en høy initiell verdi som reduseres gradvis til et stabilt nivå. Dette er i overensstemmelse med forventningene om at repetisjonsfrekvens er avhengig av isolasjonens og hulrommets ledningsevnen. Testene med kombinert 1 kHz AC-og DC-spenning hadde et forløp lignende 50 Hz testen, men med en merkbar lavere repetisjonsfrekvens, både i initiell verdi og stabilt nivå. Den rene DC-spenningstesten har for inkonsistente og upålitelige resultater til å gjennomføre en sammenligning av resultatene fra de kombinerte AC-og DC-testene. Resultatene tyder på at ytterligere forbedringer må gjøres i det eksperimentelle oppsettet for å øke påliteligheten av resultatene