Review and Design of DC Electrical Field Measurement Systems and Related Developments : For Measurements Around HVDC Cable Terminations

Autor: Bergvall, Emil
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: With power generation and consumption placed further away from each other, with for example increased offshore power production, the need for HVDC transmission systems increases. As voltage levels in the HVDC transmission system are raised, the losses can be decreased, enabling efficient power transfer over longer distances. Such an increase in voltage levels comes with questions regarding insulation performance due to increased electrical field stress in high voltage apparatus, particularly in and around cable terminations. Thus, physical measurements of electrical fields or voltage potentials in air are of interest to improve the understanding of the electrical fields around cable terminations as well as to verify and develop simulation models for use at ultra high voltage. In this thesis, different measurement systems and sensors for electrical field measurements are investigated, and their benefits and drawbacks are compared to a known previously implemented reference measurement system with known strengths and limitations. Two new conceptual measurement systems with a sensor concept and positioning system are developed and proposed for a set of given conditions, such as measurement around cable terminations in air. The first proposed system is based on a shutter field mill sensor placed on variable electric potential. The second system is based on the reference system's sensor design modified to remove the need for a large positioning system. The feasibility of the two measurement systems is investigated further utilizing a COMSOL model and a mechanical prototype. The simulation model is used for electrical field simulations around cable terminations in a 2D-axisymmetric geometry as well as a 3D geometry to verify the first measurement system. The mechanical prototype is utilized to test and verify the possibility of implementing the second system's positioning system. The two final proposed measurement systems can be further developed and used as a foundation for a future implemented measurement system.
Ökad elproduktion i form av exempelvis vindkraftsverk placerade till havs leder till elproduktion och konsumtion placerad med större avstånd från varandra, vilket skapar ett behov av HVDC transmissionssystemm. Genom att höja spänningsnivåerna i transmissionssystemet kan förluster minskar, vilket möjligör effektiv kraftöverföring över längre avstånd. En sådan ökning av spänningsnivåerna i transmissionssystemet kommer med obesvarade frågor angående isoleringsprestanda i högspänningsutrustningen på grund av en höjd elektrisk stress, med särskilt intresse gällande påverkan på kabelavslut. Därför är fysiska mätningar av elektriska fält eller potentialer i luft av intresse för att förbättra förståelsen av det elektriska fältet kring kabelavslut, samt att verifiera och utveckla simuleringsmodeller för användning vid ultrahög spänningspotentialer. I detta examensarbete har olika mätsystem och sensorer för elektriska fältmätningar utredits och deras fördelar och nackdelar jämförts med ett känt tidigare implementerat rereferensmätsystem med kända styrkor och begränsningar. Två nya konceptuella mätsystem med sensorkoncept med tillhörande positioneringssystem utvecklas och föreslås för en uppsättning givna förhållanden, som t.ex mätning kring kabelavslutningar i luft. Det första föreslagna systemet är baserat på en fältkvarnssensor placerad på variabel elektrisk potential. De andra systemet är baserat på referenssystemets sensordesign modifierad för att ta bort behovet av ett stort positioneringssystem. Genomförbarheten av de två mätsystem undersöks vidare med användning av en COMSOL-modell och en mekanisk prototyp. Simuleringsmodellen används för elektriska fält simuleringar kring ett kabelavslut i en 2D-axelsymmetrisk geometri samt i en 3D-geometri för att verifiera det första mätsystemet. Mekaniska prototypen används för att testa och verifiera möjligheten att implementera andra systemets positioneringssystem. De två föreslagna mätsystemen kan vidareutvecklas och användas som en grund för ett framtida implementerat mätsystem.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: