Influence of fast switching phenomena on electrical insulation systems

• Autorzy: Florkowska B. , Florkowski M. , Furgał J. , Pająk P. , Roehrich J. , Zydroń P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ szybkich zjawisk łączeniowych na układy izolacji elektrycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In-service stresses cause degradation of high voltage insulating systems. The assessment of the intensity and dynamics of these processes, being a consequence of local, working electric field strength is considered mainly at the sinusoidal voltage. However in applications where power electronics converters are used the voltage stress usually has a form of fast switching pulses composed of repetitive sequences. Such pulse trains usually pose a modulated width and fast rise- and fall-times. Such conditions have essential influence on inception and development of partial discharges in insulating systems subjected to a non-sinusoidal stimulus. The insulation degradation mechanism is especially important to cables and electrical machines subjected to non-sinusoidal waveforms. The paper presents the simulation results and experimental investigations of fast overvoltages at the electrical machines and influence of a fast switching stimulus on electrical insulation systems of electric machines, including partial discharge measurements and analysis.

PL

Narażenia eksploatacyjne powodują degradację wysokonapięciowych układów izolacyjnych. Ocena intensywności i dynamiki tych procesów, będących konsekwencją lokalnego roboczego natężenia pola elektrycznego, jest rozważana głównie dla napięcia sinusoidalnego. Jednakże w praktyce są stosowane elektroniczne konwertery, których napięcie ma postać szybko przełączanych impulsów tworzących powtarzalne sekwencje. Takie impulsy mają zwykle postać przebiegów szybko narastających i wolno opadających. Takie warunki mają istotny wpływ na rozpoczęcie i rozwój wyładowań w układach izolacyjnych poddanych działaniu niesinusoidalnych przebiegów. Mechanizm degradacji izolacji jest specjalnie ważny dla kabli i maszyn elektrycznych poddanych działaniu wymuszeń niesinusoidalnych. W artykule przedstawiono wyniki symulacji oraz wyniki badań szybkich przepięć w maszynach elektrycznych i wpływ szybkich zjawisk łączeniowych na układy izolacyjne maszyn elektrycznych, włączając w to pomiary i analizę wyładowań niezupełnych.

Słowa kluczowe

EN

electrical insulation; fast switching; overvoltages; partial discharges

PL

izolacja elektryczna; szybkie łączenia; przepięcia; wyładowania niezupełne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 86, nr 4
• Strony: 158--161
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.,

Twórcy

autor

Florkowska B.

autor

Florkowski M.

autor

Furgał J.

autor

Pająk P.

autor

Roehrich J.

autor

Zydroń P.

• Department of Electrical and Power Engineering, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Bonnett A. H., Analysis of the impact of pulse-width modulated inverter voltage wave forms on ac induction motors, IEEE Annual Pulp & Paper Ind. Techn. Conf., pp. 68-75, 1994
• [2] Oliver J. A., Stone G.C., Implications for the applications of adjustable speed drive electronics to motor stator winding insulation, IEEE El. Insul. Magazine, pp. 32-36, 1995
• [3] Kerkman R. J., Leggate D., Skibinski G., Interaction of drive modulation and cable parameters on AC motor transients, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 33, No. 3, pp. 722 – 731, 1997
• [4] Suresh G., Toliyat H. A., Rendusara D. A., Enjeti P.N., Predicting the transient effects of PWM voltage waveform on the stator windings of random wound induction motors, IEEE Trans. Power Electronics, Vol. 14, No. 1, 1999, pp. 23 – 30
• [5] Kaufhold M., Auinger H., Ber th M., Speck J., Eberhardt M., Electrical stress and failure mechanism of the winding insulation in PWM-inverter-fed LV-motors, IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 47, no. 2, pp. 396-402, 2000
• [6] Wheeler J. C. G., Effects of converter pulses on the electrical insulation in low and medium voltage motors, IEEE El. Insul. Mag., Vol. 21, No. 2, 2005, pp. 22 - 29
• [7] Boglitteli A., Cavagnino A., Lazzari M., Experimental high frequency parameter identification of ac electrical motors, IEEE on Ind. Appl., vol. 43, No. 1, pp. 5 – 10, Jan./Febr., 2007
• [8] Florkowska B., Florkowski M., Furgał J., Roehrich J., Zydroń P, Impact of high frequency switching phenomena on low voltage motor insulation, Conf. Proc. of INDUCTICA & CWIEME’2009 – Coil Winding, Insulations & Electrical Manufacturing Int. Conf. and Exhibition, Berlin, 2009
• [9] Grandi G., Casadei D., Massarini A., High frequency lumped parameter model for ac motor windings, EPE Conf. Proc., 1997, pp. 2.578 - 2.583
• [10] Heller B., Veverka A., Surge phenomena in electrical machines, Iliffe Books Ltd, London, 1968
• [11] Florkowski M., Furgał J., The detection of winding faults in electrical machines using the frequency response analysis method, Meas. Sci.. and Technol., 2004, No. 15, pp. 2067 – 2074
• [12] Florkowska B., Zydroń P., Analysis of conditions of partial discharges inception and development at non-sinusoidal testing voltages, IEEE CEIDP’2006 Annual Report, October 2006, pp. 648 – 651
• [13] Grzybowski S., Shresta P., Cao I., Electrical aging phenomena of XLPE and EPR cable insulation energized by switching impulses, Proc. 2008 Int. Conf. on HV Eng. and Appl., pp.422-425, Chongqing, China, 2008
• [14] Glinka T., Kulesz B., Wyładowania niezupełne w izolacji zwojowej silników indukcyjnych zasilanych z falowników PWM, Zeszyty Naukowe Politechniki Wrocławskiej, Nr 49, 2000, Studia i Materiały nr 21, str. 96-103
• [15] IEC-62068-1: 2003, Electrical insulation systems – Electrical stresses produced by repetitive impulses. Part 1: General method of evaluation of electrical edurance.
• [16] Kreuger F.H., Discharge detection in high-voltage equipment, Butterworth &Co., London, 1989
• [17] Florkowska B., Florkowski M., Włodek R., Zydroń P., Mechanisms, measurements and analysis of partial discharges in diagnostics of high voltage insulating systems, IPPT PAN, Warszawa, 2001 (written in Polish)
• [18] Florkowska B., Partial discharges in high voltage insulation systems – analysis of mechanisms, forms and patterns, IPPT PAN, Warszawa 1997 (in Polish)