Voltage Stabilizers: From Design to Synthesis, Processing and Electrical Characterization
Doktorsavhandling, 2014

Voltage stabilizers are additives capable of inhibiting electrical treeing; a degradation mechanism for insulation materials subjected to strong divergent electric fields. The intended use is in cross-linked polyethylene (XLPE) high voltage power cable insulation where minute defects in the manufacturing process can give rise to the conditions needed for the initiation of treeing, which in the worst case scenario leads to failure of the insulation system with blackouts and expensive repairs as a consequence. The main purpose of this thesis is to develop a deeper understanding of the underlying mechanisms of voltage stabilization. A robust test method for the purpose of studying electrical tree initiation was developed and used throughout this thesis. This test method is further analyzed in the thesis of Anette Johansson, twin PhD collaborator in this work. A range of voltage stabilizers were evaluated in treeing experiments. Molecular modelling was used to calculate several molecular properties and clear trends were found relating the stabilizing efficacy to the electron affinity of the voltage stabilizer. An increase of more than 100% in the average onset field of electrical treeing has been achieved using a small addition of 0.33wt% of voltage stabilizer, which is also compatible with modern cross-linking methodology.

Polyethylene

Degradation

XLPE

Electrical treeing

Voltage stabilizer

Cable

Insulation

KA-salen, Kemigården 10, Chalmers tekniska högskola, Göteborg
Opponent: Ulf Gedde

Författare

Markus Jarvid

Chalmers, Kemi- och bioteknik, Polymerteknologi

Analysis of Multiple Electrical Trees Incepted at Wire Electrode Test Object by Means of PD Detection

Proc. of Jicable HVDC'13 Seminar,; (2013)p. paper P06-

Paper i proceeding

Evaluation of the Performance of Several Object Types for Electrical Treeing Experiments

IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,; Vol. 20(2013)p. 1712-1719

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Electrical Tree Inhibition by Voltage Stabilizers

2012 IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, CEIDP 2012, Montreal, 14-17 October 2012,; (2012)p. 605-608

Paper i proceeding

Tailored Side-Chain Architecture of Benzil Voltage Stabilizers for Enhanced Dielectric Strength of Cross-Linked Polyethylene

Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics,; Vol. 52(2014)p. 1047-1054

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Förnyelsebara energikällor som t.ex. sol, vind eller vattenkraft implementeras i allt högre grad för att möta de hårda miljökrav som vi har satt upp inom EU. Den ”gröna” energin produceras ofta långt ifrån slutanvändarna. Detta ställer stora krav på elnätet som transporterar elektricitet från kraftverken till slutanvändarna. En viktig del av elnätet består av kablar som måste isoleras för att förhindra kortslutning. För att öka effekten i kablarna kan man höja spänningsnivån vilket även resulterar i högre elektrisk fältstyrka runt ledaren. Detta ökar även kraven på kabelns isolering som oftast är av plast. Vid höga elektriska fält kan isolermaterialet utsättas för elektrisk nedbrytning, så kallad elektrisk trädning. Detta kan leda till genomslag i kabelisoleringen med dyra reparationer och strömavbrott som följd. I den här avhandlingen har nya stabilisatorer tagits fram som förhindrar uppkomsten av elektriska träd. Stabilisatorernas uppgift är att ta hand om energin som tillförs av det elektriska fältet så att plasten inte tar skada. Vi har med hjälp av datormodelleringar hittat egenskaper hos stabilisatormolekylerna som är korrelerade med deras effektivitet och har på så sätt identifierat nya och mer effektiva kandidater. För att testa stabilisatorerna har en ny metod för trädinitiering utvecklats. Inom det här projektet har material tagits fram som klarar över 100% högre elektrisk fältstyrka innan elektriska träd bildas.

Infrastruktur

C3SE (Chalmers Centre for Computational Science and Engineering)

Ämneskategorier

Textil-, gummi- och polymermaterial

Teoretisk kemi

Organisk kemi

Annan elektroteknik och elektronik

Den kondenserade materiens fysik

Styrkeområden

Materialvetenskap

ISBN

978-91-7597-059-2

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie

KA-salen, Kemigården 10, Chalmers tekniska högskola, Göteborg

Opponent: Ulf Gedde

Mer information

Skapat

2017-10-06