Συντάχθηκε 07-07-2025 15:11
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 141Π-36,141Π-37
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 10/07/2025 09:00
Λήξη: 10/07/2025 10:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Γεωργίου Μεσσαριτάκη
με θέμα
Μελέτη Διηλεκτρικής Αντοχής Καλωδίων Υψηλής Τάσης
Study of Dielectric Strength of High Voltage Cables
Εξεταστική Επιτροπή
Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Αναπληρωτής Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης
Περίληψη
Τα καλώδια υψηλής τάσης είναι κρίσιμα στοιχεία στα δίκτυα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας, με το έργο να μεταφέρουν με ασφάλεια μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας σε σημαντικές αποστάσεις. Ένα καθοριστικό αλλά συχνά υποτιμώμενο στοιχείο αυτών των καλωδίων είναι το μονωτικό περίβλημα, το οποίο λειτουργεί ως εξωτερική προστατευτική επένδυση. Αυτό το περίβλημα παρέχει απαραίτητη μηχανική προστασία έναντι εξωτερικών καταπονήσεων, διείσδυσης υγρασίας και περιβαλλοντικών ρύπων, καθώς και συμπληρωματική ηλεκτρική μόνωση. Παρά τη σημασία του, η διηλεκτρική ακεραιότητα του μονωτικού περιβλήματος—ιδιαίτερα υπό συνθήκες κρουστικής τάσης—θεωρείται συχνά ότι είναι επαρκής σύμφωνα με τις υπάρχουσες πρακτικές κατασκευής και τα διεθνή πρότυπα. Ωστόσο, εμπειρικά δεδομένα λειτουργίας έχουν υποδείξει πιθανές αδυναμίες στα μονωτικά περιβλήματα των καλωδίων, ειδικά όταν εκτίθενται σε μεταβατικές τάσεις που μπορεί να διαφέρουν σημαντικά από εκείνες που προβλέπονται στις τυποποιημένες δοκιμές.
Abstract
Reliable dielectric performance of high-voltage (HV) cables is essential for power system integrity, yet the outer jacket can present unexpected weaknesses that compromise impulse withstand capability. This thesis undertakes a thorough investigation of dielectric strength in two extruded HV cable constructions—a 150 kV AL/XLPE/SWAS/PE design and a 110 kV N2XS(F)2Y variant—focusing on both inner insulation and oversheath behavior under impulse-voltage stress in oil-immersed conditions. International test protocols (IEC and ASTM) guide specimen preparation, measurement, and testing.
Initial evaluation revealed that factory-applied semiconductive jacket layers often exceed the thin screening film assumed in standards, manifesting thicknesses on the order of millimeters and surface resistances in the kiloohm range. Such oversheath characteristics led to severe surface conduction and creepage discharge when applying lightning impulses, visibly “toasting” the jacket and producing distorted waveforms with abnormally rapid tail decay and erratic discharge paths . Mechanical removal of these semiconductive layers—achieved by rasping after abrasion proved insufficient—restored insulation surfaces to gigaohm-range resistivity, eliminating leakage paths and enabling correct 1.2/50 µs waveform generation during oil-immersed impulse tests . Clean electrode installation and controlled immersion protocols ensured reproducible conditions. For the 150 kV cable, only after complete removal of the multi-millimeter semiconductive oversheath did the impulse waveforms conform to IEC tolerances and the insulation exhibit clean puncture breakdown without lateral tracking . Analogous findings applied to the 110 kV cable, where surface-resistance verification and targeted layer removal preceded successful impulse withstand tests.
Experimental container design also evolved through prototypes to address mechanical failures under high-stress impulses, culminating in a nested, oil-filled assembly that maintained dielectric clearance and structural integrity during repetitive testing . The Marx generator was analyzed, modified for lower-voltage parallel operation, and validated via simulation and waveform measurement to deliver standardized 1.2/50 µs impulses despite increased equivalent capacitance. Data acquisition practices—archiving oscilloscope captures and CSV voltage-time records—enabled systematic extraction of front and tail times across ten specimens per cable type, confirming consistent dielectric strength up to rated levels.
The key insight is that oversheath materials can constitute a critical weak point: semiconductive jackets thicker than intended screening layers allow surface conduction and disrupt impulse testing. Thorough characterization and removal of such layers are therefore imperative to obtain valid dielectric-strength measurements. This work provides detailed procedures for oversheath assessment (thickness and resistivity checks), mechanical removal techniques, electrode assembly, oil-immersion setup, and impulse application, as well as guidelines for Marx generator configuration and container construction. The findings inform best practices for HV cable testing, underscore the necessity of addressing jacket-related weaknesses, and contribute empirical dielectric-strength limits under transient stresses, supporting improved testing protocols and cable design evaluations.
Keywords: dielectric strength, high-voltage cable, IEC standards, impulse testing, jacket weak points, Marx generator, oil immersion, semiconductive oversheath, surface discharge, XLPE insulation.
Meeting ID: 901 325 4588
Password: 796406
