Charge dynamics in Future HVDC insulation systems
- Reference number
- SM19-0013
- Start and end dates
- 200101-221231
- Amount granted
- 809 987 SEK
- Administrative organization
- ABB Power Grids Research
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The use of HVDC transmission infrastructure to transport electrical power is increasing, worldwide. The trend is to use HVDC for larger power, longer distances and higher voltages. The main driver is the need to integrate remote renewable energy sources to electrical networks. The electrical stress distribution in HVDC insulation systems is critical for such systems. Prediction of electrical stress is non-trivial and depends on the charge dynamics at surfaces and interfaces present in the insulation system. These phenomena are complex and depends on the apparent electrical conductivities of the insulation materials involved, as well as geometrical details. The project aims at fundamental understanding of the charge dynamics in HVDC insulation systems and is divided into four sub-topics which are inter-linked and strategical relevant for future HVDC insulation systems:1) Charge dynamics at gas/polymer interfaces at humid conditions, 2) Improved spatial resolution of measured space charge distribution in solid insulation, 3) Charge dynamics in alternative liquid insulation system, 4) Study of breakdown limits in HV products under repeated discharges. The main role of Olof Hjortstam will be to formulate scientific questions of industrial relevance, supervising PhD and MSc students, as well as ensuring a two directed competence flow between ABB and Chalmers. The results from the project will be useful in development of next generation of HVDC insulation systems and components.
Popular science description
Världens ökade behov av elektrisk energi driver en trend med utbyggnad av storskalig förnyelsebar energigenerering på stora avstånd från energikonsumenterna. För att möta detta behövs kostnadseffektiva tekniker för överföring av stora elektriska effekter över långa avstånd, med låga elektriska förluster. Den lämpligaste tekniken är högspänd likströmsöverföring (HVDC) som har lägre förluster och smalare kraftledningsgator jämfört med växelspänning. Idag finns HVDC överföringar som är mer än 200 mil långa och med spänningar upp till 800 kVdc. I en snar framtid kommer HVDC överföringar som är mer än 300 mil långa med en spänning på 1100 kVdc att tas i drift. En kritisk del av en HVDC överföring är dess elektriska isolationssystem. Att designa ett HVDC isolationssystem är komplext eftersom systemets prestanda beror av isolationsmaterials elektriska ledningsförmåga. Ledningsförmågan i alla isolationsmaterial är mycket låg men kan skilja sig mycket mellan olika material och för samma material om exempelvis temperaturen ändras. Hur olika materialen samspelar i ett isolationssystem med exempelvis både luft, isolationsvätskor och polymermaterial är mycket komplext att förutsäga. I detta projekt kommer vi att studera fyra utvalda frågeställningar som är viktiga att förstå för att kunna utveckla nästa generation av HVDC insolationssystem: •"Laddningsdynamik på gas-polymer gränsytor och inverkan av fukt. •"Högupplöst mätteknik för mätning av rymdladdningsfördelning i fasta isolations material (polymerer). •"Laddnings dynamik i vätskeisolerade isolationssystem. •"Samband mellan elektriska genombrott i högspänningsapparater och upprepade urladdningar vid hög spänning. Ett lyckat projekt kan leda till att högspänningsingenjörer får bättre modeller att använda vid utveckling av tillförlitliga komponenter och isolationsmaterial till framtida HVDC överföringar.