Eindhoven University of Technology MASTER Invloed van ... · research, which concentrated on the...

Eindhoven University of Technology

MASTER

Invloed van geometrie op kwaliteit van isolatoren in vacuum bij 50 Hz hoogspanning

Smulders, H.W.M.

Award date:1994

Link to publication

DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

https://research.tue.nl/nl/studentthesis/invloed-van-geometrie-op-kwaliteit-van-isolatoren-in-vacuum-bij-50-hz-hoogspanning(8560ea8d-09ac-4207-b87d-5963ce8c74f7).html

FACULTEIT ELEKTROTECHNIEK

Vakgroep Hoogspanningstechniek en

Electromagnetic Compatibiliy (EHC)

Invloed van geometrie opkwaliteit van isolatorenin vacuum bij 50 Hz hoogspanning

door: H.W.M. SmuldersEH.94.A.143

De faculteit Elektrotechniek van deTechnische Universiteit Eindhovenaanvaardt geen verantwoordelijkheidvoor de in/lOud van stage- enafstudeerverslagen.

Afstudeerwerk verricht 0.1.v.:

Dr.ir. J.M. WetzerDr. P.A.A.F. Wouters

27 oktober 1994

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

Alumina-·sample in meetopstelling

Summary

To investigate the influence of geometry on the performancy of insulators in vacuum under 50 Hz

high-voltage the existing measurement setup has been modified. A computer controlled AC high

voltage supply, has been designed and built. The measurement setup, originally designed to be

discharge free for voltages up to 5 kV RMS has been upgraded: the discharge activity at 36 kV

RMS is lower then 0.5 pC.

For fourteen different insulator geometries, two specimen per geometry, breakdown voltages and

partial discharges have been measured. The research is a follow up of the earlier "ESTEC"

research, which concentrated on the DC-behaviour of insulators.

The effect of geometry on insulator performance is smaller for AC then for DC. This applies to

the unconditioned as well as to the conditioned breakdown values. A unipolar (DC) voltage offers

less possibilities to improve the performance of an insulator by reducing the electrical field at a

triplepoint. Under bipolar (AC) voltages the electrical field at both triplepoints has to be reduced.

Furthermore it is difficult, in general, to choose a geometry which accumulates a stable surface

charge that is able to reduce electron emission from a triple point during a full 50 Hz cycle. As a

result, conditioning only consists of eliminating local emission points. The above-mentioned

effects result in conditioned AC breakdown voltages between 40 kV and 60 kV (DC breakdown

voltages were found between 45 kV and 110 kV).

Partial discharge actIVity is less dependent on the overall surface geometry than on accidental

defects of the insulator under test. The discharge pattern (number of discharges versus 50 Hz

phase) seems to be characteristic of the type of defect. However the inception voltage, usually

very close to the breakdown voltage, is determined by the geometry, indicating that surface

processes are important.

Samenvatting

Teneinde de invloed van geometrie op de kwaliteit van isolatoren in vacuum bij 50 Hzhoogspanning te onderzoeken is de bestaande meetopstelling geschikt gemaakt voor wisselspanning. Een wisselspanningsvoeding, die met een computer aanstuurbaar is, is ontworpen engebouwd. De opstelling die oorspronkelijk ontladingsvrij was tot 5 kV RMS (Lit[33], Wetzer,1991) is verbeterd. Ontladingsactiviteit is bij een spanning tot 36 kV RMS lager dan 0.5 pC.

Voor een veertiental verschillende geometrieen, twee exemplaren per geometrie, zijndoorslagspanningen en partH~le ontladingen gemeten. Het onderzoek is een vervolg op het reedslanger lopende II ESTEC"-programma, waarbij het gelijkspanningsgedrag van isolatoren is

onderzocht.

Bij wisselspanning blijkt de invloed van geometrie minder groot te zijn dan bij gelijkspanning. Ditgeldt zowel voor de geconditioneerde als de ongeconditioneerde waarde. Een unipolaire spanning(DC) biedt meer mogelijkheden om de kwaliteit van een isolator te verbeteren door de elektrischeveldsterkte nabij het triplepunt te verlagen. Bij een bipolaire (AC) spanningen moeten beidetriplepunten elektrisch ontlast worden.

Bovendien is het in het algemeen erg moeilijk een geometrie te kiezen waarop een ladingsverdeling opbouwt die gedurende een volle 50 Hz periode zodaning effect sorteert dat elektronemissievanuit beide triplepunten gereduceerd wordt. Dit laatste heeft als direct gevolg dat conditionerenalleen geschieut door eliminatie van lokale emissiepunten. Een en ander resulteert in eengeconditioneerde doorslagspanning tussen 40 kV en 60 kV (ter vergelijking voor gelijkspanning isdit circa 45 kV tot 110 kV).

Partiele ontladingen blijken minder van de geometrie danwel van toevallige defecten van het tetesten sample afhankelijk te zijn. Het ontladingspatroon als functie van de fasehoek lijkt sterkkarakteristiek voor het type defect. De inceptiespanning van de ontladingen, die in het algemeen

zeer dicht bij de doorslagspanning ligt, is wei mede door de geometrie bepaald, hetgeen het belangvan de oppervlakteprocessen aangeeft.

Inhoudsopgave

Summary

Samenvatting

1 Inleiding 1

1-1 Overzicht onderzoek 1

1-2 Voortzetting onderzoek 2

2 Meetsysteem 3

2-1 Constructie wisseIspanningsvoeding 32-2 Meetsysteem voor doorslagmetingen 42-3 Meetsysteem voor partH~Ie ontIadingsmetingen 72-4 Kalibratie van meetsysteem voor partH~le ontladingen 8

3 Metingen 10

3-1 Keuze van isolatorgeometrieen 103-2 Meetprocedure voor doorslagmetingen 10

3-3 Meetprocedure voor partieIe ontladingsmetingen 11

4 Discussie4-1 Doorslagmetingen4-1-1 Inleiding4-1-2 Resultaten

4-1-3 Conclusies4-2 Partiele ontladingsmetingen4-2-1 Inleiding4-2-2 Hypothesen partiele ontladingsmechanismen

4-2-3 Conc1usies

5 Conc1usies en Aanbevelingen5-1 Conc1usies

5-2 Aanbevelingen

6 Nawoord

13

13131417

181819

24

262628

29

Bijlagen I

IIIII

Overzicht meetresultaten

Constructie wisselspanningsvoed ingLiteratuuronderzoek

1 Inleiding

1-1 Overzicht onderzoek

In satellieten worden lopende-golfzendbuizen (Traveling Wave Tube, T.W.T., zie fig. 1-1)

toegepast om hoogfrequent signalen te versterken. Opdat hogere frequenties (boven 11 GHz) en

grotere vermogens gebruikt kunnen worden, is het noodzakelijk compactere versies te ontwerpen,

die hogere spanningen kunnen weerstaan. Een gevolg hiervan is dat lokaal zeer hoge veldsterkten

optreden, die tot problemen aanleiding kunnen geven. In een lopende golfzendbuis zijn de diverse

hoogspanningscomponenten in vacuum geplaatst ondersteund door afstandhouders, de zogenaamde

spacers.

Spacer(Hamburger shap!)

fig. 1-1 Collector lopende-golfzendbuis

De eerste generatie lopende-golfzendbuizen kende problemen varierend van het voor kortere tijd

uitvallen tot het definitief de geest geven van de buis ten gevolge van een hoogspanningsdoorslag.

Reeds lang is bekend (Lit[20], Latham, 1980) dat de excellente isolatie eigenschappen van vacuum

nadeling be'invloed worden door de aanwezigheid van afstandhouders. Redenen hiervoor zijn :

- locale veldverstoring;

- opladen, soms veldverstoring;

- electronenimport op oppervlak door gasdesorptie of secundaire electronen emissie.

De vakgroep EHC heeft in het verleden, in samenwerking met ESTEC reeds uitgebreid onderzoek

gedaan naar het gedrag van isolatoren in vacuum onder geliJkspanning. Aan de hand van een

aantal voorstudies zijn een aantal isolatorvormen gekozen die model staan voor complexere

afstandhouders of als vergelijkingsmateriaal inzicht geven in doorslagmechanismen. Hiervan zijn

een veertigtal samples van alumina (AIl 0 3) vervaardigd.

Teneinde een zo compleet mogelijk beeld van de relevante mechanismen te verkrijgen zijn deze

samples aan een aantal metingen onderworpen, te weten:

- DC stroommeting;

- DC partiele ontladingsmetingen;

- DC + AC partieIe ontladingsmetingen;

- DC doorslagspanningsmetingen;

- Stroommeting tijdens doorslag;

- Optische metingen tijdens doorslag.

Ook is onderzoek gedaan naar conditioneringstechnieken, en is een uitgebreid literatuuronderzoek

verricht.

Een geautomatiseerd meetsysteem is gerealiseerd: een computer stuurt een hoogspanningsvoeding

en verzamelt de meetgegevens. Zowel de metingen van doorslagspanning alsook partiele

ontladingen vinden plaats met behulp van personal computers.

1-2 Voortzetting onderzoek

In het verleden heeft de nadruk vooral gelegen op het isolerende gedrag van afstandhouders in

vacuum voor gelijkspanningen. In veel toepassingen komen al dan niet gesuperponeerd op

gelijkspanning wisselspanningen voor. Daarom is het interessant om het gedrag van de

verschillende spacergeometrieen voor wisselspanningen te bestuderen. Temeer daar een bipolaire

(AC) spanning kan leiden tot geheel andere ontwerpcriteria. Een vergelijking met het reeds

bekende gedrag bij gelijkspanningen en het wisselspanningsgedrag kan worden gemaakt.

Ais eerste aanzet voor het onderzoek van afstandhouders in vacuum is gekozen voor de volgende

diagnostieken bij pure wisselspanning:

- metingen van doorslagspanningen;

- partiele ontladingsmetingen.

De doorslagspanning is het uiteindelijke selectiecriterium voor een goede afstandhouder, terwijl

partiele ontladingen informatie kunnen verschaffen over fysische processen die aan doorslag

voorafgaan.

Bij de metingen is gebruik gemaakt van het bestaande vacuumsysteem. Een veertiental

verschillende samplevormen is beschikbaar. Een hoogspanningsvoeding, die met het reeds

bestaande meetsysteem kan samenwerken is ontworpen en geconstrueerd. Het meetsysteem is aan

de hoogspanningszijde enigszins gewijzigd ten opzichte van het bestaande systeem om metingen

met wisselspanningen mogelijk te maken. Met name is veel aandacht besteed aan het

ontladingsvrij uitvoeren van de opstelling teneinde gevoelige partiele ontladingsmetingen te kunnen

verrichten. Aan de laagspanningszijde is het bestaande meetsysteem gehandhaafd.

2

Meetsysteem

2-1 Constructie wisselspanningsvoeding

Onderstaand is een beknopt overzicht van de bouw van de wisselspanningsvoeding gegeven. Voor

een meer uitgebreide beschrijving wordt verwezen naar bijlage II. Een volledige beschrijving,

inclusief printontwerpen is beschikbaar als handleiding.

Als voedingsbron voor het hoogspanningscircuit is een meettransformator, fabrikaat Smit, 60 kV,

overzetverhouding 1:600 beschikbaar. Het idee om met behulp van een audioversterker een

laagspanningsvoeding te bouwen die deze transformator kan aansturen, is uitgewerkt. Gekozen is

voor een ge"integreerde audioversterkermodule HY364, maximaal uitgangsvermogen 140-180 W.

Besturingselectronica, compensatiespoel (zie onder), impedantieaanpassingstransformator,

voedingen en versterkermodule zijn in een behuizing ondergebracht.

Op grand van de ervaring opgedaan bij gelijkspanningsmetingen in het verieden is als ontwerpcri

terium voor de maximaal te bereiken hoogspanning 50 kV RMS genomen: dit komt overeen met

een topspanning van 70 kV. Voor vrijwel aile samples verwachten we hiermee de

doorslagspanning te kunnen hepalen. am inpashaar te zijn in het reeds bestaande meetsysteem

dient de voeding door middel van een personal computer aanstuurbaar te zijn. Dit geeft de

volgende ontwerpeisen voor de voeding :

- V max = 50 kV;

- Frequentie = 50 Hz;

- Handmatig regelbaar;

- Met personal computer aanstuurhaar;

- Spanningsmonitoring;

- Snelle uitschakeling bij doorslag;

- Resetsignaal voor besturingscomputer bij doorslag;

- Beveiligd tegen allerlei foutsituaties.

Aangezien de belasting aan de hoogspanningszijde overwegend capacitief is (Zie par. 2-2 en 2-3),

is er voor gekozen om deze capaciteit te compenseren met een zelfinductie aan de

laagspanningszijde. Bij plaatsing aan de hoogspanningszijde zou een ontoelaatbaar grate spoel

noodzakelijk zijn. Bovendien zijn prohlemen te verwachten met het onladingsvrij realiseren van de

spoet. Op onderstaande wijze is een resonant circuit gerealiseerd (fig. 2-1).

RUD

'1fig. 2-1 Hoogspanningsvoeding

3

In theorie zou een aanzienlijke kwaliteitsfactor, circa 6 tot 10, in deze serie RLC kring mogelijk

moeten zijn. Het henodigde door de versterker geleverde vermogen is daarom gering. Bij

beproevingen bleek echter dat de meettransformator niet onaanzienlijke ijzerverliezen heeft,

- waardoor de kwaliteitsfactor laag uitvalt, 1.5 ~ 1.7. Bovendien is gebleken dat de transformator

bij spanningen groter dan 43 kV verzadigingsverschijnselen gaat vertonen, hetgeen uiteindelijk de

maximaal bereikbare spanning beperkt.

Omdat de kwaliteitsfactor van het resonantcircuit laag is, kan de voeding worden gebruikt voor

een ietwat breder frequentiegebied: 45 Hz tot 60 Hz. Een sinusgenerator wordt gebruikt om een

5 V, 50 Hz (of daaromtrent) signaal aan de voeding toe te voeren. De maximale uitgangsspanning

van het hoogspanningsvoedingssysteem bedraagt circa 45 kV, de maximale stroom aan de

hoogspanningszijde 2 rnA.

2-2 Meetsysteem voor doorslagmetingen

Er is gebruik gemaakt van de reeds bestaande meetopstelling (tig. 2-2). Een computer (P3102)

bestuurt met een DA-converter de hoogspanningsvoeding en registreert met AD-ornzetters de

spanning aan de hoogspanningszijde en eventuele doorslagen. De momentane waarde van de

hoogspanning direct voor het tijdstip van een doorslag wordt vastgelegd. Na een doorslag wordt

direct de hoogspanning afgeschakeld. Deze spanning kan pas na enkele seconden weer opgeregeld

worden.

I/ AHD·~ SlH4AEIAA.

lin

VAcuiiM

fig. 2-2 Meetsysteem doorslagmetingen

Aan de hoogspanningszijde is een seriedempweerstand vereist om in geval van doorslag de stroom

die de voeding levert te begrenzen. De vacuumopstelling met een isolator tussen de electroden

4

heeft een capaCitelt van circa 30 pF. In verband met de spanningsval over de dempweerstand

veroorzaakt door de stroom die door het circuit loopt, kan de weerstand niet willekeurig groot

worden gekozen. Gebruikt is een serieschakeling van een 4 MO en een 10 MO weerstand:

0.98 Vbv staat over de vacuiimopstelling, dit betekent een verlies van 2 %.

Een Rogowskispoel, die om de hoogspanningsdoorvoer van het vacuiimvat is geplaatst detecteert

doorslagen. De onderelectrode is direct in het vacuiimvat geaard, ter voorkoming van eventuele

overspanningen die kunnen ontstaan door de zeer hoogfrequent componenten in de

doorslagstroom. De computer en sinusgenerator, die gevoelig zijn voor de electromagnetische

stoorvelden die bij een doorslag optreden, zijn in een EMC-kast opgesteld.

5

Hoogspanningscircuit met vacuiimvat

ERA-versterker, voeding en EMC-kast met meetopstelling

6

2-3 Meetsysteem voor partiele ontladingsmetingen

Voor het meten van partiele ontladingen is een koppe\condensator vereist (fig. 2-3). Normaliter

wordt hiervoor een waarde gekozen die zo'n tienmaal groter is dan de capaciteit van de opstelling.

Omdat in dit geval de 50 Hz-stroom in het hoogspanningscircuit te groot zou worden is voor een

kleinere capaciteit, namelijk 100 pF, gekozen (factor 3 groter dan capaciteit opstelling). In

verband met de hogere capaciteit aanwezig in het hoogspanningscircuit moet een dempweerstand

met een lagere waarde worden gekozen. Gebruikt is een weerstand van 4 MO, zodat 0.97 Vhv

staat over de opstelling. Dit betekent een verlies van 3 %.

fig. 2-3 Meetsysteem partiele ontladingsmetingen

Om de fasehoek te kunnen meten waarhij ontladingen optreden is een nuldoorgangsdetector

geconstrueerd. Deze hestaat uit een spanningsdeler gevormd door een capacitieve opnemer

(capaciteit naar hoogspanningscircuit is circa 5 pF) en 47 nF condensator. Het signaal van deze

deler wordt via een bufferversterker naar een Schmitt-trigger gevoerd. Deze geeft een triggerpuls

bij een negatieve nuldoorgang van de 50 Hz hoogspanning. Ter onderdrukking van stoorpulsen

veroorzaakt door doorslagen is zowel tussen de deler en de bufferversterker alsook tussen de

Schmitt-trigger en de computer een laagdoorlaatfilter aangebracht. De theoretische nauwkeurigheid

van dit systeem is 0.25°.

De onderelectrode is bij partiele ontladingsmetingen via een meetimpedantie, in principe een RLC

netwerk (ERA-unit 1), geaard. De stroom veroorzaakt door partiele ontladingen exciteert dit

resonantcircuit, hetgeen in een gedempte trilling resulteert met f=20 kHz. De amplitude van dit

signaal is een maat voor de ladingsgrootte van de partieIe ontlading. Via een regelbare bandver

sterker (ERA-versterker, Elec. Res. Assn., type 652, model 3), maximale versterkingsfactor

120 dB, wordt dit signaal normaal en ge'inverteerd naar een pulseshaper gevoerd. Deze heeft in

7

principe de mogelijkheid onderscheid te maken tussen posJueve en negatieve ontladingen. Een

tweetal signalen worden afgegeven, die door de computer kunnen worden verwerkt (zie Lit.[35],

Willems, 1992). E~n signaal evenredig in amplitude met de schijnbare ladingsgrootte, en ~~n

TIL-puIs bij elke geregistreerde ontlading. De computer (IBM 285-PC) is voorzien van een

tweetal kaarten waarmee partiele ontladingen kunnen worden geregistreerd. De MCA-kaart (Multi

Channel Analyzer, amplitude-aantal karakteristiek) is gedurende de gehele meetperiode actief. De

MCS-kaart (Multi Channel Scaler, tijdstip-aantal karakteristiek) wordt door een triggerpuls van het

fasedetectiesysteem bij een negatieve nuldoorgang gestart. Computer, sinusgenerator, pulseshaper

en fasedetectiesysteem zijn in een EMC-kast ondergebracht.

Het hoogspanningscircuit zelf dient ontladingsvrij te zijn. Bijzondere aandacht is besteed aan

veldsturing. Hiertoe zijn aile uitstekende delen afgeschermd. De 4 MO weerstand is met SF6

gevuld. Bij metingen is gebleken dat het ontladingsniveau lager is dan 0.5 pC bij spanningen tot

36 kV. De optredende ontladingen daarboven worden veroorzaakt door minuscule oneffenheden

op de electroden. Een geringe storing, overeenkomend met een ontlading van 0.5 pC, was

aanwezig. Deze bleek veroorzaakt te worden door de halogeenverlichting in het laboratorium. De.

versterkingsfactor van de bandversterker is zodanig gekozen dat het meetbereik 0.7 pC tot 60 pC

is.

2-4 Kalibratie van meetsysteem voor partiele ontladingen

Teneinde op een correcte wijze de grootte van de partiele ontladingen te kunnen bepalen is een

accurate kalibratie van het meetsysteem vereist. Hiertoe wordt met een kalibratiebron een bekende

lading ge"injecteerd. Een 5 V stapvormig signaal wordt via een condensator (0.1 pF, 1.0 pF, .. ;

Enraf Nonius bron) op het meetsysteem aangesloten.

z

CK = 100 pF

C1 = 30 pF

CK2 = 59 pF

CK3 = 22 pF

CK4 = 50 pF

Rp = 120 kO

Rs = 1200

Lp = 375 mH

Ls = 375 IlH

Z = 2200

Fig. 2-4 Meetsysteem partiele ontladingen

Een probleem hierbij is dat door het aansluiten van de kalibratiebron het meetcircuit enigszins

wordt veranderd. De systeemresponsie op een echte ontlading is niet precies gelijk aan de

systeemresponsie op een kalibratieladingsinjectie (fig. 2-5). Door de capaciteit van de

8

kalibratiebron en van de aansluitdraden van deze bron wordt het systeem gewijzigd.

Xl

CK1 = 0 pFCo = 0.1 pFOverigen zie fig. 2-4

z

Fig. 2-5 Meetsysteem bij kalibratie

Door nu de responsie van het meetsysteem op een echte ontlading en de responsie op eenladingsinjectie van het gewijzigde systeem te bepalen kan een correctie factor worden gevonden

(zie Lit. [35], Willems, 1992).

Met de volgende waarden:

Cv23 = coax 2 + coax 3 = 59 pF + 22 pF = 81 pFC1 = capaciteit opstelling = 30 pF

CK = koppelcondensator = 100 pF

Co = injectiecapaciteit = 0.1 pF bij 0.5 pC; 1 pF bij 5 pC; 10 pF bij 50 pC; 100 pF bij 500 pC

Dit geeft onderstaande waarden voor de correctiefactor F :

0.5 pC

1.00

5.0 pC

1.0150 pC

1.13

500 pC2.34

Dit betekent dat de systeemresponsie op een ladingsinjectie van 5 pC gelijk is aan de responsie op

een partiele ontlading van 5 pC/F = 4.95 pC ; analoog voor 50 pC : 50 pCIF = 44.2 pC. Degevoeligheid van het meetsysteem is groter dan op grond van de kalibratie verwacht wordt.

Het signaal van de kalibratiebron bleek een ongewenste oscillatie te vertonen bij kalibratie met

5 pC. Hierom is tel kens 50 pC injectie gebruikt. De gevonden correctiefactoren, evenals deIineairiteit van het meetsysteem zijn gecontroleerd met ladingsinjecties van 50 pC respectievelijk500 pC. Na elke meting is een kalibratiemeting uitgevoerd.

9

3 Metingen

3-1 Keuze van isolatorgeometrieen

In het verIeden zijn voor gelijkspanningsmetingen een veertienta! verschi!!endevervaardigd. Van elke geometrie bestaan minimaal twee exemplaren (fig.3-1).

01 02 03 04 05 06 07 OB 09

Fig. 3-1 Overzicht samples

10 11 12 13 14

Voor de metingen heschreven in dit verslag zijn een tweetal samples van elke geometrie getest.

Hiermee kunnen effecten van toevallige heschadigingen aan een exemplaar herkend worden.

Middeling van de resultaten per geometrie is mogelijk indien de spreiding tussen twee samples van

dezelfde geometrie niet te groot is. Die exemplaren zijn gekozen waaraan in het verleden metingen

met gelijkspanningen zijn verricht. dit om een eerlijke vergelijking van de resultaten van de

gelijkspannings- en wisselspanningsmetingen te kunnen maken.

Aan het begin en aan het einde van de serie partiele ontladingsmetingen zijn metingen aan een

vacuiimgap verricht. Een vergelijking met isolatoren geeft aan in hoeverre de isolator betrokken is

bij de partiele ontladingsactiviteit. Voor doorslagmetingen zijn metingen aan een vacuiimgap niet

zinvol. daar een goed geconditioneerde vacuiimgap van 5 mm de maximale voedingsspanning van

45 kV zonder meer bleek te houden.

3-2 Meetprocedure doorslagmetingen

Voorafgaand aan de serie doorslagmetingen zijn de electroden vervangen door nieuw bewerkte

exemplaren. die vervolgens met alcohol zijn gereinigd. Na conditionering bleek een 5 mm

vacuiimgap geen doorslagen meer te vertonen voor spanningen tot 45 kV. Bij gereinigde

electroden treden aanvankelijk nog ontladingen en doorslagen op waarschijnlijk ten gevolge van

een nog aanwezig film van alcohol.

Elk te testen sample is gedurende 30 seconden in alcohol, 96%, utrasoon gereinigd. Vervolgens is

het sample gedroogd en in de vacuiimopstelling geplaatst. Indien de samples zich niet in de

opstelling bevinden worden zij onder droge stikstof bewaard. De opstelling word tot minimaal

2.5 * 10-6 mbar vacuiim gepompt alvorens een meting te heginnen.

10

De spanning op het sample wordt opgevoerd met ongeveer 1 kV Is tot een doorslag optreedt. De

spanningswaarde waarhij en het tijdstip waarop de doorslag optreedt worden door de computer

geregistreerd. De spanning wordt onmiddelIijk uitgeschakeld, en na een wachttijd van circa 5

seconden opnieuw opgevoerd tot de volgende doorslag optreedt. Na vijftig doorslagen wordt de

meting beeindigd.

Een tweetal exemplaren bereikten gedurende conditionering de maximum voedingsspanning (vorm

03, exemplaar 14: 13 doorslagen; vorm 07, exemplaar 26: 16 doorslagen). In deze gevalIen is na

5 minuten handhaven van de maximum spanning de meting gestopt nadat de momentane

hoogspanningswaarde door de computer is vastgelegd.

Ongeveer halverwege de meetserie bleek de onderelectrode bij visuele inspectie sporen van

beschadigingen te vertonen. Deze is vervangen door een nieuwe electrode die vooraf weer

gereinigd en geconditioneerd is. Na het beeindigen van de serie metingen is gecontroleerd of de

kwaliteit van de vacuumgap door de vele doorslagen niet is verminderd. De pure vacuiimgap

bleek daarbij steeds de maximale spanning van 45 kV te kunnen houden.

3-3 Meetprocedure partiele ontladingsmetingen

De samples worden in de opstelling geplaatst, die daarop tot minimaal 2.5 * 10-6 mbar vacuum

gepomt wordt. Vervolgens wordt het hoogspanningscircuit in de contiguratie "doorslagmetingen"

gebracht. Met handmatige besturing wordt de spanning opgevoerd totdat een doorslag optreedt: dit

wordt een tiental malen herhaald. Hiermede wordt een conditionering van het te meten sample

bereikt en is de waarde waarbij doorslag optreedt globaal bekend.

Het hoogspanningscircuit wordt omgebouwd naar de contiguratie "partiele ontladingsmetingen".

Na het starten van de MCA-MCS kaarten wordt de spanning opgevoerd tot een waarde waarbij

ontladingen beginnen op te treden. Deze waarde ligt in het algemeen zeer dicht bij de

doorslagspanning. Regelmatig treden dan ook gedurende een partiele ontladingsmeting doorslagen

op. Na een doorslag wordt de spanning wederom opgevoerd tot ontladingen optreden. De

doorslagen worden weliswaar geregistreerd als een (grote) partiele ontlading echter het aantal op

de wijze geregistreerde partiele ontladingen is klein ten opzichte van het totale aantal en verstoort

daarom de MCA/MCS-metingen niet.

De MCS kaart wordt door een triggerpuls van de nuldoorgangsdetectieschakeling gestart. Gebruikt

worden 512 kanalen, meettijd per kanaal 100 P.s, dat wil zeggen circa 2.5 periode. Bij de derde

periode wordt de volgende sweep gestart. Hierdoor ontstaat na elke sweep (51.2 ms) een dode tijd

van 8.8 ms. In totaal worden 10.000 sweeps gemeten en de aantalIen ontladingen per kanaal

geaccumuleerd. De MCA-kaart die door de MCS-kaart gestart wordt, is gedurende de gehele

meettijd (circa 8 minuten) actief. Hierdoor ontstaat een verschil tussen het aantal ontladingen dat

met de MCA-kaart en de MCS-kaart wordt gemeten. Bovendien is er een klein verschil in de

gevoeligheden van beide PC-kaarten. De dode tijd van de gebruikte pulseshaper is 200 p.s. Dit

II

betekent dat de telsnelheid maximaal enkele duizenden per seconde mag bedragen om verzadiging

van het meetcircuit te voorkomen. Een kortere dode tijd is in principe mogelijk, maar verlaagt het

dynamisch bereik van de metingen omdat de triling die door een partiele ontlading is aangeslagen

nog onvoldoende gedemptis. -

Een aantal samples vertoonde relatief veel doorslagen. De meting is in die gevallen eerder dan na

10.000 sweeps beeindigd. Echter het minimum aantal sweeps is altijd groter dan 3500.

Voor aile exemplaren zijn tegelijk, zonder onderscheid, positieve en negatieve ontladingen

gemeten. Voor die exemplaren waarbij relatief grate ontladingen voorkwamen - in totaal 17

stuks - zijn ook afzonderlijke metingen van positieve en negatieve ontladingen verricht. Gebleken

is namelijk dat de bestaande pulseshaperschakeling niet in staat is om de polariteit van relatief

kleine partiele ontladingen correct te onderscheiden. De amplitude van het eerste maximum van de

trilling die door een partiele ontlading wordt aangeslagen, is namelijk kleiner dan die van het

daarop volgende minimum. Dit hangt samen met de respons van de ERA-versterker met zijn

bandfilter. Indien nu de pulseshaperschakeling dit eerste maximum "mist". wordt op het

daaropvolgende minimum gereageerd. Dit resulteert in een verkeerde interpretatie van de polariteit

van de partiele ontlading. Bij controle metingen is gebleken dat dit bij ontladingen kleiner dan

circa 1.5 pC een rol speelt. Daaram is het slechts zinvol separate positieve en negatieve

ontladingsmetingen te verrichten indien het sample veel relatief grate ontladingen vertoont. In

andere gevallen wordt het beeld verstoord door de vele kleine ontladingen waarvan de polariteit

niet goed bepaald is.

12

4 Discussie

Ten aanzien van de kwaliteit van de gebruikte isolatoren dient opgemerkt te worden dat een

tweetal samples, te weten Nr. 36 (vorm 02) en Nr. 22 (vorm 07) beschadigd zijn ten gevolge van

metingen in het veri eden. Deze presteren minder goed bij de doorslagmetingen. Bij de partiele

ontladingsmetingen zal sample Nr.36 een zeer afwijkend ontladingspatroon blijken te vertonen. De

resultaten voor de doorslagspanning van vorm 02 en vorm 07 zijn door deze beschadigdeexemplaren enigszins be"invloed.

4-1 Doorslagspanningsmetingen

4-1-1 Inleiding

Zoals beschreven is in paragraaf 3-2 is een conditioneringsprocedure gevolgd waarbij de spanning

een vijftigtal malen tot doorslag opgeregeld wordt. Een voorbeeld is hieronder gegeven (fig. 4-1).

bds03hOl50

40:>~l'Ic:'c 30c:IIICoIII

r"l'IIIIiii 20 I,'~

00c

10 : :,I:

"

,,

00 10

I:

'. ,:. :;

" ;;: ::

;:: ';:.." ::: ,--

20 30Doorslagnummer

I-

40 50

fig 4-1 Doorslagspanningsmeting sample 03, cilindrische vorm

Op basis van initiele doorslagspanning. minimum doorslagspanning, maximum doorslagspanningen de spreiding hierin zijn de resultaten vergeleken.

13

4-1-2 Resultaten

In het overzicht is van fig. 4-2 is de initiele doorslagspanning uitgezet voar de diversegeometrieen. Elke staaf geeft een exemplaar weer. De verschillen zijn niet erg groot, maarsymmetrische vorm_en (met name 01, 02 en 03) geven een boven gemiddeld gedrag. Hierbij moetbedacht worden dat een exemplaar van vorm 02 beschadigd is. De initiele spanning is van belang

voar die tocpassingen waarin condiotionering met behulp van doorslagen niet is toegestaan, zoalsonder andere voor zendbuizen gebruikt in de ruimtevaart. Onderstaand een overzicht (fig. 4-2).

V start C Exemplaar 1

• Exemplaar 2

50

40

>~ 30Clt:'2c 20"'Q.II)

10

0

fig 4-2 InitH~le doorslagspanning

V max av C Exemplaar 1

• Exemplaar 2

50

40

~ 30 3Cl •C ;.;

'2 .:.

~;:t: 20CII~ ~:~Q.

en ;.. ~::

10~i:

0

fig. 4-3 Gemiddelde maximum doorslagspanning

14

In fig. 4-3 is de geconditioneerde spanning voor de verschillende isolatoren getoond. am eenbeter beeld te verkrijgen is het gemiddelde van vijf opeenvolgende doorslagen bepaald. Degemiddelde maximum doorslagspanning is van belang omdat deze aangeeft waar de grenzen liggenbij conditionering. Ook hier blijken de verschillen klein, maar wederom presteren desymmetrische vormen 01, 02, 03 maar ook 07 en 09 relatief goed (bedenk weer dat ~~n exemplaarvan de vormen 02 en 07 beschadigd zijn door metingen in het verleden.

20%

15%

Clc::s.~ 10%c.(I)

5%

Spreiding lJ Exemplaar 1

• Exemplaar 2

fig 4-4 Spreiding in doorslagspanning

Een hoge maximum doorslagspanning is aileen zinvol indien deze goed reproduceerbaar is. Despreiding in de waarden is berekend volgens onderstaande formule, waarbij de relatieve afwijkingvan de doorslagspanning ten opzichte van het lopend gemiddelde wordt berekend:

S=lQO%*

N

Li=1

v.- V.QV

I I

v.QV

I

N-l

2

i+2

~v = .: " v.I 5 .~~ J

J=l-':'

In fig. 4-4 is een overzicht van de spreiding gegeven. Hierbij is niet direct een duidelijke Iijnzichtbaar. Opvallend is wei dat het beschadigde exemplaar van vorm 02 een kleine spreiding

vertoont. Blijkbaar definieert zo'n defect de doorslagspanning nauwkeurig. Bij afwezigheid van ditsoort defecten wisselt de doorslagspanning omdat iedere doorslag een nieuw zwakste punt ontbloot(conditionering).

15

Het is interessant om de bij AC gevonden waarden te vergelijken met de waarden die voor DCreeds bekend zijn. Het overzicht in fig. 4-5 geeft het verband tussen de geconditioneerdedoorslagspanning zoals deze in het verI eden gevonden is voor DC met de nu bepaalde ACtopspanning. De punten zijn telkens het gemiddeldeover twee .exemplaren per geometrie.Asymmetrische exemplaren zijn bij DC-waarden in twee verschillende posities getest. De kathodewas daarbij aan de linkerzijde van de in fig. 4-5 getekende vormen.

Vergelijking AC - DC

60

55

50

>~

u~

> 45..)(..E>

40

35

~..

• ,:>..

,

.[61<\

4·• ••..

·rr .m'II . [\1.\

10080eo70

V max ay DC [kY)

60so30 1--------+--------+------+-------+------_---------<

40

fig 4-5 Vergelijking geconditioneerde AC-DC doorslagspanning

Opgemerkt dient te worden dat een van de beide exemplaren van vorm 07 beschadigd is. Degemiddelde waarde van beide exemplaren is met * aangegeven, de waarde van het onbeschadigdeexemplaar met **. De getekende curve geeft een tendens aan. Geometrieen die matig presteren bijDC doen dit ook bij AC. Vormen die heel goed presteren bij DC vanwege het effect vanoppervlaktelading, kunnen dit niet bij AC en presteren dientengevolge ook matig bij AC. Eenvolledige vergelijking tussen AC- en DC-metingen is gegeven in bijlage 1 (pag. 1-36 & 1-37).

16

4-1-3 Conclusies

Uit de resultaten kunnen de volgende conclusies woren getrakken:

* Conditionering hlijkt slechts in geringe mate op te treden. Het onthreken van conditionering

door accumulatie van lading dat zeer effectief bleek bij DC is hier de oorzaak van.

Conditioneren treedt aileen op door daadwerkelijk elimineren van emissiepunten.

* Symmetrische vormen blijken in het algemeen beter te presteren dan asymmetrische vormen.

Bij een vergelijking met de resultaten die bij gelijkspanningsmetingen zijn verkregen blijkt

verder dat de doorslagspanningen veel lager zijn (DC-waarden Iiggen tussen 44 kV en

100 kV, AC waarden Iiggen tussen 40 en 60 kV).

* Slechts enkele vormen hi ijken zowel voor AC alsook voor DC goed te voldoen. Dit zijn met

name de symmetrische vormen. Opgemerkt dient te worden dat deze vormen wei een relatief

grate spreiding vertonen in de doorslagspanning gedurende conditionering.

* De recessed conusvormen die hij DC tot de best presterende geometrieen behoren, presteren bij

AC slecht.

* De cilinder met graef, vorm 03, die bij DC maar matige resultateri behaalt, geeft voor AC

relatief goede resultaten te zien.

* De resulaten van vormen 05 en 06 -"enkele" en "duhhele stap"- Iiggen voor DC relatief

dichtbij elkaar, terwijl er bij AC juist een aanmerkelijk verschil te zien is. Een verklaring

hiervoor onthreekt.

Een overzichtstabel met aile meetresultaten is te vinden in hijlage I, pag. 1-1.

17

4-2 Partiele ontladingsmetingen

4-2-1 Inleiding

Zeals in paragraaf 3-3 vermeld is, wordt met de MCS-kaart gedurende 51.2 ms (dit is circa 2.5

periode) per sweep (aantal 10.000 sweeps) gemeten. Dit geeft bijvoorbeeld onderstaand beeld te

zien (fig. 4-6):

mcs03a01

Cell 100tllC:sIII

~0

iiiC 10III~

Tijd [ms]

fig. 4-6 Fase/tijd - aantal karakteristiek (MCS-kaart)

Vit de periodiciteit met 20 ms valt af te leiden dat de reproduceerbaarheid van de fasepatronen erg

goed is. Voor de figuren, gepresenteerd in het vervolg, is een sommatie over twee gehele

perioden genomen, beginnend bij een positieve nuldoorgang. (Oat wi! zeggen het gedeelte tussen

10 ms en 30 ms plus het gedeelte tussen 30 ms en 50 ms.) Het aantal ontladingen is vervolgens

genormeerd op een seconde per meetkanaal. De resultaten zijn in polaire plots zowel met

logaritmische schaling alsook met lineaire schaling uitgezet. Een logaritmische schaling geeft een

beeld van het dynamisch bereik van de ontladingsactiviteit. De karakteristieke pieken zijn beter te

onderscheiden op een Iineaire schaal. Tijdens de metingen is gebleken dat wanneer een doorslag

optreedt, het ontladingspatroon soms een geheel andere structuur krijgt. Dit duidt erop dat het

type defect dat de ontladingen veroorzaakt belangrijk is voor het patroon.

In fig. 4-7 zijn de resultaten van de MCA-kaart te weergegeven. Opvallend is de concentratie van

de ontladingen bij kleine ladingsgrootten. Voor een beter inzicht zijn in het vervolg de gegevens

van de MCA-metingen op log-log schaal uitgezet. De laatste staaf van het diagram bevat aile

ontladingen groter dan 60 pC. De kalihratie is voor ieder sample afzonderlijk in rekening

gebracht.

18

mca03a01

1000

c~ 100c:0.l!CoiiiC~ 10

1

o 10 20 30

Lading [pC)

40 50 60

fig 4-7 Ladingsgrootte-aantal karakteristiek (MCA-kaart)

De Yolledige resultaten van de partiele ontladingsmetingen zijn te vinden in bijlage 1 (pag. 1-2 tIm

1-33).

4-2-2 Hypothesen partiele ontladingsmechanismen

Bij bestudering van de resultaten van de partiele ontladingsmetingen hlijkt uit de fase-aantal karakteristieken dat slechts een heperkt aantal hasispatronen voorkomt. Op basis van de verkregengegevens is onderscheid gemaakt tussen een zevental patronen. Een totaal overzicht van deverschillende samples en ontladingspatronen is te vinden in bijlage 1 (pag. 1-38). Onderstaandworden de zeven patronen behandeld. Daarhij worden mogelijke fysische verklaringen voor hetgevonden gedrag gegeven.

Van de gevonden patronen is telkens een voorheeld afgeheeld (aantal log geschaald, aantal lineairgeschaald en een betreffende geometrie). Voor elk patroon is een hypothese voor de verklaringopgesteld. Er wordt vanuit gegaan dat de partiele ontladingen oppervlakteontladingen zijn en geenontladingen in het bulkmateriaaI. Deze aanname is consistent met het gegeven dat deinceptiespanning voor partiele ontladingen altijd dichthij de doorslagspanning is en dus atbankelijkvan de vorm van het oppervlak. Fig. 4-8 toont voor elke geometrie de inceptiespanning voorpartiele ontladingen en de doorslagspanning zoaIs deze gevonden is gedurende de korteconditioneringsprocedure voorafgaand aan de partiele ontladingsmetingen. De gevonden waardenzijn tevens het gemidddelde over de twee samples van dezelfde geometrie.

19

45kV

40kV

35kV

30kV

25kV

20kV

15 kV

10 kV

mVinc

.Vbd

.: g rI--.;.'~

:. :~

fig. 4-8 Inceptiespanning Vine en doorslagspanning Vbd

Ontladingspatroon 1

o

180

o

180

fig 4-9 Ontladingspatroon 1

Er worden slechts welnIg ontladingen geregistreerd, en er is geen relatie tussen het aantal

ontladingen en de fasehoek. Partiele ontladingsactiviteit treedt niet op, of pas bij spanningen zo

dicht bij de doorslagspanning dat deze onvoldoende lang gehandhaafd kan worden om daarbij een

meting te verrichten (Zie fig. 4-9).

Ontladingspatroon 2

Dit patroon is karakteristiek voor een vacuiimgap. Jndien de spanning op de hoogspannings

electrode maximaal positief is worden electronen uit een punt (triplepunt of beschadiging van de

laagspanningselectrode hij vacuiimgap) vrijgemaakt. Het ontladingspatroon lijkt sterk op dat van

een emissiepunt. Een enkele piek bij 270 0 is niet voorgekomen: dit is een aanduiding dat

verzamelde ongerechtigheden en beschadigingen op de laagspanningselectrode (tevens de

20

onderelectrode) belangrijk zijn in geval van een vacuiimgap. De spanning waarbij de vacuiimgap

ontladingen begint te vertonen was in aIle gevallen duidelijk hoger dan in vergelijking tot de

spanning met een isolator tussen de electroden (Zie fig. 4-10).

o

180

Ontladingspatroon 3

o

9O+-+-+--+--+-F-~~+----+:270

180

o

eo-;-~;-=~*"""-+--+-+-+270

180


o

180


I )

Indien de spanning op de hoogspanningselectrode maximaal positief is, worden electronen uit een

punt (triple punt of beschadiging van de laagspanningselectrode) vrijgemaakt (1). Na de negatieve

nuldoorgang is het macroscopische veld omgekeerd en bewegen electronen van het oppervlak naar

de laagspanningselectrode (2). Klaarblijkelijk fungeert de laagspanningselectrode als emitter.

Opvallend is dat vlak na de nuldoorgang weer een piek verschijnt. Mogelijk wordt de

geaccumuleerde oppervlaktelading onder invloed van het nu snel veranderende veld instabiel (Zie

fig. 4-11).

21

Ontladingspatroon 4

o

9<H----4.-+--+-+t--r---"Ir---t270

180

o

~9O-l--+-+-+~*""'.t-t-t--!---+i270

180

fig 4-12 Ontladingspatroon4

1 )

Oit patroon komt voor bij een groot aantal geometrieen, zowel symmetrisehe als asymmetrisehe.

Vit de afwezigheid van een piek bij 90 0 of 270 0 voIgt dat waarsehijnlijk niet een besehadiging bij

een triplepunt aetief is. Aangenomen wordt dat het triplepunt aetief is geweest bij het deponeren

van lading op het oppervlak (1). Oe lading op het oppervlak "sehuift heen en weer", n<1 een

nuldoorgang omdat er een drijvende kraeht nodig is; vObr het maximum van de voedingsspanning

omdat een voldoende dV/dt nodig is om meetbare instabiliteiten te krijgen. Mogelijkerwijs zijn

mieroseopisehe metaaldeposities op het isolatoroppervlak ten gevolge van eerdere doorslagen

hierbij belangrijk (Zie fig. 4-12).

Ontladingspatroon 5

180

o1OUG-t- 2

180

fig 4-13 Ontlad ingspatroon 5

Oit ontladingspatroon is kenmerkend voor de eonusvorm (~~n van de welmge duidelijk

vormafhankelijke patronen). Het elektriseh veld is het sterkst bij het triple punt aan de

22

hoogspanningselectrode. Jndien de spanning op de hoogspanningselectrode positief is, treden geen

ontladingen op. Na de negatieve nuldoorgang (hoogspanningselectrode is negatiet) bewegen

electronen van het triplepunt naar het oppervlak, dat wordt opgeladen. Het proces stopt al voor

het bereiken van het maximum, de dV/dt daalt (I). Bij het afnemen van de spanning op de

hoogspanningselectrode treedt mogelijk locaal inversie van het veld op, electronen bewegen van

het oppervlak van de isolator in de richting van de hoogspanningselectrode (2). Er kunnen

hierdoor instabiliteiten optreden met het uiteindelijke gevolg dat de lading toch in de richting van

het veld de gap oversteekt (Zie fig. 4-13).

Ontladingspatroon 6

o

180

o

180

tig 4-14 Ontladingspatroon 6

Dit ontladingspatroon is kenmerkend voor de recessed conusvorm. Het ontladingspatroon Iijkt op

een som van ontladingspatronen 4 en 5. Er Iijken twee processen actief te zijn: een eerste aan de

laagspanningselectrode en een tweede aan de hoogspanningselectrode. Aangenomen wordt dat door

het triplepunt met de laagspanningselectrode lading op het oppervlak parallel aan de electrode is

gedeponeerd. Analoog aan de onder 4 gestelde hypothese beweegt deze lading heen en weer langs

het oppervlak (2). De tweede piek in het derde kwadrant is slecht zichtbaar omdat deze

verdrongen wordt door het grotere aantal ontladingen van het tweede proces. Het tweede proces

speelt zich af aan de hoogspanningselectrode. De top bij 270 0 lijkt er op te duiden dat electronen

van het triplepunt naar het oppervlak bewegen (3). Bij het afnemen van de spanning op de

hoogspanningselectrode treedt mogelijk locaal inversie van het veld op, electronen bewegen van

het oppervlak van de isolator in de richting van de hoogspanningselectrode. (4). Er kunnen

hierdoor instabiliteiten optreden met het uiteindelijke gevolg dat de lading toch in de richting van

het veld de gap oversteekt. Opgemerkt dient te worden dat deze verklaring enigszins speculatief is

(Zie fig. 4-14).

23

Ontladingspatroon 7

o

9O+--++-+-++---1-~--+270

180

o

9(}f--+--+-+-..dl-~l--1r--+-+-+:270

180


Dit ontladingspatroon komt slechts voor bij een sample (Nr.36). Bij visuele inspectie bleek dit

exemplaar een defect te hebben. Er was duidelijk een doorslagkanaal door het uitstekende deel van

de vorm te zien. Bovendien zijn enkele metaaldeeltjes afgezet ap het oppervlak van de isolator. De

doorslagspanning is ook lager in vergelijking tot het andere exemplaar met gelijke geometrie.

Bij het afnemen van het veld bewegen electronen van de metaaldeeltjes op het oppervlak naar de

laagspanningselectrode. De veldsterkte waarbij dit geschiedt, wordt voor de verschillende locatie's

op verschillende tijdstippen bereikt. Mogelijk zijn de twee pieken in het fase-aamal diagram

hieraan toe te schrijven (Zie fig. 4-15).

4-2-3 ConcIusies

Het blijkt dat er slechts een geringe correlatie is tussen isolatorgeometrie en ontladingspatroon.

Een aantal patronen kamt voor bij verschillende geometrieen. Toevallige beschadigingen aan

sample en/of electrode blijken een belangrijker rol te spelen dan de sample geometrie. Slechts de

conus en recessed conus gaven herkenbare ontladingspatronen te zien. Een van de "hamburger"

samples (vorm 02) was sterk beschadigd en had een uniek ontladingspatroon.

Bij visuele inspectie van de electroden bleek de onderelectrode (= laagspanningselectrode) meer

beschadigd te zijn door doorslagen dan de bovenelectrode. Dit is waarschijnlijk veroorzaakt door

deeltjes van de alumina samples welke na doorslagen op de onderelectrode vallen en vervolgens

daar als emissiebronnen fungeren.

24

Bij de interpretatie van de MCA-metingen blijken hoofdzakelijk kleine ontladingen juist boven de

detectiegrens voor te komen. Voor een drietal situaties is de gemiddelde lading bepaald :

- 1. Ontladingen grater dan 0.75 pC

- 2. Ontladingen groter dan 1.5 pC

- 3. Ontladingen groter dan 3.0 pC

De resulaten hiervan zijn te vinden in bijlage I (pag. 1-34 & 1-35). Voor situatie 1 blijken de

ontladingen juist boven de detectiegrens bepalend te zijn voor Qgllm omdat het aantal zeer graot is.

Voor situatie 3 blijkt dat het verkregen beeld wordt vertekend doordat veel informatie wordt

weggelaten. Sommige samples vertonen zelfs geen ontladingen boven dit niveau. Dit geeft dat

situatie 2 de beste basis voor een vergelijking is. In fig. 4-16 is een overzicht getoond.

Hoewel er afwijkingen zijn, blijkt er een redelijke overeenstemming te zijn tussen de gevonden

gemiddelde lading voor de beide exemplaren van gelijke geometrie. Opvallend is de hoge

gemiddelde ontladingsgrootte van de recessed cilindervormen (II en 12). Ook de getrapte vormen

(05 en 06) en de afgeronde vormen (09 en 10) hebhen een relatief hoge gemiddelde

ontlad ingsgraotte.

Q gem. >1.5 pC

18

16

14

~ 1210

8

[J Exemplaar 1

• Exemplaar 2

6

4

2o -L.L..J__~"---L --'-"~~----l...__~<--L --'--' "'-----'-'- <--L ---'-o.II ~

fig. 4-16 Q gem. voor ontladingen grater dan 1.5 pC

25

5 Conclusies en Aanbevelingen

5-1 Conclusies

Een meetsysteem is gereaJiseerd waarmee geautomatiseerd metingen aan isolatoren in vacuum met

50 Hz hoogspanning kunnen plaatsvinden. Dcors!agmetingen kunnen \verden VCiiicht tot eenspanning van 45 kV (RMS - topspanning is 63 kV -). Het ontladingsniveau van de opstelling is

lager dan 0.5 pC voor spanningen tot 36 kV. Het is mogelijk om het aantal partH~le ontladingen

als functie van de fasehoek te meten. Het correct onderscheiden van de polariteit van ontladingen

is helaas niet mogelijk gebleken. De pulseshaperschakeJing is niet in staat om de polariteit van met

name kleine ontladingen goed te detecteren.

Met de dimensionering van de hoogspanningsvoedingsbran was het mogeJijk om voor 26 van de

28 samples de geconditioneerde doorslagspanningen te hepalen. Een tweetal samples bereikten

doorslagspanningen die hoven het spanningsbereik van het voedingscircuit lagen. Vit de

doorslagspanningsmetingen kan geconcludeerd worden dat symmetrische vormen in het algemeen

beter voldoen dan asymmetrische vormen. Opvallend is dat vorm 03, cilinder met groef, die bij

DC maar matig voldoet, voor AC relatief goede resultaten behaalt. Vorm 01, ciJinder, behaalt

weliswaar incidenteel hoge spanningen (44 kV RMS), doch vertoont een grate spreiding (15 %).

De gemiddelde maximum doorslagspanning ligt voor de verschillende geometrieen tussen 28 kV

en 41 kV (RMS). Conditionering komt slechts in geringe mate voor (enigszins bij vormen 07, 08

en 09). Tabel I £Oont een overzicht van de relatieve rangorde van de diverse vormen ten aanzien

van de diverse parameters. (Initiele doorslagspanning V.tnrt , minimum doorslagspanning gedurende

conditioneren Vmin' maximale waarde doorslagspanning Vmax' en idem maar dan het lopend

gemiddelde Vmax av')

Vit de partiele ontladingsmetingen bJijkt dat de inceptiespanning zeer dichtbij de doorslagspanning

Jigt. Tijdens de metingen traden hierom af en toe doorslagen op. De gemiddelde ontladingsgrootte

is klein, typische waarden Jiggen tussen 1.5 en 7.5 pC. Vit de fase-aantal karakteristieken blijkt

slechts een zeer beperkt aantal basispatronen voor te komen. Oit duidt er op dat, wellicht met

uitzondering van conus en recessed conus, de ontladingspatronen bepaald worden door toevallige

defecten, meer dan door de isolatorvorm.

26

Relatieve rangorde

Vorm I V start I Vmin Vmax V max av Spreiding V incep. Qgem. Symm.I I, I

1 I I2 5

12 1 11 3 5 SI I

2* ~I

1 4 I 5 5 5 1 7 S-.r-i I

I3 - I3 1 4 4 9 3 1 S

I

4 I

I9 9 8 7 3 13 4 A/

5 r I 4 I 2 3 3 13 3 12 A- I

6 ,- I 5 13 I 14 14 14 7 9 A~ !

7* -----..... ! 6 3 6 6 1 2 2 S~

8 \ 13 10 12 11 2 14 3 S/

9 ') 14 12 I 1 2 I 4 7 10 S,

10 I 12 14 I 9 9 I 6 11 11I

A)

i II

iI A11 8 I 7 7 ! 8 12 6 14,

!

12 i I 10 I 8 I 11 I 10 10 7 13 AJ I

, I

I13 /I

7 6 10 12 7 11 5 A/--

14 / i 11 11 13 13 8 7 8I

AII

Tahel I

Als mechanisme voor kwaliteitsverbetering van isolatoren in vacuum speelt oppervlaktelading bijwisselspanning een minder grate rol dan bij gelijkspanning. Het is in de praktijk moeilijk om eenstabiele ladingsverdeling te realiseren waarhij het elektrische veld aan beide triplepunten wordtverminderd. Asymmetrische vormen, die bij gelijkspanning goed voldoen - het triplepunt met deanode wordt sterker belast teneinde het triplepunt met de kathode te ontlasten - voldoen hierdoorbij wisselspanningen minder goed. Een verzwakking van het elektrische veld aan beide

triplepunten door de geometrie - vorm 03 (cilinder met groet) - blijkt weI een oplossing te bieden.

27

5-2 Aanbevelingen

Bij vervolgonderzoek verdient het aanbeveling om het meetsysteem enigszins te wijzigen. Door

kleinere koppelcQndensatoren te gebruiken k,ln het meetcircl,ljt compacter worden uitgevoerd. Hetruis/stoor-niveau wordt hiermee verlaagd, zodat gevoeliger partH~le ontladingsmetingen danmugeiijk zijn. Ht:t is :leer interessant om partit:le oiHiadingsflletingen ie kunnen vt:rrkhtt:n waarbijook de polariteit van kleine ontladingen goed kan worden onderscheiden. Hiertoe is een wijziging

aan de pulseshaperschakeling nodig.

De gebruikte meettransformator vertoont verzadigingsverschijnselen bij spanningen boven 43 kV.Door een transformator met lage ijzerverliezen en een geringe spreidingszelfinductie te gebruiken,is het mogelijk met het voedingscircuit hogere spanningen op te wekken.

Met de huidige PC-kaarten is het aileen mogelijk aantal-grootte en aantal-tijd karakteristieken

afzonderlijk te registreren. Jndien echter aantal-groote-tijd karakteristieken vervaardigd zoudenkunnen worden, zou dit zeer nuttige informatie op kunnen leveren.

Bij de in dit verslag beschreven metingen zijn van elke geometrie twee exemplaren getest. Doormeer exemplaren per geometrie te testen zal een statistische verwerking van de resultaten mogelijkzijn.

De partiele ontladingsmetingen zijn verricht bij een nagenoeg constante spanning, dichtbij dedoorslagspanning. De verwachting is dat metingen waarbij de spanning langzaam wordtopgeregeld naar de doorslagspanning wellicht ook interessante resultaten kunnen opleveren.

In de praktijk komen vaak wisselspanningen gesuperponeerd op gelijkspanningen voor. Metingenmet AC + DC zijn derhalve ook interessant. Hierbij is er ondanks een in amplitude varierende

spanning toch spake van een unipolaire spanning (als VDC > VAC)'

Herbewerking van de samples, om microscopische metaaldeeltjes die ten gevolge van doorslagenop het oppervlak zijn afgezet te verwijderen is zinvol. Eventueel kunnen hierbij kunstmatigaangebrachte defecten gehruikt worden om de hypothesen opgesteld voor de ontladingspatronen teweerleggen of bevestigen.

28

6 Nawoord

Mijn afstudeerperiode hij de vakgroep EHC is door mij als zeer prettig ervaren. Mijn dank gaatuit naar aile medewerkers voor de collegiale sfeer en het prettige werkklimaat. Bijzondere dankgeldt Toon Aldenhoven die bij het werk in laboratorium zeer behulpzaam was.

Prof. Dr. Ir. P. van der Laan stelde mij niet aileen in de gelegenheid mijn afstudeerwerk bij zijnvakgroep te verrichten, zijn interesse en belangstelling voor het onderzoek werden door mij alszeer prettig ervaren.

Op de laatste maar zeker niet geringste plaats een woord van dank voor mijn begeleiders

Jos Wetzer en Peter Wouters. De rustige doch af en toe ook zeer indringende wijze vanbegeleiden werkte zeer inspirerend. Soms was ik weliswaar gedwongen onder hoogspanning tewerken en vonkte het, doch het ontladen acheraf was altijd zeer plezierig.

Aan mijn ouders draag ik dit verslag op. Zonder hun gedlildige nooit aflatende steun tijdens mijnstlldieperiode zou ik deze laatste pagina nooit hebben kunnen schrijven.

./--.'

}-" J/i..'V v~

\,.,., ..~t."..lul'><----.' ,If- )

Eindhoven, herfst 1994

29

Drie doorslagen langs het oppervlak van een conisch sample

30

Abstract ISH 1995, Graz, Austria

EFFECT OF INSULATOR GEOMETRY ON THE AC BREAKDOWN ANDPARTIAL DISCHARGE BEllAVIOR OF VACUUM INSULATORS

P.A.A.F. Wouters, H.W.M. Smulders and J.M. WetzerHigh Voltage and EMC Group

Eindhoven University of TechnologyPO Box 513, 5600 MB Eindhoven, The Netherlandsphone (+31)40.473993 fax (+31)40.450735

ABSTRACT

The performance of vacuum insulators depends on a number of processes, likeelectron field emission due to local electric field enhancement, surface charging ofinsulators, and electron impact. Field emission from cathode triple junctions isconsidered as the primary step initiating a breakdown. Although field emissiondepends on the microscopic surface structure, it was shown earlier that for DCvoltages the performance can be significantly improved by a proper macroscopicinsulator design. Further, DC investigations with many different insulatorgeometries were performed to study breakdown and conditioning mechanisms.

In this paper we report on results obtained at 50 Hz AC voltages for insulatorgeometries identical to the ones used for DC studies. Important differences are:1. For DC, field reduction at the cathode can be succesfully achieved by

enhancing the field at the anode. At alternating voltages this method is ofcourse not feasible.

2. For DC, surface charging contributes to the conditioning of insulators andmay be used to achieve "silent" conditioning (in which emission sites arerendered harmless without being removed). For AC, no stable surfacecharge distribution is established, and charging cannot be used to improvethe insulator performance.

As a result the effect of insulator geometry on the breakdown voltage for ACvoltages is not as pronounced as it is for DC voltages. The comparison of DC andAC measurements provides additional insight in the breakdown mechanisms andtheir design implications.

Phase resolved partial discharge measurements were performed, for many differentgeometries, at voltages close to the breakdown value. The discharge patterns willbe discussed in relation to the type of defect, the insulator shape and thebreakdown voltage.

Bijlage I : MeetresuItaten

N.B. Bij de afgebeelde figuren van samples bevindt de laagspanningselectrode zich aan

de boven- respectievelijk Iinkerzijde.

Overzicht Metingen

sample V start Vmin Vmax V max av spreiding V start Vmin Vmax V max av spreiding1 bds 03 24 kV 16 kV 42 kV 38 kV 15% bds 21 34 kV 19 kV 44 kV 44 kV 14%2 bds 13 41 kV 21 kV 43 kV 42 kV 15% bds 36 24 kV 18 kV 33 kV 31 kV 6%3 bds 23 29 kV 20 kV 36 kV 34 kV 10% bds 14 24 kV 24 kV 44 kV 43 kV 14%4 bds 17 17 kV 16 kV 35 kV 33 kV 8% bds 01 19 kV 15 kV 36 kV 35 kV 9%5 bds 29 26 kV 22 kV 41 kV 38 kV 12% bds 37 27 kV 19 kV 44 kV 40 kV 18%6 bds 31 25 kV 12 kV 33 kV 30 kV 20% bds 40 21 kV 12 kV 28 kV 25 kV 12%7 bds 26 22 kV 22 kV 44 kV 42 kV 5% bds 22 16 kV 16 kV 31 kV 30 kV 5%8 bds 20 19 kV 17 kV 36 kV 34 kV 8% bds 19 13 kV 13 kV 28 kV 27 kV 6%9 bds 32 15 kV 15 kV 43 kV 40 kV 9% bds 33 14 kV 14 kV 43 kV 41 kV 8%

10 bds 34 17 kV 13 kV 36 kV 33 kV 12% bds 41 15 kV 10 kV 35 kV 32 kV 9%11 bds 04 20 kV 15 kV 35 kV 32 kV 14% bds 05 18 kV 18 kV 39 kV 34 kV 16%12 bds 06 18 kV 16 kV 33 kV 30 kV 12% bds 07 18 kV 16 kV 33 kV 31 kV 14%13 bds 08 13 kV 13 kV 32 kV 28 kV 13% bds 09 25 kV 20 kV 35 kV 30 kV 9%14 bds 10 20 kV 15 kV 33 kV 30 kV 16% bds 11 15 kV 15 kV 28 kV 26 kV 7%

V start Vmin Vmax V max av spreiding V start Vmin Vmax V max av spreidingsample gem. gem. gem. gem. gem. sample min. min. min. min. max.

1 29 kV 17 kV 43 kV 41 kV 14% 1 24 kV 16 kV 42 kV 38 kV 15%2 32 kV 19 kV 38 kV 37 kV 10% 2 24 kV 18 kV 33 kV 31 kV 15%3 27 kV 22 kV 40 kV 38 kV 12% 3 24 kV 20 kV 36 kV 34 kV 14%4 18 kV 16 kV 36 kV 34 kV 8% 4 17 kV 15 kV 35 kV 33 kV 9%5 27 kV 21 kV 43 kV 39 kV 15% 5 26 kV 19 kV 41 kV 38 kV 18%6 23 kV 12 kV 30 kV 28 kV 16% 6 21 kV 12 kV 28 kV 25 kV 20%7 19 kV 19 kV 38 kV 36 kV 5% 7 16 kV 16 kV 31 kV 30 kV 5%8 16 kV 15 kV 32 kV 31 kV 7% 8 13 kV 13 kV 28 kV 27 kV 8%9 15 kV 15 kV 43 kV 41 kV 9% 9 14 kV 14 kV 43 kV 40 kV 9%

10 16 kV 12 kV 35 kV 32 kV 11% 10 15 kV 10 kV 35 kV 32 kV 12%11 19 kV 16 kV 37 kV 33 kV 15% 11 18 kV 15 kV 35 kV 32 kV 16%12 18 kV 16 kV 33 kV 31 kV 13% 12 18 kV 16 kV 33 kV 30 kV 14%13 19 kV 17 kV 33 kV 29 kV 11% 13 13 kV 13 kV 32kV 28 kV 13%14 17 kV 15 kV 31 kV 28 kV 11% 14 15 kV 15 kV 28 kV 26 kV 16%

I - 1

Sample 01

9O-i-+----11-----1:---+i1------t-----t~_+270

MCA03a01 MCA21b015 5

4 4

~3 j3c"' c~ "'<1 2 E2

0 1 0 ~~

0.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC) Lading [pC]

mcs03a01 0mcs21b01

0

180 180

bds03h01 bds21h0150 50

>' 40 >' 40~ ~til tilC c'E 30 '2 30c c"' "'c. C.III IIItil

20 til 20"' "'"iii "iii.. ..g 010 0 10Q Q

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnummer Doorslagnummer

1-2

Sample 02

MCA13a01 MCA36aOl5 5

4 4

-~3S3

c cIII

~III

oct~2 Ci2

.s!

0 ~ ~ [] [] 00

0.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs13a01 0mcs36b01

0

901+--+-+---+-----+-+---+----i"'c--+270 901+--+-F--+-----+-+---++--+--+270

180 180

bds13h01 bds36h0150 50

~ 40 >' 40~Cl ClC CC 30 'c 30c CIII IIIa. e.-li! lI!Cl 20 Cl 20III IIIiii iii.. ..0 00 10 0 10c c

0 00 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnurnmer Doorslagnummer

1-3

Sample 03

(

901...;.....-:~+--+--+-1--+--""-+'27090+--++--+--+""'__-+---+---+:270

MCA23a01 MCA14a015 5

4 4

]13 :;'3c 1:III~

III~t;;2 -2,g j

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC] Lading [pC]

mcs23a01 0 0mcs14a01

180 180

bds23h01 bds14h01SO 50

>' 40 :> 40:!. ~Cl ClC C'c 30 'c 30c CIII IIICo CoIII IIICl 20 Cl 20III IIIiii iii... ...8 0

10 0 100

0 00 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50


1- 4

Sample 04

........ m7______-J

90+--+----:H-+t--t~----t---+27090+--+-+---i-+-1---+-.......+--+


4 4

- ~3~3c Cl'll<l: l'll

<l:02 02.5! .5!

0 JUILrrnilIhll 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC) Lading [pC)

mcs17a01 0 0mcs01a02

180 180

bds17h01 bds01h0150 50

>' 40 >' 40:!. :!.Cl ClC C'S 30 '2 30c Cl'll l'llDo c-CIl IIICl 20 Cl 20l'll I'll

'E! en...8 0

10 0 100

000 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50


1-5

Sample 05

~--~.--~- ~I

(--'----'-- 1

9O-!......It---l----l-+-t---+--.Io,n--+27090+--+-~=-+-H---+-?---+--+270


4 4

!3 ~3cIII C

:!. IIIor.t

~2 0;2.S2

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs29a02 0mcs37a01

0

180 180

bds29h01 bds37h0150 50

:;-40

:;-40:!. :!.

til tilC C'c 30 'c 30c CIII IIIC. C.III IIItil 20 til 20III .!!Ui III... ...0 g0

10 10Q Q

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnummer DoorslagnurnTler

1- 6

Sample 06

9O-1--T-i~--;-+t--+--;:--+2709O-1--~~~-+-f--+----:'lM---+270


4 4

- :;"3!3c -~

c~

j2 -2r

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs31a01 0mcs40a02

0

180 180

bds31h01 bds4Oh0150 50

~ 40 ~ 40l:Il CIlC CC 30 '2 30c cI l!.

dIIIII IIIl:Il 20 CIl 20III lISii Vi~ ..8 10 8 10

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50Doorslagnunmer Doorslagnunvner

1-7

Sample 07

".,..,..-....~~

-'-------'---'---"'~

90+---t't---+-+-t----j----'ir----+;27090+--+--+-+-+--+---+---.;


4 4

~3 '7i3c C"'c( "'c(

~2 0;2.2

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs26a02 0mcs22a01

0

180 180

bds26h01 bds22h0150 50

> 40 [ 40~Cl ClC C'c 30 C 30c c"' "'Cl. Cl.!II !IICl 20 Cl 20"' "'iii iii...0 ...

0010 8 10c

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnunvner Doorslagnummer

1-8

Sample 08

)__________....1


4 4

~3 ~3c

"'c

ct "'ctj2 Ci2

oS!

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60

Lading (pC] Lading (pC)

mcs20a01 0mcs19a01

0

9O+----;H---+--++--+--¥--+:270 910+--+-H-++--t-r-t----t"270

180 180

bds20h01 bds19h0150 50

[ 40 ~ 40Cl ClC c'2 30 '2 30c c"' "'Q. Q.III IIICl 20 Cl 20"' "'iii iii.. ...0 80 10 10Q Q

000 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnummer Doorslagnunvner

1- 9

Sample 09


4 4

- ~3~3c c"' "'~ ~

f2 'Ci2.5!

0 ~ n0~

0.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs32a01 0mcs33a01 0

90+--+--++--++---+--7--+---+270 9O-!--f---.:lHf-+-l,...---+--+--+--+270

180 180

bds32h01 bds33h0150 50

> 40 > 40;!. ;!.l:ll l:llC CC 30 ·c 30c c"' "'Q, Q,III IIIl:ll 20 l:ll 20"' "'Wi Wi0 ...

0

8 10 0 10Q

000 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50


1-10

Sample 10

_J

90+--...,I"F--+---+-+---+--\--+---+27000-;--+-+-+--+-+--i-+-I--+270


4 4

j3 ~3coa c~

oac(

~2 ~2

0 Jl 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs34a01 0mcs41a01

0

180 180

bds34h01 bds41h0150 50

>' 40 >' 40;!!. ~til ClC c'2 30 '2 30c coa IlfQ, C.III IIItil 20 Cl 20oa Ilf"iii Ui.. ..g

10 8 10c Q

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50Doorslagnummer Doorslagnumrner

--

I - 11

Sample 11

I_____-'-- -'---'-----Ir

901+---+-+--+----4-+---+--i--+--+:2709O+---t+--+--++--+--.lI---+270


4 4

]13 ~3c CIII

~III<

~2 "52.2

11ih1Iln!0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs04a01 0mcs05a01

0

180 180

bds04h01 bds05h0150 50

>" 40 > 40:!. :!.01 01C c'E 30 'c 30c CIII IIIC. C.1Il 1Il01

20 01 20III IIIiii iii~ ...0 00

10 0 100 0

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50


1-12

Sample 12

9CH-~,r---!-++---+~""'-+--+270


4 4

]!3 !3cIII C

< III<

~2 Ci2,g

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs06a01 0mcs07a01

0

180 180

bds06h01 bds07h0150 50

>' 40 >' 40~ ~01 01C c'2 30 '2 30c CIII IIIQ, Q,III III01 20 01 20III IIIiii iii...

000

10 0 10Q Q

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50Doorslagnul1lller Doorslagnunvner

1-13

Sample 13

••.••-•••••-"."T'·".~~·,y----~/

901+--rl----t-----t--t----j---+--''H"270

MCA08b01 MCA09a015 5

4 4

-!3~3

c cl'lI 1'lIct ct~2 Ci2

.2

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs08b01 0mcs09a01

0

180 180

bds08h01 bds09h0150 50

>' 40 >' 40~ ~c:n c:nc c'E 30 'E 30c Cl'lI 1'lID- o.III IIIc:n 20 CI 20l'lI IIIiii iii... ...0 g0

10 10Q C

0 0

0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnumrner Doorslagnummer

1-14

Sample 14

7----------"

9O-r----"1f-+......,-+;---+--'C;-+--+2709O-r---'r-t---t---+-t--t---t----H270


4 4

-:!3 33c~

c$ ~

<~2 Ci2

.s2

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60


mcs10a01 0mcs11a01

0

180 180

bds10h01 bds11h0150 50

> 40 >' 40;:!. ~tll tllC c'2 30 '2 30c c~ ~Q, C.III IIItll 20 tll 20~ ~

iii iii.. ..0 00

10 0 10c c

000 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50

Doorslagnumrner Doorslagnummer

1-15

Vacuumgap

180

9O-IH--+--+---1~--+-+-+----;-270P--+--+---+270

180

MCAOOa01 MCAOOb015 5

4 4

!3 :;;'3c -c~ .11 2 -2r

0 00.5 2 5 10 20 60 0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC) lading [pC]

mcsOOa01 0mcsOOb01

0

1-16

Sample 01

o

180

mcs03a01

60205 10

Lading [pC]

MCA03a01

2

O-'-__--'-IJu..LI.LLI..LJ..UCLL

0.5

5

4

~3c:III<Cl2,g

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief en negatief atief

MCA03a02 mcs03a02 05

4

~3cIII<~2 270

0 rHln0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

-~3cIII<Cl2 270,g

negatief negatief

1-17

Sample 01

180

60205 10

Lading [pC]

2

O-'----------'L.I.U..L.LI.JLL.Ll.u...LLLLI..LLL.LU.ILLll.LLJJLLLlL-__-U-_

0.5

MCA21b01 mcs21b01 05

4

!3ctVoct'512 9 270.E

0In,

0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180


MCA21b02 mcs21b02 05

4

!3cI'll

octr 2 270

positief positief

5

4

0-'-----------".....

0.5 2

MCA21b03

5 10

Lading [pC]

20 60

mcs21b03 o

9CH\---+--+--if-t---+--P'Ir--+270

180

negatief negatief

1-18

Sample 03

.. ... ... ......(- :

o

9O-r--t-1r----;-~""""'-rl-___r-_t270

mcs23a01MCA23a01

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180



4

~3cIact

j2 270

0 rn n0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

~3cIact

j2 270

0 m ~0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

negatief negatief

1- 19

Sample 04

·-~-~7______.;..J/

0

0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

~3cIIIctDl2 270.5!

0 hm0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

negatief negatief


4

-~3cIIIct

~2 9 270

0 lLID-lIIIfIllrl0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180



4

~3cIIIct0;2 9 270.5!

1- 20

Sample 05

__f

o

180

9O-1~~~--1-++--+....s..,O-+--+270

mcs37a01

6020

MCA37a01

2 5 10

Lading [pC)

O.L.----'-'LLLLll..LIL.LL<-'-'-LJL.LL<-'-Ll.JLI..LI..LLLlLU.LLLLLLJCLLI..LLLJUJ..L-U-.

0.5

4

5

positief en negatief

o

180

90+---+--+--4-+--+-..:Joo,r+--+:270

mcs37a02

60205 10

Lading [pC]

MCA37a02

2

4

o .L.-~LI.llll.LJLJ.ll,UJJUll-'..l..Ll..L

0.5

5

positief positief

o

180

90-1--+-11----1-+;--+""""'='--1---4-270

mcs37a03

60205 10

Lading [pC]

MCA37a03

2

4

5

o -'-----_•..LL.LJI..LL.LL.L.LL

0.5

negatief negatief

1-21

Sample 06

180

60205 10

Lading [pC)

2

0-'-------'u...u.1.J..l..ILl.I..L.LLI.JUli.L.LLUli..u.

0.5


4

-~3c~

~~2 9 270

0 ~ D--.1l1LIl~0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180



4

~3c~

or0;2 9 270.5!

positief positief

180

o

9O-iH....-+--+---'H---+--~-+270

60

mcs31a03

205 10

Lading [pC)

MCA31a03

2

4

O-'--------!LL.LL.L.I..IJLl.I..L.L.LLUli..LU.J..LLJLLL.1"-------LLI.l.-J.U-'''-----.u.............

0.5

5

negatief negatief

1- 22

Sample 06

_ .•;7o

90+-++--+--++--f-~k---+270

mcs40a02MCA40a02

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180



4

~3cIII

~

f2 9 270

[ ~ n00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

positief positief


4

-~3cIII

~j2 9 270

0 ~ h0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

negatief negatief

1- 23

Sample 08

--~0

---'---'--~/

180

60205 10

Lading [pC]

2

o -'----_----'u...LL.L.L.L.JLL.LI.........LLU..LLL.L.L.L.JLL.LI.LI- _

0.5


4

~3cIII

~~2 9 270

0 bnn~0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180



4

~3cl'lIct

~2 270

0 JL0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

-~3cl'lI

~~2 270

negatief negatief

I -24

Sample 10

J----------

180

60205 10

Lading [pC)

2

Ol.----I.ll.L.ULl.L.l..1.lLLU..J-LILll..L.L--.LI.L_.U- _

0.5


4

!3cI'll

os:j2 270

0 ~0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180



4

!3cI'll

os:Cl2 90 270.2

0 rJ]mo n 0 ~0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

positief positief


4

-!3cI'll

~~2 9 270

negatief negatief

1- 25

Sample 11

5MCA04a01 mcs04a01 o

4

o0.5 2 5 10

Lading [pC]

20 60

910+-+t---+----1H---1--..lJ--+270

180


MCA04a02 mcs04a02

atief

o

9O+--+--...+-=t--+-+--l-=:l.r-1----+270

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

~3c"'c(

Ci2 270.S!

0 uJJ0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

negatief negatief

1- 26

Sample 11

o

904--++-+~+--+-~--+270

mcs05a01MCA05a01

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180



4

-~3c::'"Cl:Ci2 270.2

.~00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

-~3c::'"Cl:Ci2 270.2

mJ00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

negatief negatief

1- 27

Sample 12

MCA06a01 mcs06a01 o

180

901+--+--r+--++--+--+-----*270

60205 10

Lading [pC)

2

O-L------'u..u..u..LJu.u..L...U.LJ.Llu...u..LLJu.u.LU..ULI..L.LL.u..LJL..I..L~~

0.5

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180



4

-:J3c"'$.

270~2

0bIT ~ ~

0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

positief positief


4

~3c"'c(

Ci2 9 270.5!

negatief negatief

1- 28

Sample 12

___J5

MCA07a01 mcs07a01 o

4

-~3cC'lI<c;2.2

o0.5 2 5 10

Lading [pC]

20 60

9O-!---1f---+-++--+~-+---+:270

180

positief en negatief ositief en negatief

o

180

9O"'f---1~~-++--a--+--+-270

mcs07a02

60205 10

Lading [pC]

MCA07a02

2

o ~_'LU..LJ.liJU.llJ.liJU.ll.ll.Lu.u.J..l.l.u.u.J..l.l.ll-lIw.J..l.l..LJL.LLL.1L

0.5

5

4

~3cC'lI<~2

positief ositief

MCA07a035 mcs07a03 o

180

~f---t+--+--'I-+--+-+-+--+:270

60205 10

Lading [pC]

2

4

O..L---'u...LLLLLJu..L.Io..l.l..l.'LLLl-'-LLLLLJu...LLLLLJu..LL.LUJL.Ll.LLL<LU--U.-

0.5

-~3c

~~2

negatief negatief

1- 29

Sample 13

·••··.··.·····.~'T-7----------'/

o

180

910+-~--+----l1-+--+---+---+270

6020

mcs08b01MCA08b01

2 5 10

Lading [pC]

4

O.L-_LLLL.L.LLLLU..LLL.....................LLLJLLLL.L.LLLLU...............................L.LLLLL

0.5

5


o

180

9'0+--+-~----l-+--+---+---+270

mcs08b02

60205 10

Lading [pC]

MCA08b02

2

4

O~_LL.LI..u.L1J.UL.I.U..LllJL.LLL.LLLu.u..LI.-----U _

0.5

5

positief positief

o

180

mcs08b03

60205 10

Lading [pC]

MCA08b03

2

4

O-'-------lLL.LL.L.LLLL.LL..LLL1J.ULLLL.LllJLJ.LL.L.LLLL.LL.LLLI..llJLJ.LL.LLI.JUL

0.5

5

negatief negatief

1- 30

Sample 13

180

60205 10

Lading [pC]

2

O-'-~:.u..L.LLI.JLLU~LLU.~'-'-'-'-Ll..Lu..LIc.1..LLL-UCLI-~LLL"""

0.5


4

-~3l:III~

Ci2 9 270.2

~00.5 2 5 10 20 roj

Lading [pC]I 180



4

~3l:III~

~2 270

positief positief

180

o

9O-i---'~--t-+-t--+--+-*:270

mcs09a03

60205 10

Lading [pC]

2

MCA09a03

4

5

o -'-_'~'-.LLJLLL·~""""'-Ll..LL.LLJLL.Ll,LUJu.L1LUJ'-----_lLU-.U-

0.5

negatief negatief

1-31

Sample 14

"-'7'~"'7--------/

o

910+-rr--+----1+--+---+---H270

mcs10a01MCA10a01

00.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180



4

]!3cIIIe:cCl2 9 270.2

0 JIIULIIlLJL0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC]180

positief positief


4

]!3cIII$~2 9 270

0 -----"bL0.5 2 5 10 20 60

Lading [pC)180

negatief negatief

1- 32

5MCAOOb01

Vacuumgap

mcsOOb01 o

4

-~3c

~~2

o0.5 2 5 10

Lading [pC)

20 60

9O-f-+~f----!-++--+--f-+--+.270

180


5MCAOOb02 mcsOOb02 o

4

o0.5 2 5 10

Lading [pC]

20 60

9O-if-+--1---I-++-~--+--+:270

180

positief positief

5

4

o -'------'UoloL'u...LL

0.5 2

MCAOOb03

5 10

Lading [pC]

20 60

mcsOOb03 o

90+-t--+--+-"'""'"i-+--~--+--+270

180

negatief

1-33

negatief

Q gem. >0.75 pC

10

8

C Exemplaar 1

• Exemplaar 2

Q gem. >1.5 pC

30

25

- 20~Cl 15c:aj 10

5

lJ Exemplaar 1

• ExempJaar 2

Q gem. >3.0 pC C Exemplaar 1

• Exemplaar 2

40

35

0'300.- 25Oi:g 20IVdo 15Cl

.3 10

5

o~~~~~-<---~~-"'---L:.IIII....-~~"'---~"----

1-34

Q gem. > 0.75 pC [] positief en negatief

.positief

Dnegatief12

10

0'8

.!::Cl 6c:a"'..J

4

2

0no. 01 01 03 04 05 06 06 08 10 11 11 12 12 13 13 14 00ex. 03 21 23 17 37 31 40 20 41 04 05 06 07 08 09 10 b

Q gem. > 1.5 pC o positief en negatief

.positief

Dnegalief18

16

14

~12

10Clc

8:a"'..J

6

4

2

0

no. 01 01 03 04 05 06 06 08 10 11 11 12 12 13 13 14 00ex. 03 21 23 17 37 31 40 20 41 04 05 06 07 08 09 10 b

Q gem. > 3.0 pC

30

25

C positief en negatief

.positief

Cnegatief

20

15

10

5

o[Jl r ~ ~ r ~ ~[~[J]

no. 01 01 03 04 05 06 06 08 10 11 11 12 12 13 13 14 00ex. 03 21 23 17 37 31 40 20 41 04 05 06 07 08 09 10 b

1-35

I I

CAC

.OC 1

COC2

V start

100

90

>' 80.:0:

-; 70c'2 60c[ 50III

~ 40 ..III : .... 30 ..o :~ 20 1'1

10 : .. I:' [ : :O~~~~~

CAC

.OC 1

COC 2

Vrnin

100

90

>' 80.:0:

-; 70c'2 60c[ 50III

g' 40

~ 30o

8~ ~ r I~[ r I ~·I

~'HAHHH~H~H~nH~~'-CAC

.OC1

COC2

V max av

100

90

>' 80.:0:

-; 70c'2 60c[ 50 •III

g' 40 ..

~ 30o~ 20

10o~~~~~

1- 36

CAC

-DC 1

DOC 2

Spreiding

22%

20%

18%

16%

& 14%

~ 12%~ 10%

.f 8%

6%

~: . . ~ •0% ~~~~~~--------------;

CAC

-DC 1

DOC 2

Vmax

100

90

>' 80~

'; 70c:'c 60c:~ 50III

l? 40~ 30o .8 20

10o ~~-------....L- ~~..-..~~-------

1- 37

exemplaar 03 21 13 36 23 14 17 01 29 37 31 40 26 22 20 19 32 33 34 41 04 05 06 07 08 09 10 11 Oa Ob

10 p&n p&n p&n p&n p&n

~'OniRn

02

~,op&n p&n p&n p&n

p p p p p

n n n nHio0 p&n p&n3

~,o p

n1800 p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n p&n4 9f}ro p p p p p p

n n n n n niRn-• 0 p&n p&nw 5

•CD

P

n180

60 p&n p&n p&n p&n

9~0 p P P P

n n n n180

0 p&n7

.'0iRO

lf~L~-----..

"'~01 02 03 04 05 06 07 OB 09 10 11 12 13 14

Toelichting meetresultaten

Een overzicht van de doorslagmetingen is te vinden op pagina 1-1. De bovenste helft van de tabel

bevat de resultaten van aile metingen, links het eerste, rechts het tweede geteste exemplaar van

iedere geometrie. Linksonder is het gemiddelde van de beide exemplaren van een geometrie

genomen; rechtsonder de minimumwaarden (voor de spreiding is het maximum genomen).

Om een eenvoudige vergelijking mogelijk te maken zijn op pagina 1-2 tot en met 1-16 van aile

veertien geometrieen en van de vacuiimgap de resultaten van de doorslagmetingen en partiele

ontladingsmetingen (positieve en negatieve ontladingen) van beide exemplaren opgenomen.

Bovenaan de pagina is de betreffende geometrie afgebeeld. De laagspanningselectrode bevindt zich

aan de bovenzijde, de hoogspanningselectrode aan de onderzijde.

Voor een aantal exemplaren zijn partiele ontladingsmetingen verricht waarbij onderscheid is

gemaakt tussen positieve en negatieve ontladingen. De resultaten van deze metingen zijn te vinden

op pagina 1-17 tot en met 1-33.

Voor de partiele ontladingsmetingen is voor aile veertien geometrieen de gemiddelde lading

bepaald voor positieve en negatieve ontladingen. Deze zijn te vinden op pagina 1-34. De uiterst

rechtse kolommen bevatten de resultaten van de vacuiimgap. Bepaald is de gemiddelde lading van

het interval 0.75 pC - 60 pC, 1.50 pC - 60 pC en 3.0 pC - 60 pC. Op pagina 1-35, op analoge

wijze verwerkt, zijn de resultaten van de partiele ontladingsmetingen te vinden, waarbij

onderscheid is gemaakt tussen positieve en negatieve ontladingen.

Een vergelijking tussen de waarden gevonden bij de AC-doorslagmetingen en de reeds bekende

DC-waarden is te vinden op pagina 1-36 en 1-37. Voor DC zijn bij asymmetrische vormen twee

kolommen gebruikt, afhankelijk van de orientatie van de isolator.

Slechts een beperkt aantal patronen komt voor bij de fase-aantal plots. Een totaal overzicht van

aile metingen ten aanzien van deze zeven basispatronen is te vinden op pagina 1-38.

1 - 39

Bijlage II : Constructie wisselspanningsvoeding

1 Inleiding

Teneinde de opstelling voor vacuiimisolatieonderzoek te kunnen gebruiken voor metingen met

wisselspanningen is het noodzakelijk een AC-hoogspanningsvoeding te ontwerpen. De eisen die

aan deze voeding gesteld worden zijn:

- Vmax:::: 50 kV effectief;- Frequentie :::: 50 Hz;

- Regelbaar met PC;- Spanningsmonitoring.

De voeding moet via een DA converter met een PC aanstuurbaar zijn, en voorzien zijn van een

spanningsmonitoring die met een AD converter door de PC kan worden uitgelezen. Indien eendoorslag optreedt, moet de voeding gedurende enige tijd (3 s) de hoogspanning uitschakelen. Indeze tijd kan de PC de stuurspanning verlagen. Een Rogowskispoel is om de hoogspannings

doorvoer van de ESTEC-opstelling geplaatst, die de doorslagen detecteert. De voeding geeft bij

een doorslag een signaal af aan de PC.

Een hoogspanningstrafo 60 kV, fabrikaat Smit, overzetverhouding 1:600, thermisch grensver

mogen 700 VA, is beschikbaar. De capacitieve belasting van de opstelling bedraagt 25 pF tot

30 pF. Vaor PD-metingen is een koppelcondensator van 100 pF toegepast, zodat in dat geval detotale capaciteit 125 pF tot 130 pF wordt. Voorstel is om voor de voeding een ge"integreerde

audioversterker te gebruiken.

Aan de hoogspanningszijde is een seriedempweerstand vereist om in geval van een doorslag destroom die de voeding moet leveren te begrenzen. Hiervoor zijn hoogspanningsweerstanden van

1 MO, 4 MO, 10 MO en 100 MO beschikbaar. In verband met de spanningsval over de weerstand

veroorzaakt door de stroom die door de capaciteit loopt, kan de weerstand niet willekeurig hoog

worden gekozen. Om de stroom bij een doorslag te beperken, moet de weerstand echter zo hoogmogelijk worden gekozen. Als ontwerpcriterium wordt aangehouden dat minimaal 0.95 Vhv over

de capaciteit moet vallen, dit betekent een verlies van maximaal 5%.

II - 1

2 Berekeningen aan hoogspanningsvoeding

Aan de hoogspanningszijde bevindt zich een serieschakeling van een weerstand en een

condensator. De spanning over deopstelling bedraagt :

met w = 314 [lis] , Vhv = 50 kV

Voor C= 130 pF en R=4 M{) vinden we:

Voor C=30 pF en R= 10 M{) vinden we:

I Vapsl I = 0.986 * I Vhv I

I Vapsl I = 0.995 * I Vhv I

Aan de laagspanningszijde van de hoogspanningstrafo wordt dit gezien als een impedantie :

Z = (ll.l-j * 68.0) {) voor C = 130 pF en R = 4 MO verder PD-meting genoemd.

Z = (27.8-j * 294.7) {) voor C = 30 pF en R = 10 MO verder BD-meting genoemd.

Daar voor correct functioneren van de versterker een impedantie van 4 {) tot 8 {) gewenst is, is

een step-up trafo nodig. Bij gebruik van een trafo met een overzetverhouding 1:2 geeft dit:

Z = (2.77-j * 17.0) {) voor PD-metingen

Z = (6.95-j * 73.7) {) voor BD-metingen

De versterker functioneert het optimaal bij een zuiver reele belasting. Het imaginaire deel van de

impedantie kan gecompenseerd worden met een spoel. De spoel wordt aan de laagspanningszijde

geplaatst. Bij plaatsing aan de hoogspanningszijde is een ontoelaatbaar grote zelfinductie nodig, en

kunnen er problemen met het ontladingsvrij uitvoeren van de spoel optreden. Indien er van wordt

uitgegaan dat de verliezen van de hoogspanningstranformator gering zijn en de transformator een

geringe spreidingszelfinductie heeft, kan de waarde van de compensatiespoel worden berekend.

Voor PD-metingen is de zelfinductie 54 mH, voor BD-metingen 235 mHo De kwaliteitsfactor van

de op bovenstaande wijze gerealiseerde resonantiekringen bedraagt respectievelijk 6.12 (voor PD

metingen) en 10.6 (voor BD-metingen).

Q = lIR' * V(L/C') = Im(Z)/Re(Z)

met de voor R' en C' naar de laagspanningszijde getransformeerde waarden, respectievelijk:

R'= R / (l200f en C'= C * (1200)2

11-2

Doordat de totale overzetverhouding 1200 bedraagt, moet om een hoogspanning van 50 kV te

bereiken over het negatief imaginaire deel van de impedantie 41.7 V staan. Aan de hand hiervan

kunnen benodigd vermogen, spanning en stroom worden bepaald. De te te leveren stroom voigt

uit 41.7 V * we, dit is 1200 maal de stroom die aan de hoogspanningszijde loopt. De spanning

voigt uit het produkt van stroom en spanningsval over het reele deel van de impedantie aan de

laagspanningszijde. Het vermogen voigt uit het produkt van uitgangsspanning van de versterker en

uitgangsstroom.

Het te leveren vermogen bedraagt voor PD-metingen 16.7 W, uitgangsstroom 2.45 A,

uitgangsspanning 6.8 V. In geval van doorslagmetingen bedraagt het vermogen 2.2 W, uitgangs

stroom 0.566 A, uitgangsspanning 3.93 V.

Gedurende een doorslag kan er van worden uitgegaan dat de C niet meer in het circuit aanwezig

is. Voor PD-metingen loapt dit geval aan de laagspanningszijde (als wordt uitgegaan van een

stationaire situatie) 390 rnA, voor doorslagmetingen bedraagt deze stroom 53 rnA.

11-3

3 Metingen aan hoogspanningstrafo

De discussie in hoofdstuk 2 betrof een ideale transformator met een geringe magnetiseringsstroomen een geringe spreidingszel finductie~ Echter bijde· praktische uitvoering bl ijkt :

- Compensatie zelfinductie wijkt af;- Kwaliteitsfactor resonantiekring is lager;- Benodigd vermogen is hoger;- Stromen bij doorslag zijn grater;- Vermogensversterker vertoont cI ipping;- Resonantieverschijnselen in hoogspanningstransformator;- Ontladingen aan aansluiting elektrostatische voltmeter.

Het resonantsysteem is bij de metingen zowel gevoed met versterkermodules met vermogens van40 en 180 W alsook met een variac.

Compensatie zelfinductie

Bij bepraevingen van de hoogspanningstrafo blijkt dat deze een hoge magnetiseringsstroom heeftdoor een grote spreidingsinductie. De verliezen zijn veel hoger dan voorzien met een extrafasedraaiing als gevolg. Een deel van de capacitieve belasting aan de hoogspanningszijde wordtdoor de spreidingsinductie gecompenseerd. Voar compensatie van de capaciteit aan dehoogspanningszijde blijkt slechts een zelfinductie van circa 16 - 20 mH aan de laagspanningszijdenodig (C =130 pF respectievelijk 30 pF).

RbOO

fig. 1 Overzicht Voeding

K waliteitsfactor, vermogen

De kwaliteitsfactoren van gerealiseerde resonantiekringen zijn 1.5 respectievelijk 1.7 . Vanwegede verliezen en de daardoor lagere kwaliteitsfactor moet de voeding meer vermogen leveren danvoorzien. Vit extrapolatie van metingen bij circa 25 kV valt af te leiden dat voor een spanning van50 kV een vermogen van circa 170 W vereist is bij partiele ontladingsmetingen een vermogen vancirca 140 W bij doorslagmetingen.

11-4

Kortsluitstromen

Bij het optreden van een doorslag wordt de capaciteit aan de hoogspanningszijde kortgesloten. De

stroom aan de hoogspanningszijde zal toenemen. Doordat de schakeling niet meer in resonantie is

zal de hoogspanning dalen, hetgeen de stroom beperkt. Door simulatiemetingen is het effect

hiervan nagegaan. De spanning aan de hoogspanningszijde is gemeten als functie van de spanning

op de ingang van de versterker, voor zowel het hoogspanningscircuit met capaciteit, alsook met

kortgesloten capaciteit. Bij BD-metingen neemt aan de hoogspanningszijde de stroom bij een

doorslag toe met een factor 6.2, bij PD-metingen met een factor 1.6. Bij een spanning van 35 kV

bedraagt de stationaire kortsluitstroom aan de hoogspanningszijde bij PD-metingen 2.2 rnA, bij

BD-metingen 1.7 rnA. Aan de laagspanningszijde bedragen de stromen 2.65 A respectievelijk

2.35 A; voldoende laag om de versterkermodule niet te beschadigen.

Clipping

Indien de hoogspanning groter wordt dan 45 kV treed clipping in het uitgangssignaal van de

vermogensversterker op. De ongestahiliseerde voedingsspanning van de versterker daalt bij

belasting en begrenst het maximale uitgangsspanningsniveau. Dit functioneert als beveiliging voor

het maximaal door de versterker af te geven vermogen. Een voedingstransformator met een

hogere uitgangsspanning - volgens de speciticaties van de versterkermodule is dit toegestaan

maakt hogere uitgangsspanningen mogelijk.

Overzicht berekeningen-melingen

L [mH] Q Vu [V] Iu [A] Pu [W] Ikort [A]

PD-m. berekend 54 6.1 4.76 0.72 8.2 0.273

PD-m. gemeten 16 1.5 19.1 4.1 88.0 2.65

PD-m. berekend 235 10.6 2.75 0.40 1.1 0.037

PD-m. gemeten 20 1.7 20.5 2.7 55.0 2.35

N.B. Spanning, stromen, vermogen aan uitgang versterkermodule, bij een spanning 35 kV aan

de hoogspanningszijde

11-5

Resonantieverschijnselen hoogspanningstransformator

Bij spanningen boven 43 kV treedt er resonantie op in de hoogspanningstrafo. De ingangsstroom

aan de laagspanningszijde, die met behulp van een oscil1oscoop wordt geregistreerd, wordt fors

vervormd. Deze resonantie wordt niet veroorzaakt door de serie-RLC kring. Ook indien de trafo

niet wordt belast treedt resonantie op. Daar de vervorming in de stroom grote gelijkenis vertoont

met een derde harmonische is het waarschijnlijk dat verzadigingseffecten in het ijzer van de

hoogspanningstransformator een rol spelen.

Ontladingen

Bij beproevingen met zowel een variac als ook de vermogensversterker als voeding bleek dat aan

de aansluiting van de elektrostatische voltmeter ontladingen optreden bij een spanning van circa

40 kV, hetgeen een extra belasting vormt. Na loskoppelen van de voltmeter kan de spanning

verder worden opgevoerd. De hoogspanning voigt dan uit de ingangsspanning aan de

laagspanningszijde en de overzetverhouding van de hoogspanningstransformator.

11-6

4 Meetresultaten

Tabel 1:

Voeding:

Compensatie:

Belasting:

Metingen aan 50 kV transformator

Elektronische voeding, 180 W, 50.8 Hz

18.2 mH

125 pF; 4 MO

II VI V r Vhvi Vhv Trhv Trlv Q Z Ps Vv

[A] [V] [V] [V] [kV] [ ] [ I [ ] [0] [VA] [V]

0 0 0 0 0 - - - - - 42.5

0.465 2.7 3.9 7.8 5 641 2.00 1.44 5.8 1.3 40.8

1.0 4.6 7.8 14.1 10 709 1.81 1.70 4.6 4.6 40.3

1.55 6.8 11.1 21.2 15 707 1.91 1.63 4.4 10.5 39.7

2.2 8.9 15.0 28.5 20 701 1.90 1.68 4.0 19.4 39.5

2.6 10.8 18.0 33.0 25 757 1.83 1.66 4.2 28.1 39.2

3.25 13.0 23.2 42.0 30 731 1.77 1.78 4.0 42.4 39.0

3.7 15.2 26.0 48.0 35 729 1.85 1.71 4.1 56.2 38.6

4.05 18.0 29.0 56.0 40 714 1.93 1.61 4.4 72.9 38.1

4.2 21.0 33.8 62.8 45 705 1.89 1.61 5.0 88.2 37.9

3.8 26.0 39.0 71.6 50 698 1.84 1.50 6.8 98.8 38.5

11-7

Belasting: 25 pF; 10 MO

II VI Ur Vhvi Vhv Trhv Trlv Q Z PH Uv

[A] [V] [V] [V] [kV] [ ] [ ] [ ] [0] [VA] [V]

0 0 0 0 0 - - - - - 42.5

0.41 3.4 4.6 8.5 5 588 1.85 1.35 8.3 1.4 41.4

0.68 5.1 7.4 13.8 10 724 1.86 1.45 7.5 3.5 41.2

1.1 7.4 11.0 21.5 15 698 1.95 1.49 7.0 7.8 40.9

1.4 9.5 14.8 28.5 20 701 1.93 1.56 6.8 13.3 40.6

1.8 11.5 18.2 34.0 25 735 1.89 1.58 6.4 20.7 40.3

2.2 14.0 22.2 40.5 30 740 1.83 1.59 6.4 30.8 40.1

2.5 16.8 26.0 49.0 35 714 1.89 1.55 6.7 42.0 39.7

2.7 20.0 30.0 56.0 40 714 1.87 1.50 7.4 54.0 39.3

2.8 24.2 32.0 62.0 45 725 1.94 1.32 8.6 67.8 39.2

2.0 28.0 39.0 74.0 50 675 1.90 1.40 14.0 56.0 40.0

N.B. Elektrostatische Voltmeter 100 kV gebruikt, geeft waarschijnlijk te hoog aan. Bijspanningen boven 42 kV begint trafo verzadigingsverschijnselen te vertonen. Bijspanningen boven ca. 45 kV treed clipping op in versterkeruitgangssignaal, voedingbegrenst af te geven vermogen.

Verklaring gebruikte afkortingen :II Stroom laagspanningszijdeVI Spanning laagspanningszijdeVr Spanning in resonantiekringVhvi Laagspanning HSP TrafoVhv HoogspanningTrhv Overzetverhouding HSP TrafoTrlv Overzetverhouding Step-up TrafoQ Kwal iteitsfactorZ Impedantie waarmee voeding wordt belastPi Aan Set-up afgegeven vermogenUv Voedingsspanning versterker

Metingen uitgevoerd met Unigor-Universeelmeters, deze vertonen soms forse afwijkingen tussende verschillende meetbereiken.

11-8

Tabel 2: Metingen aan 50 kV transformator

Voeding: Elektronische voeding, 180 W, 50.8 Hz

Compensatie: 18.2 mH

Belasting: 0 pF; 4 MO

II UI Ur Uhvi Uhv Trlv Q Usig A*1000

[A] [V] [V] [V] [kV] [ ] [ ] [mY] [ ]

0.57 4.3 1.95 3.0 2.0 1.5 0.45 82 24.4

0.88 6.6 3.0 4.8 3.0 1.6 0.45 124 24.2

1.18 8.8 4.1 6.42 4.0 1.6 0.46 160 25.0

1.41 10.6 5.0 8.0 5.0 1.6 0.47 203 24.1

1.78 13.0 6.2 9.8 6.0 1.6 0.48 248 24.2

2.10 15.2 7.2 11.5 7.0 1.6 0.47 288 24.3

2.35 17.3 8.0 12.6 8.0 1.6 0.46 328 24.4

2.65 19.5 9.5 14.4 9.0 1.5 0.49 369 24.4

11-9

Belasting: opF; 10 MD

II U1 Ur Uhvi Uhv Trlv Q Usig A*l000

[A] [V] [V] [V] [kV] [ ] [ ] [mY] [ ]

0.245 204 1.6 2.85 2.0 1.78 0.67 45 4404

0042 3.6 2.7 4.80 3.0 1.78 0.75 70 42.9

0.55 4.9 3.8 6040 4.0 1.68 0.77 93 43.0

0.70 6.1 4.5 8.10 5.0 1.80 0.74 115 43.5

0.85 704 5.45 9.80 6.0 1.80 0.74 138 4304

1.00 804 6.4 11.4 7.0 1.78 0.76 160 43.8

1.10 9.5 7.35 12.5 8.0 1.70 0.77 178 44.9

1.18 10.5 804 14.2 9.05 1.70 0.80 201 45.0

lAO 11.1 9.2 15.8 10.0 1.72 0.83 222 45.0

2.35 18.5 15.7 26.8 16.9 1.70 0.85 376 45.0

Verklaring gebruikte atkortingen :

II Stroom laagspanningszijdeUI Spanning laagspanningszijdeUr Spanning in resonamiekringUhvi Laagspanning HSP TrafoUhv Hoogspanning

Trlv Overzetverhouding Step-up TrafoUsig Ingangsspanning versterkermodule

A Versterkingsfactor ingangsspanning-HSP

Metingen uitgevoerd met Unigor-Universeelmeters, deze vertonen soms forse afwijkingen tussende verschillende meetbereiken.

II - 10

Tabel 3 : Metingen aan 50 kV transformator

Voeding : Elektronische voeding, 180 W, 50.8 Hz

Compensatie : 18.2 mH

Belasting : 125 pF; 4 MO

Usig [mY] Uhv [kV] A*1000 [ ]

24 2.0 83.3

34 3.0 88.2

46 4.1 89.1

55 4.9 89.1

68 6.1 89.7

77 7.0 90.1

89 8.05 90.4

99 9.0 90.9

107 10.0 93.5

369 35.0 96.1

A gemiddeld = 90.000

II - 11

Belasting : 25 pF; 10 MO

Voeding :Elektronische voeding, 50.~ Hz, 180 Wversterker

.. ["] Uhv [kV] A*lOOO [ 1Usig my

25 2.0 80.0

38 3.0 78.9

52 4.25 81.7

60 4.9 81.6

73 6.0 82.2

84 7.0 83.3

95 8.0 84.2

100 9.0 90.0

117 10.0 85.7

376 35.0 93.1

A gemiddeld = 87.000

Verklaring gebruikte afkortingen:

Usig Ingangsspanning versterkermodule

Uhv Hoogspanning

A Versterkingsfactor ingangsspanning-HSP

Gebruikte meetapparatuur:

Laagspanningszijde: Fluke 75,

Hoogspanningszijde: Singer Elektrostatische voltmeter

Conc1usie: bij 4 MO, 125 pF,35 kV is spanning aan hoogspanningszijde bij een doorslag

24.4/96 * 35 kV = 8.9 kV. Stroom: 8.9 kV/4 MO = 2.2 rnA, P = 19.8 W

bij 10 MO, 25 pF,35 kV is spanning aan hoogspanningszijde bij een doorslag

45.0/93 * 35 kV = 16.9 kV. Stroom: 16.9 kV/lO MO = 1.7 rnA, P = 28.7 W

11-12

Bijlage III: Literatuuronderzoek

Hoogspannings Vacuiimisolatie voor wisselspanningen

Inhoudsopgave

1 Inleiding

1-1 Bibliotheekpracticum 21-2 Afstudeeropdracht 21-3 Opdracht Iiteratuuronderzoek 21-4 Concept inhoudsopgave afstudeerverslag 3

2 Literatuuronderzoek 42-1 Lijst van zoektermen 42-2 Geraadpleegde bronnen 42-3 Criteria voor opname in de Iiteratuurlijst 52-4 Diagram van de sneeuwbalmethode 62-5 Diagram van de citatiemethode 7

2-6 Relatiepatroon Iiteratuurverwijzingen 9

3 Conclusies 10

4 Literatuurl ijst 11

III-I

1 Inleiding

1-1 Bibliotheekpracticum

Het dod van het hibliotheekpracticum is het !eren systematisch en efficient !iteratuuf te zoeken inhet kader van een technisch project, in dit geval mijn afstudeerproject. Het practicum bestaat uiteen instructiemiddag en wordt afgesloten met het schrijven van een rapport van de gedaneIiteratuurstudie. De resultaten van dit Iiteratuuronderzoek worden als bijlage in het

afstudeerverslag opgenomen.

1-2 Afstudeeropdracht

Het realiseren van een meetopstelling waarmee met wisselspanningen metingen kunnen wordenverricht aan isolatoren in vacuum. Voor een aantal verschillende geometrieen dienen doorslagenpartiele ontladingsmetingen te worden verricht. Een vergelijking kan worden gemaakt van degevonden resultaten met de reeds bekende resultaten voor gelijkspanningen.

1-3 Opdracht literatuuronderzoek

Een niet onaanzienlijk deel van de afstudeeropdracht bestaat uit het realiseren van een

meetopstelling. Hiervoor is beperkt, ad hoc literatuuronderzoek gedaan. De Iiteratuur hiervoor isgevonden in standaardwerken.

Het literatuuronderzoek is beperkt tot het onderzoek van doorslag langs isolatoren in vacuum.Daar in verband met contractresearch, door de vakgroep in het verleden reeds zeer veel Iiteratuur

onderzoek is gedaan is aan de meest recente pubIicaties, vooral na 1989, bijzondere aandacht

besteed. Gezocht wordt naar publicaties - tijdschriftartikelen, proefschriften, boeken, congres- ensymposiumverslagen - die informatie verschaffen omtrent de fysica van doorslagen, modellen die

doorslag beschrijven, meetmethoden en constructie van isolatoren.

III-2

1-4 Concept Inhoudsopgave Afstudeerverslag

oPrefix: - Titelblad- Samenvatting- Inhoudsopgave

1 Inleiding1-1 Onderzoek aan vacuiimisolatie in verleden, overzicht1-2 Voortzetting van het onderzoek voor wisselspanningen

2 Meetsysteem2-1 Bouw van wisselspanningsvoeding2-2 Meetsysteem voor doorslagmetingen2-3 Meetsysteem voor partiele ontladingsmetingen2-4 Kalihratie van meetsysteem voor partH~le ontladingen

3 Metingen3-1 Keuze van samples3-2 Meetprocedure doorslagmetingen3-3 Meetprocedure partiele ontladingsmetingen

4 Discussie4-1 Doorslagmetingen, vergelijking gelijkspannings- en wisselspanningsgedrag, doorslag

mechanismen4-2 Partiele ontladingsmetingen, vergelijking gelijkspannings- en wisselspanningsgedrag

5 Conclusies en Aanbevelingen5-1 Conclusies5-2 Aanbevelingen voor verder onderzoek

BijlagenI Bouw van wisselspanningsvoedingII MeetresultatenIII Rapport Literatuuronderzoek

11I-3

2 Literatuuronderzoek

2-1 Lijst van zoektermen

Om gestructureerd te kunnen zoeken in datahestanden is een lijst van zoektermen noodzakelijk.

Deze zijn in de verschillende trefwoordenlijsten gevonden. Gebruikt zijn de volgende termen:

Engels

* flashover

* vacuum insulation

* surface flashover

* surface flashover and vacuum

* surface discharges

* surface charging and vacuum

* breakdown mechanisms

* high voltage vacuum insulation

* electric breakdown

2-2 Geraadpleegde bronnen

De volgende bronnen zijn geraadpleegd :

Nederlands

* doorslag

* vacuum isolatie

* oppervlakte doorslag

* oppervlakte doorslag en vacuum

* oppervlakte ontladingen

* oppervlakte lading en vacuum

* doorslag mechanismen

* hoogspannings vacuum isolatie

* doorslag elektrisch

Vakgroepsarchief EHC, (3)

Vubis, (5)

INSPEC, 1989-1994, CD-ROM versie, (11)

INSPEC, Electrical and Electronical Abstracts, Physical Abstracts 1980-1988, gedrukte versie, (7)

Science Citation Index, autonoom, auteur/tite], 1991-1994, CD-ROM versie, (6)

S.C.I., citatiemethode, 1991-1994, CD-ROM versie (3)

S.C.I., autonoom, auteur/titel, 1985-1990, gedrukte versie, (4) S.C.I., citatiemethode, 1963-1991,

gedrukte versie, (9)

NTIS, 1990-1994, CD-ROM versie, (3)

Dissertation Abstracts, 1988-1994, CD-ROM versie (2)

Index to theses, 1973-1993, CD-ROM versie, (1)

tussen haakjes het aantal in eerste instantie geselecteerde referenties

IlIA

2-3 Criteria voor opname in de Iiteratuurlijst

Selectiecriteria voor opname in voorlopige Iiteratuurlijst zijn:

* Het artikel moet bruikbaar zijn; relevant zijn voor het onderzoek, van nut zijn bij het

verklaren van de resultaten van de rnetingen. (Bijvoorbeeld modellen voor doorslag langs

isolatoren in vacuum)

* Het artikel moet in de nederlandse, engelse, duitse of franse taal geschreven zijn.

* Het artikel moet op de r.U.E. beschikbaar zijn, of op eenvoudige snel1e wijze (binnen vier

weken) verkregen kunnen worden.

De definitieve Iiteratuurlijst kan pas worden samengesteld na grondige bestudering van de

gevonden Iiteratuur en vergelijking met de resultaten van de metingen.

11I-5

2-4 Diagram van de sneeuwbal methode

Het meest recente artikel dat door de vakgroep EHC omtrent het onderzoek is gepubliceerd, [34]

Wetzer, '93, is gekozen als startpunt voor de sneeuwbal methode.

1993

1991

1990

1989

1988

1987

1984

1983

1981

1980

1977

1973

1972

1965

1963

III-6

2-5 Diagram van de citatiemethode

1993

1992

1990

1989

1988

1987

1985

1984

1983

1908

1977

1973

1965

1963 ~

N.B. Als suhscript het aantal malen dat hetreffend artikel wordt geciteerd.

IIl-7

Bij de citatie-analyse is gestart met [10] Boersch '63. In een aantal publicaties wordt aan hetartikel [10) gerefereerd als een van de grondleggende publicatie's. In de periode 1963-1993 wordtdit artikel 57 maal geciteerd. Zie onderstaand overzicht :

0 1 "I 3 4 5 () 7 8 9'"1960 - - - * 0 1 1 0 1 1

1970 0 1 1 4 5 1 2 5 0 0

1980 3 1 2 5 4 4 2 3 4 3

1990 1 1 2 3 - - - - - -

* = jaar van publicatie

Tabel 1 Aantal citaties per jaar

Niet aile artikelen welke [10] citeren zijn opgenomen in het overzicht, slechts die artikelen die aande selectiecriteria voldoen zijn opgenomen.

III-8

2-6 Relatiepatroon Iiteratuurverwijzingen

In de onderstaande matrix staat de gevonden Iiteratuur met hetrekking tot de conceptinhoudsopgave. In de kolommen staan de literatuurverwijzingen, in de rijen de paragraafnummers.Het zal opvallen dat een concentratie optreedt hij paragraaf 4-1 en 4-2.

De oorzaak hiervan is dat het onderzoek zich geconcentreerd heeft op literatuur omtrent doorslaglangs isolatoren in vacuum. In betrokken paragrafen wordt dit behandeld.

1 2 3 4 51-1 1-2 2-1 2-2 2-3 2-4 3-1 3-2 3-3 4-1 4-2 5-1 5-2

(1) 0

[2 ) 0

[ 3 ) 0 0

[4 ] 0 0 0

[ 5 ) 0 0

[ 6 ) 0 0

[ 7 ) 0

[8 ) 0

[9 ) 0

[10) 0 0

[11 ) 0

[12] 0

(13) 0 0

(14) 0

( 15 ] 0

[16] 0 0 0 0

[17](18] 0

(19] 0 0 0

(20] 0 0

[21] 0 0 0

(22] 0

(23] 0 0 0

[24] 0 0 0

[25] 0 0

[26] 0

[27] 0

[28] 0

[29] 0

[30] 0

[31] 0

[32 ] 0

(33] 0 0 0 0 0 0

[34] 0 0

[35] 0

[36][37] 0

[38] 0

III-9

3 Conclusies

Bij het literatuuronderzoek is gebleken dat doorslag in vacuUm reeds over een langere periodewordt onderzocht. Helaas bestaat er nog steeds geen eenstemmingheid omtrent de modelvorming.Zie onder andere [3] Anderson '85.

Vit de citatie- en sneeuwbalmethode komen een aantal sleutelartikelen naar voren, te weten :- [10] Boersch, '63;- [13] De Tourreil, '73;

- [28] Milton, '72.Opmerkelijk is verder het boek van Latham, [20], ,81, nog steeds veel gebruikt en een belangrijke

bron van informatie.

Regelmatig worden door Miller [23],'89, [24],'93 overzichtsartikelen gepubliceerd. DezeIiteratuurstudies zijn zeer handig am een overzicht van het vakgebied te verkrijgen.

Interessant is dat veel puhlicaties van de University of South Carolina stammen. Zowel Jaitlyalsook Bommakanti zijn heide gepromoveerd op dit onderwerp onder leiding van Sudarshan.

Het bib] iotheekpracticum is door mij als zeer zinvol ervaren. Hoewel tijdrovend en ergarbeidsintensief is het prettig dat veel bronnen kunnen worden geraadpleegd en verschillendezoekmethoden kunnen worden gebruikt. Niet aileen wordt geleerd om snel en efficientliteratuuronderzoek te doen, doch het levert ook een grote hoeveelheid Iiteratuur op.

III-I0

4 literatuurlijst

[1] Anderson, and R.A., J.P. Brainard

MECHANISM OF PULSED SURFACE FLASHOVER INVOLVING ELECTRON

STIMULATED DESORPTION

J. Appl. Phys. Vol.51 (1980) No.3, p. 1414-1421

[2] Anderson, R.A., and W.K. Tucker

VACUUM SURFACE FLASHOVER FROM BIPOLAR STRESS

J. Appl. Phys. Vol.58 (1985) No.9, p.3346-3349

[3] Anderson, R.A.

SURFACE FLASHOVER: THREE DECADES OF CONTROVERSY

In: Proc. XIV 1m. Sym. Disch. Electr. Insul. Vac., Santa Fe, 17-20 sept. 1990.

Edited by R.W.Stinett. U.S. Government Printing Office, Washington D.C., 1990.

P.311-317

[4] Arnold, P.A., et al.

45 DEGREE INSULATOR SURFACE FLASHOVER; A REVIEW AND NEW

RESULTS

IEEE trans. on Elect. InsuI. Vol.23 (1988) No.1, p. 17-25

[4] Asokan, T., and T.S. Sudarshan

ROLE OF COULOMBIC CENTERS ON INSULATOR SURFACE BREAKDOWN

CHARACTERISTICS

IEEE trans. on Elect. InsuI. Vol.27 (1992) No.5, p.1040-1049

[6] Asokan, T., and T.S. Sudarshan

OPTIMIZATION OF TEST PROCEDURE TO IMPROVE INSULATOR

PERFORMANCE UNDER HIGH ELECTRIC STRESS

IEEE trans. on Elect. InsuI. Vol.28 (1993) No.4, p. 545-554

[7] Aydienko, A.A.

SURFACE BREAKDOWN OF SOLID DIELECTRICS IN VACUUM

I CHARACTERISTICS FOR BREAKDOWN OF INSULATORS ALONG THE

VACUUM SURFACE

SOY. Phys. Tech. Phys. Vol.22 (1977) No.8, p.982-985

[8] Avdienko, A.A.

SURFACE BREAKDOWN OF SOLID DIELECTRICS IN VACUUM

II MECHANISM FOR SURFACE BREAKDOWN

SOY. Phys. Tech. Phys. VoI.22 (1977) No.8, p.986-991

III-II

[9] Belyaev, V.SURFACE CHARGE OF HIGH-VOLTAGE INSULATORS IN VACUUMIn: Proc. XVth Int. Symp. Disch. and Electr. Insul. Vac., Darmstadt, B.R.D.,6-10 sept. 1992. Edited by D. Koenig. VDE, Berlin, 1990. P. 191-195

[10] Boersch, H. et aI.OBERFLAECHENENTLADUNGEN UEBER ISOLATOREN IN VAKUUMZ. Angw. Physik Vol.I5 (1963) No.6, p.518-525

[11] Bommakanti, R.G., and T.S. SudarshanTRAP-DOMINATED BREAKDOWN PROCESSES IN AN INSULATOR BRIDGEDVACUUM GAP1. AppI. Phys. VoI.66 (1989) No.5, p. 2091-2099

[12] Bommakanti, R.G., et aI.ANALYSIS AND DESIGN OF A TRAVELING WAVE TUBE FEEDTROUGHIEEE trans. on Elect. Insul. VoI.24 (1989) No.6, p.1053-1062

[13] De Tourreil, and C.R, K.D. SrivastavaMECHANISM OF SURFACE CHARGING OF HIGH-VOLTAGE INSULATOR INVACUUMIEEE trans. on Elect. InsuI. Vol.8 (1973) No.1, p. 17-21

[14] Gollor M., and K. RogallaHV DESIGN OF VACUUM-INSULATED POWER SUPPLIES FOR SPACEAPPLICAnONSIEEE trans. on Elect. InsuI. VoI.28 (1993) No.4, p. 667-680

[15] Jaitly, N.C.

MECHANISM OF SURFACE FLASHOVER AND PERFORMANCE OF BROADAREA INSULATOR BRIDGED VACUUM GAPS UNDER DIRECT VOLTAGESTRESS

University of South Carolina, 1987, Doctoral DissertationAnn Arbor, Mich.: University Microfilms, Orderno. 8714965

[16] Jaitly, N.C., and T.S. SudarshanNOVEL INSULATOR DESIGNS FOR SUPERIOR DC HOLD-OFF IN BRIDGEDVACUUM GAPS

IEEE trans. on Elect. Insul. VoI.22 (1987) No.6, p. 801-810

III-12

[17] Jaitly, N.C., and T.S. Sudarshan

IN-SITU INSULATOR SURFACE CHARGE MEASURMENTS IN DIELECTRIC

BRIDGED VACUUM GAPS USING AN ELECTROSTATIC PROBE

IEEE trans. on Elect. Insul. Vol.23 (1988) No.2, p. 261-273

[18] Jaitly, N.C., and T.S. Sudarshan

DC SURFACE FLASHOVER MECHANISM ALONG SOLIDS IN A VACUUM

BASED ON A COLLISION-IONISATION MODEL

J. Appl. Phys. Vo1.64 (1988) No.7, p. 3411-3418

[19] Kuffel, E and W.S. Zaengl

HIGH VOLTAGE ENGINEERING

Oxford: Pergamon, 1984

[20] Latham, R. V.

HIGH VOLTAGE VACUUM INSULATION; THE PHYSICAL BASIS

London: Academic Press, 1981

[21] Le Gressus, C., et al.

FLASHOVER: METHOD OF INVESTIGATION AND MECHANISMS

In: Proe. XIV Int. Sym. Disch. Eleetr. Insul. Vac., Santa Fe, 17-20 sept. 1990.

Edited by R.W.Stinett. U.S. Government Printing Oftice, Washington D.C., 1990.

P. 299-306

[22] Le Gressus, and C., G.Blaise

BREAKDOWN PHENOMENA RELATED TO TRAPPING I DETRAPPING

PROCESSES IN WIDE BAND GAP INSULATORS


[23] Miller, H.C.

SURFACE FLASHOVER OF INSULATORS

IEEE trans. on Elect. Insul. Vo1.24 (1989) No.5, p. 765-786

[24] Miller, H.C.

FLASHOVER OF INSULATORS IN VACUUM


[25] Milton, O.

PULSED FLASHOVER OF INSULATORS IN VACUUM


III-13

[26] Nerovsky, V.A.

ON MECHANISMS OF A SURFACE FLASHOVER OF DIELECTRICS IN A

STRONG ELECTRIC FIELD

In: Proc. XIV Int. Sym. Disch. Electr. Insul. Vac., Santa Fe, 17-20 sept. 1990.

Edited by R.W.Stinett. U.S. Government Printing Office, Washington D.C., 1990.

P.365-367

[27] PiIlai, A.S., and R. Hackam

SURFACE FLASHOVER OF CONICAL INSULATORS IN VACUUM

J. Appl. Phys. Vol.56 (1984) No.5, p. 1374-1381

[28] Shannon, J.P., et al.

INSULATION OF HIGH VOLTAGE ACROSS SOLID INSULATORS IN VACUUM

J. Vac. Sci. Techn. Vol. 2 (1965), p. 234-239

[29] Sudarshan, T.S., et al.

PREBREAKDOWN PROCESSES ASSOCIATED WITH SURFACE FLASHOVER

OF SOLID INSULATORS IN VACUUM

IEEE trans. on Elect. Insul. Vol.l2 (1977) No.3, p. 200-209

[30] Vigouroux, J.P., et al.

SURFACE PROCESSES OCCURRING DURING BREAKDOWN OF HIGH

VOLTAGE DEVICES

IEEE trans. on Elect. Insul. Vol.l8 (1983) No.3, p. 287-291

[31] Wetzer, J.M., and P.C.T. van der Laan

PREBREAKDOWN CURRENTS; BASIC INTERPRETATION AND TIME

RESOLVED MEASURMENTS


[32] Wetzer, J.M. et al.

ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF HV COMPONENTS FOR SPACECRAFT;

TRAVELING WAVE TUBES

IEEE trans. on Elect. Insul. Vol.25 (1990) No.6, p.ll17-1124

[33] Wetzer, J.M. et al.

FINAL REPORT OF THE STUDY ON HV-DESIGN ASPECTS OF MICROWAVE

TUBES

Vakgroep EHC, Faculteit Elektrotechniek, Technische Universiteit Eindhoven, 1991

Intern rapportnummer : EHC/JWIMWIRAP91 009

III-14

(34) Wetzer, J.M., and P.A.A.F. Wouters

THE EFFECT OF INSULATOR CHARGING ON BREAKDOWN AND

CONDIONING


[35] Willems, C.D.L.

PARTIELE ONTLADINGSMETINGEN; MEETSYSTEEM VOOR PARTIELE

ONTLADINGSMETINGEN AAN ISOLATOREN IN VAKUUM

Vakgroep EHC, Faculteit Elektrotechniek, Technische Universiteit Eindhoven, 1992

Afstudeerverslag, intern rapportnummer : EH.92A.121

[36] Yamamoto, 0., et al.

EFFECTS OF SPARK CONDITIONING, INSULATOR ANGLE AND LENGTH ON

SURFACE FLASHOVER IN VACUUM


(37) Yamamoto, 0., et al.

MONTE CARLO SIMULATION OF SURFACE CHARGE ON ANGLED

INSULATORS IN VACUUM


[38] Ziomek, W., and H. Moscicka-Gresziak

RELAnON OF BREAKDOWN VOLTAGE AND PREBREAKDOWN

MICRODISCHARGE PARAMETERS IN VACUUM


11I-15

Eindhoven University of Technology MASTER Invloed van ... · research, which concentrated on the...

Documents

Transcript of Eindhoven University of Technology MASTER Invloed van ... · research, which concentrated on the...