Laddningsdynamik i framtida HVDC isolations system
- Diarienummer
- SM19-0013
- Start- och slutdatum
- 200101-221231
- Beviljat belopp
- 809 987 kr
- Förvaltande organisation
- ABB Power Grids Research
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Användning av HVDC transmissionsteknik för att överföra elektrisk energi ökar värden över. Trenden är att HVDC transmission används för högre effekter, längre sträckor och högre spänningar. Den största drivkraften är integrering av avlägsna förnyelsebara energikällor i det elektriska nätet. Den elektiska fältfördelningen i HVDC isolationen är kritisk i sådana system. Att förutsäga det elektriska fältet är inte trivialt och påverkas kraftigt av laddningsdynamiken vid isolationssystemets gränsytor. Dessa fenomen är komplexa och beror på isolationsmaterialens skenbara elektriska konduktivitet och även på detaljer i geometrin. Projektet syftar till grundläggande förståelse av laddningsdynamiken i HVDC isolationssystem och är uppdelat i fyra sammanlänkade delområden som är strategiskt viktiga för framtida HVDC system: 1) Laddningsdynamik på gas/polymer gränsytor under fuktiga förhållanden, 2) Förbättrad rumsupplösning vid mätning av rymdladdningsfördelning i fast isolation, 3) Laddningsdynamik i alternativa isolations vätskor, 4) Studie av gränsen för elektriska genombrott i högspänningsprodukter vid upprepade urladdningar. Olof Hjortstams huvuduppgifter i projektet är att formulera industriellt relevanta vetenskapliga frågeställningar, handleda doktorander och examensarbetare samt säkerställa en dubbelriktad kompetensöverföring mellan ABB och Chalmers. Resultatet från projektet kommer att vara användbart vid utvecklingen av nästa generations isolationssystem och komponenter.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.