Kaapelipäätteiden osittaispurkauksien tunnistaminen akustisiin, sähkömagneettisiin ja sähköisiin mittauksiin perustuvien menetelmien avulla

Abstract

Osittaispurkaukset ovat sähköverkon komponenttien eristeitä rappeuttava ilmiö ja ne voivat pahimmassa tapauksessa rikkoa sähköverkon komponentin ennenaikaisesti aiheuttaen vaaratilanteita ja taloudellisia tappioita. Osittaispurkaukset synnyttävät sähkömagneettista säteilyä ja ääntä, minkä vuoksi niitä voidaan mitata. Osittaispurkauksien mittaaminen kaapelipäätteistä mahdollistaa niiden käytönaikaisen ja jatkuva-aikaisen kunnonvalvonnan ja näin ollen aktiivisia osittaispurkauksia synnyttävään kaapelipäätteeseen voidaan kohdistaa korjaavia toimenpiteitä ennen sen lopullista hajoamista.

Tässä diplomityössä tutkitaan keski- ja suurjännitekaapelipäätteiden osittaispurkauksien tunnistamista äänikameralla ja kahdella eri RFI-mittauslaitteella (radio-frequency interference). Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, voidaanko tutkimuksen mittauslaitteistolla tunnistaa kaapelipäätteistä osittaispurkauksia luotettavasti ja samalla validoida mittauslaitteet kaapelipäätteiden kunnonvalvontaan. 24 kV lämpökutistekaapelipäätteisiin ja 123 kV öljyeristeisiin kaapelipäätteisiin luodaan keinotekoisesti sisäisiä osittaispurkauksia, pinta- ja koronapurkauksia aiheuttavia asennusvirheitä, joita mitataan tutkimuksen mittauslaitteilla suurjännitelaboratorioissa.

Laboratoriomittauksien perusteella mittauslaitteet ja -menetelmät ovat soveltuvia kaapelipäätteiden osittaispurkauksien tunnistamiseen. Mittauslaitteissa ja niiden tuloksissa on kuitenkin merkittäviä eroavaisuuksia, minkä vuoksi toiset laitteet soveltuvat paremmin tiettyjen osittaispurkaustyyppien tunnistamiseen kuin toiset. Osittaispurkauksien tunnistaminen mittaustuloksista ei kuitenkaan ole yksiselitteistä ilmiön monimutkaisuuden vuoksi. Diplomityön johtopäätöksissä pohditaan tarkemmin mittauslaitteiden soveltuvuutta kaapelipäätteiden kunnonvalvontaan ja esitellään kehitysideoita.

Partial discharges are a deteriorating phenomenon in the insulation of power grid components and, in the worst case scenario, partial discharges can break the component prematurely, causing dangerous situations and financial losses. Partial discharges emit electromagnetic radiation and sound and therefore they can be measured. Measuring partial discharges from cable terminations allows for active condition monitoring and thus preventive actions can be targeted to a cable termination that shows aggressive partial discharge activity before its complete failure.

This thesis investigates the identification of partial discharges in medium and high voltage cable terminations with an acoustic camera and two different RFI surveying tools (radio-frequency interference). The purpose of the study is to determine whether the measuring devices of the study can reliably identify partial discharges from cable terminations and at the same time validate the measuring devices for condition monitoring of cable terminations. Artificial installation errors causing internal partial discharges, surface discharges and corona discharges are created for 24 kV heat shrink cable terminations and 123 kV oil-filled cable terminations which are measured with the measuring devices of the study in high voltage laboratories.

Based on the laboratory measurements, the measuring devices and methods are suitable for identifying partial discharges in cable terminations. However, there are significant differences in the measuring devices and in their results, which makes some devices more suitable for identifying partial discharges than others. The identification of partial discharges from the measurement results is not unambiguous due to the complexity of the phenomenon. The conclusions of the thesis consider the suitability of the measuring devices for the condition monitoring of cable terminations in more detail and present ideas for further development.