Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4489
Main Title: Optische und elektrische Untersuchungen zu Teilentladungen in transparenten Silikonelastomeren
Translated Title: Optical an electrical investigations of Partial Discharges in transparent silicone materials
Author(s): Behrend, Susanne
Advisor(s): Plath, Ronald
Referee(s): Plath, Ronald
Gockenbach, Ernst
Habel, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Fehlstellen in Feldsteuerteilen von Kabelgarnituren können bei deren Herstellung eben-so nicht ausgeschlossen werden wie Fehlstellen in Grenzflächenbereichen bei der Montage vor Ort. Sie bewirken lokale Störungen des elektrischen Feldes und können durch ihre feldüberhöhende Wirkung zur Ausbildung kanalförmiger Strukturen (Trees) mit einer örtlichen Zerstörung des Isoliergefüges führen. Diese Zerstörungen verursachen letztlich das Versagen des gesamten Bauelementes. Die Entladungen in den Kanälen können durch die Erfassung damit verbundener Stromimpulse mittels Teilentladungsmesstechnik nachgewiesen werden, deren Einsatz bei vor Ort Messungen durch elektromagnetische Störungen unter Umständen stark behindert wird. Durch den zunehmenden Einsatz von transparenten/transluzenten Silikonelastomeren in den Garnituren und den mit Entladungen verbundenen optischen Wirkungen ergeben sich alternative Möglichkeiten, innere Teilentladungen in Feststoffisolierungen auch optisch zu erfassen. Die Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur optischen Detektion von inneren Teilentladungen in Hochspannungsisolieranordnungen aus transparenten/transluzenten Silikonelastomeren, zur Signalverarbeitung und zur Darstellung der Ergebnisse. Schwerpunkte waren: - die Auswahl und Erprobung technischer Lösungen zur optischen Signalerfassung als zusätzliche Messkanäle des digitale Mehrstellen-TE-Messsystems MPD 540/600, - Untersuchungen zu optischen Eigenschaften transparenter Silikonelastomere einschließlich der Spektren sich darin ausbildender Teilentladungen und - Untersuchungen zum Kanaleinsatz und –aufbau und zum Wachstumsverhalten der kanalförmigen Strukturen im Silikonmaterial sowie im Grenzflächenbereich Silikon↔VPE. Die Messungen erfolgten an Prüfkörpern mit Nachbildungen unterschiedlicher, praxisnaher Fehlstellen zeitsynchron zur elektrischen Teilentladungsmessung. Es wurde gezeigt, dass mit der optischen Entladungserfassung vergleichbare Ergebnisse zu den elektrischen Messungen erhalten werden, ohne dass die optischen Kanäle den Einschränkungen der elektrischen Messtechnik in einer praktischen Anwendung unterliegen. An einem Modell eines 20 kV-Aufschiebeendverschlusses in einem VPE-Kabelaufbau wurde durch die optische und elektrische Erfassung der von künstlich eingebrachten Fehlstellen im Endverschlussbereich ausgehenden Teilentladungen die Praxistauglichkeit der optischen Entladungserfassung demonstriert. Die Ergebnisse sind ein Beitrag zur Charakterisierung von Silikonelastomeren sowie deren Weiterentwicklung für Anwendungen in Garnituren, und zeigen Möglichkeiten für eine optische Entladungserfassung in Feststoffisolierungen auf. Abschließend werden die Optimierungspotentiale der verwendeten optischen Messtechnik aufgeführt und eine grafische Möglichkeit der vergleichenden Auswertung von elektrisch und optisch erfassten Größen erläutert.
Defects in stress cones of cable accessories cannot be excluded during manufacturing as well as defects in the interface regions during on-site installation of the accessories. These defects are the cause for disturbances of the electrical field and lead to excessive local field strengths. Those field strengths provoke the local destruction of the isolating structure through the formation of channel-like structures (trees) which ultimately lead to the failure of the whole component. Discharges in the channels can be detected by the observation of associated current impulses which can be recorded using partial discharge measurement technology. However, on-site electrical partial discharge measurements often suffer from severe electromagnetic interference. The increasing application of transparent or translucent silicone elastomers in cable accessories opens up alternative opportunities for the optical recording of partial discharges, due to the optical effects associated with discharges. This work addresses investigations for optical recording of discharges within high-voltage insulations made from transparent silicone materials, for signal processing and for presentation of the results. Emphases were: - the selection and testing of technical solutions for optical recording of signals as optical data channels included in the digital multi-channel partial discharge measurement system MPD 540/600, - investigations of optical properties of transparent silicone elastomers including the spectra of propagating discharges and - investigations into initiation and propagation of tree growth as well as growth behaviour of these channel-like structures in the bulk silicone material and in the interface region between silicone and XPE. The measurements were carried out on specimen with simulated defects of practical relevance synchronised with the electrical partial discharge measurements. It was shown, that the optical channels provide comparable results to the electrical measurements, without suffering from the limitations of electrical detection in real-life applications. The suitability of optical discharge measurement for real-life applications was demonstrated on a 20 kV slip-on termination installed on an XLPE cable by optical and electrical recording of PDs provoke by artificial defects in the termination region. The obtained results contribute to the characterisation of silicone elastomers as well as to the future development for applications in accessories and they show new opportunities for optical discharge recording in solid insulators. Finally, the optimisation potential of the utilized optical measurement equipment is discussed and a graphical method for the comparative evaluation of electrical and optical data is presented.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-66978
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4786
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4489
Exam Date: 19-Dec-2014
Issue Date: 7-Jul-2015
Date Available: 7-Jul-2015
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Faseroptische Sensoren
optische Teilentladungsmessung
NARDiagramm
transparente Silikonelastomere
Treewachstum
Fiber optic sensor
transparent silicone materials
Optical PD measurements
NARDiagram
tree growth
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