Afdeling: Elektromechanica Optie elektrotechniek

Het meten van kruipstromen aan eindaansluitingen tijdens een zoutnevelproef

Eindverhandeling tot het verkrijgen van de graad van Industrieel Ingenieur, aangeboden door: Van der Borght Pieter Promotoren: ir. Van Laere C. ing. De Ridder E. ir. Cardinaels J.

Academiejaar: 2006 – 2007

Katholieke Hogeschool Sint-Lieven

Departement INDUSTRIEEL INGENIEUR Gebroeders Desmetstraat 1, 9000 Gent

Openbaarheidsverklaring Hierbij geven de auteurs van deze masterproef aan het bestuur van het Departement Industrieel ingenieur van KaHo Sint-Lieven de uitdrukkelijke toestemming om dit werk in bruikleen af te staan aan eender welke persoon, organisatie of firma, het ten dienste te stellen van de studenten en het geheel of gedeeltelijk te kopiëren. Datum: 25/05/2007 Van der Borght Pieter

Woord vooraf Om dit eindwerk tot een goed einde te brengen was maandenlange inzet en doorzettingsvermogen vereist. Toch zou dit resultaat nooit tot stand gekomen zijn zonder de hulp van anderen. Daarom een kort woord van dank aan enkele personen. Eerst en vooral wil ik de mensen van het elektrisch labo bij Euromold bedanken voor de antwoorden op al mijn vragen en raadgeving tijdens mijn werkzaamheden aldaar. Daarbij vernoem ik ook de mensen die werken in het eLAB te Erembodegem voor hun gastvrijheid en hulp. In het bijzonder bedank ik mijn externe promotors Dhr. E. De Ridder en Dhr. J. Cardinaels en mijn interne begeleidster Mevr. C. Van Laere voor hun inzet en tijd die ze aan mij hebben besteed, Dhr. J. Coppens voor de uitgebreide toelichting die hij me gaf over het programma LabVIEW en Dhr K. Stul voor zijn hulp bij het uitmeten van de transformatoren. Ik wil ook graag Dr Shesha Jayaram en Dr Ayman Elhag vermelden, voor het delen van hun expertise op het gebied van meten en interpreteren van kruipstromen aan eindaansluitingen. Tenslotte dank ik nog Dhr. F. Ghysens voor de begeleiding bij het verwerken van mijn gegevens. Van der Borght Pieter

Abstract In het elektrisch labo van het bedrijf Euromold te Erembodegem wordt de zoutnevelproef al jaren uitgevoerd als een kwalificatieproef voor eindaansluitingen voor buitenopstelling. Men wou echter de metingen tijdens deze proef uitbreiden. De opdracht bestond erin een literatuurstudie te maken over de kruipstromen en het meten ervan. De volgende stap was het ontwerpen van een meetopstelling voor het meten van de kruipstromen en het uittesten van de opstelling. Met de gegevens verzameld uit een zoutnevelproef wordt dan een correlatieonderzoek uitgevoerd. Er is een meetopstelling gebouwd die de kruipstroom meet waarna er een analyse op de stroom kan plaatsvinden, gestaafd vanuit de literatuurstudie. Uit deze gegevens gebeurt dan een correlatieonderzoek, omdat hier nog meer onderzoek dient te worden uitgevoerd om dergelijke correlatie te kunnen ontdekken. Kernwoorden: Eindaansluitingen, kruipstromen, lage orde harmonischen, meetopstelling voor kruipstromen, correlatieonderzoek.

Inhoudstafel Openbaarheidsverklaring.............................................................................................. 2

Woord vooraf ................................................................................................................ 3

Abstract ........................................................................................................................ 4

Inhoudstafel .................................................................................................................. 5

Inleiding ........................................................................................................................ 8

Hoofdstuk 1 : Euromold ................................................................................................ 9

1.1 Geschiedenis.................................................................................................. 9

1.2 Structuur van het bedrijf ................................................................................. 9

Hoofdstuk 2 : De zoutnevelproef ................................................................................ 10

2.1 Wat is een eindaansluiting ........................................................................... 10

2.2 Verleden en toekomst van de eindaansluiting.............................................. 12

2.2.1 Inrichting voor vochtigheids- en zoutneveltest....................................... 13

2.2.2 Testmethode ......................................................................................... 13

2.2.3 Opbouw van de testcabine.................................................................... 13

Hoofdstuk 3 : Literatuurstudie..................................................................................... 15

3.1 De kruipstroom............................................................................................. 15

3.1.1 Algemene informatie ............................................................................. 15

3.1.1.1 De lekstroom:................................................................................. 16

3.1.1.2 Dry band arcing (Figuur 3.2): ......................................................... 16

3.1.1.3 Corona ontladingsstroom: .............................................................. 17

3.2 Publicaties over labo proeven ...................................................................... 19

3.2.1 Onderzoek op eindaansluitingen (versnelde veroudering)[6]: ............... 19

3.2.2 Onderzoek van de lage orde harmonischen [7],[8]:............................... 19

3.2.2.1 Conclusies: .................................................................................... 21

3.2.3 Lagere orde vermogen harmonischen [9]: ............................................ 22

3.2.3.1 Conclusies uit het artikel: ............................................................... 24

3.2.4 Multiresolutie signaal ontbinding van de kruipstroom[10]:..................... 25

3.2.5 Integratie van de kruipstroom als scheidingstechniek [12]: ................... 26

3.2.6 Nieuwe scheidingstechniek voor de kruipstroom [13]: .......................... 27

3.2.6.1.1 Conclusies: ................................................................................. 29

3.2.7 Variërende versnelde verouderingstest die kustcondities simuleert [14]: 30

3.2.8 methode gebaseerd op een neuraal netwerk om de kruipstroom te voorspellen [15]: .................................................................................................. 31

3.2.9 Een nieuwe techniek om dry band arcing te voorspellen [16]: .............. 32

3.3 Publicaties over externe proefopstellingen................................................... 33

3.3.1 Elektrisch gedrag van eindaansluitingen blootgesteld aan weer en windt [17] 33

3.3.2 Kruipstroompatronen over het oppervlak van eindaansluitingen [18].... 37

3.3.3 Lineaire verhoudingsanalyse van de kruipstroom over eindaansluitingen[19]........................................................................................... 37

3.4 Conclusies uit de literatuurstudie.................................................................. 39

3.4.1 De meetopstelling (stroom naar spanningsomzetting) .......................... 39

3.4.2 De mogelijke elementen die correlatie kunnen weergeven ................... 39

3.4.3 De wijze waarop de stroom (spanning) gemeten wordt ........................ 39

3.4.4 De naverwerking ................................................................................... 39

Hoofdstuk 4 : De meetopstelling................................................................................. 40

4.1 Begin situatie................................................................................................ 40

4.2 De bestaande opstelling............................................................................... 40

4.3 Stroom naar spanningsomzetter .................................................................. 40

4.4 Proefmeetopstelling...................................................................................... 41

4.4.1 Opstelling .............................................................................................. 41

4.4.1.1 Conclusies uit de proefmeetopstelling............................................ 41

4.4.1.2 Alternatief voor de DAQ-kaart ........................................................ 42

4.5 Ontwerp van de meetopstelling.................................................................... 42

4.5.1 De hoogspanningsmeting...................................................................... 43

4.5.2 De scheidingstransformator .................................................................. 44

4.5.3 De beveiliging........................................................................................ 44

4.5.4 Shunt weerstand ................................................................................... 44

4.5.5 De data-acquisitiekaart ......................................................................... 45

4.5.6 De Pc met het programma voor de gegevensverwerking ..................... 48

4.6 Belangrijke meetgegevens ........................................................................... 48

4.6.1 Gebruikte analysetechnieken................................................................ 49

4.6.1.1 Het meten van het aantal pieken boven een bepaalde drempelwaarde: ............................................................................................... 49

4.6.1.2 Het meten van de hoogste waarde per meting: ............................. 49

4.6.1.3 De harmonische inhoud van het signaal: ....................................... 49

4.6.1.4 De vermogen harmonische inhoud: ............................................... 50

4.6.1.5 Andere meettechnieken: ................................................................ 50

4.7 Software programma.................................................................................... 50

4.7.1 Meetsituatie........................................................................................... 50

4.7.1.1 Analyse: ......................................................................................... 51

4.7.2 Beschrijving van het programma [22].................................................... 51

4.7.2.1 Het inlezen van de signalen: .......................................................... 51

4.7.2.1.1 Bewerking op het binnengelezen signaal:................................... 53

4.7.2.1.2 Opslaan van de geanalyseerde data: ......................................... 55

4.7.2.1.3 Opslaan van de tabel “één maal per uur”:................................... 56

4.7.2.1.4 De nabewerking van de opgeslagen data door LabVIEW:.......... 56

4.7.3 Het testen van het programma.............................................................. 56

4.7.3.1 Opslaan van de data in een tabel: ................................................. 57

4.7.3.2 Het leegmaken van de tabel: ......................................................... 57

4.7.4 De bewerking van de bestanden in SQL, Excel en Matlab ................... 57

Hoofdstuk 5 : De meetresultaten ................................................................................ 58

5.1 Meetresultaten uit de proefmeetopstelling.................................................... 58

5.1.1 Metingen ............................................................................................... 58

5.1.2 Spectrum van de golfvormen ................................................................ 59

5.1.2.1 De corona ontladingsstroom: ......................................................... 60

5.2 Resultaten die met de geautomatiseerde meetopstelling............................. 61

5.2.1 Meetresultaten uit de zoutnevelproef .................................................... 63

5.2.2 Spectrum van de capacitieve kruipstroom ............................................ 65

5.2.3 Gegevensverwerking: ........................................................................... 67

Hoofdstuk 6 : Correlatieonderzoek ............................................................................. 69

6.1 Doel.............................................................................................................. 69

6.2 Mogelijkheden .............................................................................................. 69

6.2.1 Visuele inspectie ................................................................................... 69

6.2.2 Meten van de mate van waterafstotendheid.......................................... 70

6.3 Correlatieonderzoek met de proefmeetopstelling......................................... 70

6.3.1 De vochtigheidsproef (van 25 tot 29 oktober 2006)............................... 70

6.3.2 Zoutnevelproef (van 31 oktober tot 19 december 2006) ....................... 71

6.3.2.1 Correlatieonderzoek met de meetresultaten: ................................. 71

6.3.3 Vochtigheidsproef ................................................................................. 72

6.4 Zoutnevelproef van 2 februari tot 14 mei...................................................... 73

6.4.1 Opzet van de zoutnevelproef ................................................................ 73

6.4.2 Problemen met de meting tijdens de zoutnevelproef ............................ 74

6.4.3 Visuele inspectie van de eindaansluitingen na 1000 uur....................... 75

6.4.3.1 Correlatieonderzoek na 1000 uur:.................................................. 77

6.4.4 Visuele inspectie op het einde van de test ............................................ 77

6.5 Correlatieonderzoek na 2500 uur ................................................................. 79

6.5.1 Wat zoeken we?.................................................................................... 79

6.5.2 Wat zijn de verschillende meetwaarden?.............................................. 79

6.5.3 Extra meetwaarde ................................................................................. 79

6.5.4 De harmonische inhoud bekijken (literatuur) ......................................... 80

6.5.5 Voorstelling van de verzamelde meetgegevens.................................... 81

6.5.6 Correlatieonderzoek met de harmonische inhoud................................. 83

6.5.7 Correlatieonderzoek met de maximale waarde van de kruipstroom...... 87

6.5.7.1 Maxima lot 1:.................................................................................. 87

6.5.7.2 Maxima lot 2:.................................................................................. 87

6.5.7.3 Maxima lot 3:.................................................................................. 88

6.5.7.4 Voorstelling alle maxima bij elkaar:................................................ 88

6.5.7.5 Correlatieonderzoek met de maximale waarde:............................. 89

6.5.8 Extra correlatieparameter...................................................................... 89

6.5.8.1 Correlatieonderzoek met de terugkeer van dewaterafstotendheid: 90

6.6 Conclusies uit het correlatieonderzoek......................................................... 90

Besluit......................................................................................................................... 91

Referenties ................................................................................................................. 92 Bibliografie.................................................................................................................. 93 Bijlage 1: Normen over de zoutnevelproef voor eindaansluitingen ............................. 94 Bijlage 2: Datasheet van de stroomwachter ............................................................... 95 Bijlage 3: Meetwaarden test stroomtransfo................................................................. 96 Bijlage 4: Datasheets: vonkbrug en transient voltage supressor ................................ 97 Bijlage 5: Informatie over de data-acquisitie kaart: NI USB 6210 ............................... 98 Bijlage 6: Uitleg over het Nyquist theorema................................................................ 99

Inleiding Het bedrijf Euromold te Erembodegem produceert kabeltoebehoren voor midden- en hoogspanningsnetten. Het bedrijf beschikt over een elektrisch labo waar verschillende onderzoeks- en kwalificatieproeven worden uitgevoerd. Dit eindwerk handelt over het meten van kruipstromen bij eindaansluitingen tijdens een zoutneveltest, waaraan de eindaansluitingen onderworpen worden om na te gaan of ze tijdens hun verwachte levensduur voldoende weerstand bieden aan kruipstromen. Deze kruipstromen zijn het gevolg van de inwerking van vocht, al dan niet in combinatie met vervuiling, op het oppervlak van de eindaansluiting. In eerste instantie wordt een literatuurstudie gemaakt over kruipstromen, het meten ervan en het effect op de isolatiematerialen. Er is daar al heel wat onderzoek naar gedaan dus was het mogelijk voldoende informatie te verzamelen over wat er gebeurt met de lekstroom tijdens een zoutnevelproef en welke metingen relevante informatie opleveren. Een tweede deel van de opdracht was het ontwerpen en uittesten van een meetopstelling voor het meten en registreren van kruipstromen tijdens een dergelijke proef. Er wordt gekozen voor een meetopstelling met een 16 kanaals data-acquisitiekaart in combinatie met een pc, waarmee de signalen bewerkt en geregistreerd worden voor verdere analyse. Met de meetgegevens van de kruipstroom wordt dan de correlatie onderzocht met de effecten van de kruipstroom, om zo inzicht te krijgen in het gedrag van de verschillende eindaansluitingen en zo de producten verder te kunnen verbeteren.

Hoofdstuk 1: Euromold

1.1 Geschiedenis Het bedrijf Euromold, opgericht in 1970, is leidinggevend op het gebied van voorgevormde midden- en hoogspanningstoebehoren. In 1992 ontving het bedrijf het ISO 9001 kwaliteitscertificaat voor de ontwikkeling, productie en verkoop van kabeltoebehoren voor midden- en hoogspanningsnetwerken. Euromold is deel van de Nexans groep (vroeger Alcatel Cable & Components) en werkt samen met de andere Nexans vestigingen in Frankrijk, Italië en Duitsland. Het bedrijf stelt 310 mensen te werk en heeft een omzet van 40 miljoen euro (einde 2006).

1.2 Structuur van het bedrijf Nexans heeft meerdere vestigingen waar kabeltoebehoren geproduceerd worden, maar het R&D team en het elektrisch labo is in Euromold-Erembodegem gelegen. Het elektrisch labo heeft een BELAC accreditatiecertificaat volgens EN ISO / IEC 17025. Hier worden alle hoogspanningstesten uitgevoerd op de geproduceerde kabelaccessoires.

Hoofdstuk 2: De zoutnevelproef De zoutnevelproef is één van de verschillende kwalificatieproeven die op eindaansluitingen uitgevoerd wordt. Het is een versnelde verouderingsproef die onderdeel is van een reeks testen waaraan moet voldaan worden om conform te zijn met de gestelde norm. De proef wordt uitgevoerd in een afgesloten cabine waarin een zoutnevel verstoven wordt. De eindaansluitingen worden daarin geplaatst en onder spanning gezet. De nevel valt dan neer op de eindaansluiting waardoor er stroom over de eindaansluiting vloeit. De eindaansluiting wordt gedurende 1000 uur in de cabine geplaatst en moet de test doorstaan zonder noemenswaardige beschadiging ten gevolge van de effecten tijdens een zoutnevelproef.

2.1 Wat is een eindaansluiting Een eindaansluiting is een deel isolatie dat gebruikt wordt om een veilige aansluiting te maken van een kabeluiteinde naar een verbruiker. Er zijn eindaansluitingen voor binnengebruik (Figuur 2.1) en buitengebruik (Figuur 2.2). Het verschil tussen de twee bestaat erin dat de eindaansluitingen voor buitengebruik uitgewerkt zijn met regenafschermingen om droge zones te creëren zodat ze kunnen weerstaan aan de hoge spanning tijdens regen, mist, zoutwaternevel (in kust gebieden), chemische vervuiling ( industrie gebieden), … . De eindaansluiting moet ook zorgen voor de elektrische veldsturing en het vochtdicht houden van de kabel.

Figuur 2.1: eindaansluiting voor binnengebruik

Figuur 2.2: eindaansluiting voor buitengebruik

In figuur 2.3 wordt een situering gegeven van het gebruik van eindaansluitingen en andere producten die door Euromold gefabriceerd worden.

Figuur 2.3: Situering van het gebruik van eindaansluitingen en andere producten die Euromold verkoopt.

2.2 Verleden en toekomst van de eindaansluiting Oorspronkelijk werden eindaansluitingen gemaakt uit porselein en glas. Deze zijn reeds jarenlang in gebruik en hebben hun betrouwbaarheid bewezen, ook hebben de glazen en porseleinen eindaansluitingen het voordeel dat ze goed bestand zijn tegen temperatuurschokken. Hierdoor is het moeilijk om over te schakelen naar composiet, polymeer of rubberen eindaansluitingen, omdat deze geen garantie bieden dat ze even goed zullen voldoen. De voornaamste voordelen van eindaansluitingen uit composietmaterialen zijn dat ze lichter en schokbestendiger zijn, ze bezitten een waterafstotend oppervlak en ze zijn goedkoper dan porseleinen eindaansluitingen. Deze eigenschappen zijn alom bekend maar de degelijkheid van dit soort materiaal was, en is, nog niet volledig bekend. Dat was dan ook de reden waarom men nog sceptisch was omtrent het gebruik van dit soort eindaansluitingen. Omdat men niet wist hoe lang zo’n eindaansluiting een goede scheiding zou kunnen maken tussen hoogspanning en aarding, is men begonnen met het opzetten van testen om de eindaansluiting versneld te verouderen en zo de degelijkheid ervan te testen voor reëel gebruik. De zoutnevelproef is één van deze proeven. Er zijn nog andere kwalificatieproeven die op de eindaansluiting moeten gebeuren (Zie bijlage 1: Kwalificatieproeven voor eindaansluitingen voor binnen- en buitengebruik). Bij de ontwikkeling van de eindaansluiting is er gezocht naar proeven om de omstandigheden tijdens reëel gebruik versneld te simuleren. In West-Europa is uit de verschillende proeven de zoutnevelproef gekozen om de blootstelling aan regen en mist na te bootsen. Er is ook nog een ander soort test: de tracking wheel test, die vooral in Noord-Amerika gebruikt wordt. Deze heeft hetzelfde doel als de zoutnevelproef, maar hier wordt de eindaansluiting afwisselend blootgesteld aan vocht en droogte, gecombineerd met spanning (zie Figuur 2.4 voor de proefopstelling). Er bestaan nog enkele andere testen: the Ontario hydro wheel test, merry-go-round, the CEA wheel en the rotating spray Solid contaminant test. Ook deze worden vooral in Noord-Amerika toegepast. De kwalificatieproeven voor eindaansluitingen die in West-Europa gebruikt worden, zijn beschreven in IEC 61442 [1]. Deze worden opgelegd door het IEC en worden verder aangevuld in een harmonisatiedocument HD 629.1 S2 [2]. Hierin wordt de volledige beschrijving gegeven van de installatie en de vereisten die eraan gesteld worden. Er is een verschil in het verloop van de proef voor eindaansluitingen voor binnengebruik (vochtigheidsproef) en buitengebruik (zoutnevelproef).

Figuur 2.4: de opstelling voor de tracking wheel test

2.2.1 Inrichting voor vochtigheids- en zoutneveltest

Er wordt gebruik gemaakt van een 1-fasige of 3-fasige wisselspanningsbron met een maximale spanningsafwijking van 5% aan de hoogspanningszijde, bij een kruipstroom van 250 mA tijdens de test. Een vochtigheidstestcabine moet uitgerust zijn met vernevelaars die in staat zijn de water- zoutoplossing te vernevelen met een debiet van 0,4 l per uur, per kubieke meter volume van de testcabine. Tijdens het verloop van de test zal de geleidbaarheid van de vernevelde water- zoutoplossing een conductiviteit hebben van (70 ± 0,1) mS/m voor de vochtigheidsproef bij eindaansluitingen voor binnengebruik en een geleidbaarheid van 1600 mS/m bij eindaansluitingen voor buitengebruik (millisiemens per meter is een uitdrukking voor de elektrische geleidbaarheid van een vloeistof).

2.2.2 Testmethode

De testcabine dient op omgevingstemperatuur (5 tot 35°C) gehouden te worden tijdens het verloop van de proef, de spanning moet 1,25 maal de nominale werkspanning van de eindaansluiting bedragen. De duur van de test bij eindaansluitingen voor binnengebruik bedraagt 300 uur, bij eindaansluitingen voor buitengebruik duurt de test 1000 uur. De eindaansluitingen dienen ook onder dezelfde hoek te worden opgesteld zoals ze later in de praktijk gebruikt zullen worden.

2.2.3 Opbouw van de testcabine

Hier is een principe opstelling van een zoutnevelcabine voorgesteld (Figuur 2.5), hierop zijn alle essentiële componenten voorzien behalve een conductiviteitsmeter voor de water- zoutoplossing.

Figuur 2.5: principe opstelling voor een zoutnevelproef met randapparatuur. 1. persluchttoevoer, 2. regelventiel, 3. zoutwatertank, 4. voedingspomp, 5. mixer om de zoutoplossing mengen, 6. aansluiting naar het aardingsscherm naar de meetapparatuur, 7. hoogspanningsaansluiting

Figuur 2.6: zoutwater tanks waarin de water- zoutoplossing zit.

Figuur 2.7: conductiviteitsmeting.

Figuur 2.8: opstelling eindaansluitingen in de cabine.

Hoofdstuk 3: Literatuurstudie Tijdens de literatuurstudie is gebleken dat men reeds veel onderzoek gedaan heeft in verband met eindaansluitingen en de weerstand tegen kruipstromen. Deze literatuurstudie handelt over het ontstaan en de evolutie van de kruipstromen tijdens een zoutnevelproef en bij proefopstellingen die buiten gebeuren. Bij het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) wordt er regelmatig gepubliceerd in verband met het verbeteren van eindaansluitingen en het testen van nieuwe materialen. Er is ook een werkgroep die werkt rond dit thema [3]. Het toepassen van nieuwe methodes voor het meten en inschatten van de lekstroom worden daar beschreven. Men kan twee verschillende soorten studies “onderscheiden”, deze die handelen over de eindaansluiting tijdens praktisch gebruik buiten, en deze waarin er labotesten worden op uitgevoerd en er in de meeste gevallen een vergelijking wordt gemaakt tussen verschillende eindaansluitingen. In alle publicaties wordt de lekstroom gemeten, omdat de vorm van de kruipstroom zeer karakteristiek blijkt te zijn tijdens de zoutnevelproef en het praktisch gebruik.

3.1 De kruipstroom Dit is de stroom die van de hoogspanningsaansluiting over de eindaansluiting naar de aarding vloeit. Deze stroom kan pas vloeien als er een spanning staat over de eindaansluiting en er een geleidende verontreiniging op het oppervlak voorkomt. In de praktijk ontstaat deze laag doordat er bezoedelingen (stof, chemische afzetting, zout en andere deeltjes die in de lucht hangen) op het oppervlak van de eindaansluiting terecht komen. Als het oppervlak dan nog bevochtigd wordt onder invloed van mist, nevel, condensatie, damp, sneeuw of regen zal er zich een geleidend pad vormen waardoor er stroom kan vloeien die dermate groot kan worden dat het oppervlak van de eindaansluiting er door beschadigd wordt. Dit wil men in de zoutnevelproef nabootsen om zo de weerstand tegen dit soort van belasting te testen.

3.1.1 Algemene informatie

Tijdens de laboproeven wordt in verschillende studies vastgesteld dat er zich fenomenen voordoen op het oppervlak van de eindaansluiting. Er zijn drie fenomenen die plaatsvinden op het oppervlak van de eindaansluiting: de kruipstroom (capacitieve lekstroom), dry band arcing en corona ontlading. Deze worden hier eerst beschreven, daarna wordt de verschillende invulling van de verscheidene publicaties beschreven. KRUIPSTROOM = lekstroom + dry band arcing stroom + corona ontladingsstroom

3.1.1.1 De lekstroom:

De lekstroom betreft de stroom die constant vloeit over het bevochtigde oppervlak van de eindaansluiting, maar niet leidt tot beschadiging ervan. Dit is een capacitieve lekstroom die over het geleidende laagje van de eindaansluiting vloeit. De vorm is te zien in Figuur 3.1.

Figuur 3.1: lekstroom en spanning zijn hier voorgesteld. De stroom ijlt 90° voor op de spanning.

3.1.1.2 Dry band arcing (Figuur 3.2):

Tijdens de zoutnevelproef wordt de eindaansluiting constant blootgesteld aan een grotere bevochtiging waardoor de eindaansluiting plaatselijk zijn waterafstotendheid verliest en er een kruipstroom kan vloeien (1 in de figuur). De stroom zal voor een plaatselijke opwarming zorgen en een verdamping van de waterlaag. Daardoor wordt een droge band (dry band) gevormd (2). Over deze droge band komt een spanning te staan die hoger is dan de doorslagvastheid van het medium waardoor er een boog (arc) gevormd wordt. Deze boog zorgt dan voor een plaatselijke opwarming van het materiaal, wat een beschadiging tot gevolg heeft.

Figuur 3.2: evolutie naar dry band arcing. 1. Het verlies van waterafstotendheid (Figuur 3.5) is al ingetreden en er heeft zich een geleidend pad gevormd van hoogspanning naar de aardingszijde. 2. Deze kruipstroom zorgt voor een opwarming waardoor het water verdampt en er een droge zone gevormd wordt. 3. Over deze droge zone kan een boog ontstaan die het oppervlak beschadigd en de eindaansluiting verouderd.

Het dry band arcing effect kan een volledig geleidend pad van koolstofpartikels vormen over de eindaansluiting. Dit fenomeen wordt tracking genoemd en dit leidt dan tot het falen van de eindaansluiting zoals te zien is in Figuur 3.3.

Figuur 3.3: eindaansluiting voor binnengebruik dat tracking vertoond.

3.1.1.3 Corona ontladingsstroom:

Dit is de stroom die het gevolg is van de corona ontlading die plaatsvinden op het oppervlak van de eindaansluiting. Deze ontladingen zijn erg kort (enkele nanoseconden), bij dry band arcing spreekt men over enkele milliseconden. De corona ontladingsstroom zit dus in een hogere frequentieband, wat in enkele studies toegepast wordt om de stroomcomponenten te splitsen. De vorm van de ontladingsstroom wordt voorgesteld in Figuur 3.4.

Figuur 3.4: corona ontladingsstroom Deze figuur komt uit [13].

Waterafstotendheid:

Dit is een zeer belangrijke eigenschap van siliconenrubber, maar het grote nadeel ervan is dat naarmate de eindaansluiting veroudert (onder invloed van corona ontlading, dry band arcing, UV, enz.) haar waterafstotende eigenschappen verloren gaan. In Figuur 3.5 is een siliconenrubber oppervlak voorgesteld met een waterafstotend deel ( rechts) en een niet-waterafstotend deel (links).

Figuur 3.5: hydrophobic (waterafstotend), hydrophilic (niet waterafstotend)

Het feit dat het siliconenrubber deze eigenschappen kan terug krijgen, maakt van siliconenrubber zo’n goed product om eindaansluitingen uit te vervaardigen. De reden waarom het rubber haar waterafstotende eigenschappen kan terug krijgen ligt in het feit dat er in het siliconenrubber een siliconen vloeistof met een laag moleculair gewicht (LMG) zit. Deze zorgt voor het herstel (Figuur 3.6) omdat de LMG siliconen vloeistof uit het onderliggende volume aan siliconenrubber naar het oppervlak stijgt en zo zorgt voor een terugkeer van de waterafstotendheid, beschreven in [4] en [5].

Figuur 3.6: (a) verlies van waterafstotendheid; (b) herstel van de waterafstotendheid door LMG siliconen vloeistof.

3.2 Publicaties over labo proeven

3.2.1 Onderzoek op eindaansluitingen (versnelde veroudering)[6]:

Dit artikel dateert van 1989 en beschrijft gebruikte technieken die in verdere studies weerlegd worden. Tijdens de proef werd de gemiddelde waarde, pieken boven een bepaalde drempelwaarde (15mA) en de maximale waarde van de kruipstroom gemeten. In de conclusies wordt vermeld dat het gebruik van het tellen van de pieken boven een bepaalde drempelwaarde en het meten van de gemiddelde waarde geen goede aanduiding geeft voor de veroudering van de eindaansluiting.

3.2.2 Onderzoek van de lage orde harmonischen [7],[8]:

Meerdere publicaties bespreken het gebruik van de fundamentele en de lagere orde harmonischen van de kruipstroom, om de veroudering van het gebruikte materiaal te evalueren onder variërende testomstandigheden. De eindaansluitingen worden in een zoutnevelcabine geplaatst, voorzien van een data-acquisitiesysteem met pc. De lekstroom wordt geanalyseerd door een FFT (fast fourier transformatie) uit te voeren. Op de meetresultaten wordt dan een “schuivend gemiddelde” techniek toegepast, een techniek die de waarden uitmiddeld om er een trend in waar te nemen (Vergelijking 1). Voorbeeld van gegevens met en zonder deze techniek vindt men terug in Figuur 3.7.

)1(4600

4600

∑+=

=

=

in

in

YnXi

Vergelijking 1: uitmiddelingstechniek: schuivend gemiddelde.

Figuur 3.7: gemeten lekstroom: (a) zonder uitmiddelingstechniek , (b) met de techniek

Er wordt aangegeven dat het meten van de piekwaarde van de lekstroom onvoldoende is om de veroudering van het materiaal in te schatten, zij geven hier als alternatief het meten van de lagere orde harmonischen, omdat dit een betere indicatie geeft (Figuur 3.8).

Figuur 3.8: voorstelling van de lekstroom in het tijds- en frequentiedomein: (a) licht vervormde golfvorm; (b) sterk vervormde symmetrische golfvorm; (c) sterk vervormde asymmetrische golfvorm.

Het frequentiedomein dat bij elk van deze golfvormen hoort in het tijdsdomein, geeft aan dat de lagere orde harmonische inhoud stijgt bij het optreden van boogverschijnselen op het oppervlak van de eindaansluiting. In Figuur 3.8(a) is een licht vervormde golfvorm voorgesteld, er is bijna geen wijziging in de lagere orde harmonischen. Figuur 3.8(b) toont een sterk vervormde symmetrische golfvorm, die een blijvende boog beschrijft die getrokken wordt gedurende enkele tientallen milliseconden. De kleur van de boog is oranje naar wit gaande, afhankelijk van de piek. De lagere orde harmonischen stijgen hier duidelijk wel door het boogverschijnsel (vooral dan de 3e en de 5e harmonische). In Figuur 3.8(c) wordt een sterk vervormde asymmetrische golfvorm weergegeven.

De kleur van de boog is oranje naar wit gaande, afhankelijk van de piek. De lagere orde harmonischen stijgen hier allemaal door het boogverschijnsel. De eindaansluitingen worden op verschillende wijze getest: in Figuur 3.9 is de kruipstroom in zijn verschillende componenten uitgezet om een correlatie voor de veroudering te vinden.

Figuur 3.9: de fundamentele, 3

e en 5

e harmonische van de lekstroom, de proef duurt 10 uur.

3.2.2.1 Conclusies:

De vroegere manieren om veroudering van eindaansluitingen te onderzoeken gebeurden door middel van het meten van de pieken boven een bepaalde drempel: als de stroom boven die waarde uitging was er sprake van dry band arcing. Dit wordt hier weerlegd. Er zijn hoge stroompieken waargenomen zonder dat er sprake was van dry band arcing. Hier wordt wel aangetoond dat dry band arcing altijd gepaard ging met het stijgen van de lagere orde harmonischen. Tijdens de proeven is vastgesteld dat grafieken met de kruipstroom in functie van de tijd alsook in functie van de lagere orde harmonischen, een correlatie bezitten met de graad van beschadiging van de verschillende eindaansluitingen. Met echt zware degradatie van het oppervlak, dat naar het falen van de eindaansluiting leidt, kan men echter een duidelijke stijging van de fundamentele component en een daling van de harmonische inhoud waarnemen

en vaststellen. Belangrijker is dat een dalende trend van 3e en 5e harmonische wijst op het beginnen van tracking.

3.2.3 Lagere orde vermogen harmonischen [9]:

Deze testmethode is niet gebruikt bij een zoutneveltest maar bij een “inclined plane test”, een test die gebruikt wordt om het materiaal waaruit de eindaansluitingen gemaakt worden, te testen op arcing- en trackingweerstand.

Figuur 3.10: opstelling van de inclined plane test

De proefopstelling bestaat uit twee elektroden waartussen een stuk siliconenrubber geplaatst wordt: tijdens de proef stroomt er water met een bepaalde geleidbaarheid over het teststuk. Het oppervlak wordt blootgesteld aan arcing en uiteindelijk aan tracking, wat dan ook meteen de reden is voor het gebruik van deze proef (Figuur 3.10). Tijdens de test wordt de stroom gemeten en geanalyseerd door een data-acquisitie opstelling in combinatie met een Pc. De gemeten grootheden zijn de vermogen harmonischen en de temperatuur van het oppervlak. Hiervoor werd ook gebruik gemaakt van een infrarood camera (zie Figuur 3.11). Bij het beëindigen van de proef werd de hoeveelheid geërodeerd materiaal gemeten.

Figuur 3.11: temperatuursverdeling over het teststuk. (A) Er is een dry band gevormd; (B) Er is een warme plaats ontstaan door het dry band arcing fenomeen.

Daarna werd naar een correlatie gezocht tussen de temperatuur en de hoeveelheid geërodeerd materiaal en de energie in de 3e harmonische (zie Figuur 3.12).

Figuur 3.12: tabel waarin de 3 gegevens in staan

Om een beter inzicht te krijgen in de relatie tussen temperatuur, vermogen en schade aan het testmateriaal is een lasertoepassing gebruikt. De methode bestaat erin om met een laser (golflengte 818nm) een teststuk op te warmen en dan de geërodeerde massa af te wegen. De geërodeerde massa en de temperatuur worden uitgezet in de grafiek waardoor men een exponentiële functie bekomt (Figuur 3.13). De functie die gevonden wordt, is Vergelijking 2. Dit geeft de relatie aan tussen de temperatuur en de geërodeerde massa bij een bepaalde temperatuur.

TexMassEroded .02.08.107_

−=

Vergelijking 2: exponentiële functie: relatie tussen Eroded mass en Temperatuur.

Figuur 3.13: exponentiële functie die de relatie tussen geërodeerde massa en temperatuur aangeeft.

Figuur 3.14: grafiek met temperatuur (rechts in C°) en vermogen (links in W) van de 3

e harmonische in functie van de tijd.

In Figuur 3.14 is een grafiek weergegeven die de relatie geeft tussen de temperatuur en de 3e vermogen harmonische. Men kan zien dat deze een relatie vertonen tijdens een inclined plane test maar absoluut is deze relatie natuurlijk niet. Bijna alle pieken in de vermogen harmonische inhoud resulteren in een stijging van de oppervlaktetemperatuur, maar niet alle stijgingen in temperatuur kwamen overeen met een stijgende temperatuur.

Daarom is de degradatie van het oppervlak niet enkel afhankelijk van de vermogen harmonische inhoud, maar het kan ook zijn dat deze degradatie er komt door een of andere exotherme reactie.

3.2.3.1 Conclusies uit het artikel:

Simultane meting van het harmonische vermogen en de oppervlaktetemperatuur voor siliconenrubber teststukken onder een inclined plane test hebben geleid tot enkele ondervindingen:

• De degradatie van siliconenrubber als gevolg van dry band arcing kan gedetecteerd worden door een stijging in de 3e vermogen harmonische, die de grootste correlatie met de temperatuur op het oppervlak vertoonde. Bij de fundamentele was er geen gelijkaardige trend waar te nemen.

• Bijna alle pieken in de vermogen harmonischen resulteerden in een stijging van de oppervlaktetemperatuur maar niet alle pieken in de temperatuur komen overeen met een stijging van de harmonischen. Daarom is de degradatie niet enkel afhankelijk van harmonischen, maar een soort van exotherme reactie die de degradatie versnelt.

3.2.4 Multiresolutie signaal ontbinding van de kruipstroom[10]:

Het paper handelt ook over een inclined plane test. De techniek die hier besproken wordt is de wavelet transformatie en de multiresolutie signaal ontbinding. De wavelet transformatie is een flexibele techniek voor de analyse van transiënte en niet stationaire signalen. Het laat een simultane tijds- en frequentiedomeinanalyse van het signaal toe. De wavelet analyse houdt in dat het signaal opgesplitst wordt in een verschoven en geschaalde versie van één enkel prototype; dit noemt men de mother wavelet (voorbeeld golfvorm). Deze kan tot op zekere hoogte vergeleken worden met de Fourier transformatie waarbij de voorbeeld golfvorm de sinus en de cosinus termen zijn, maar hier worden dan andere golfvormen gebruikt en blijft er een relatie met de tijd. Daarom kan men deze techniek gebruiken om het exacte moment te bepalen waarop de eindaansluiting faalt (beschreven in [11]). Het is vooral de Daubechie 4 en de Daubechie 6 mother wavelets die kunnen gebruikt worden in dit geval, omdat ze zeer geschikt zijn voor het identificeren van elke verandering als gevolg van hoge frequenties. In Figuur 3.15 is een voorstelling gegeven van een analyse van een signaal met behulp van de Daubechie 4 voorbeeld golfvorm, met tien niveaus van ontbinding (levels of decomposition), uitgezet als functie van de standaarddeviatie. Op deze manier heeft men hier een inschatting gemaakt van de waterafstotendheid van een isolatiemateriaal. De conclusies hier zijn dat de waterafstotende eigenschappen van het materiaal kunnen ingeschat worden d.m.v. de standaarddeviatie curve, deze kan dus ook gebruikt worden voor online doeleinden om de situatie aan het oppervlak van de eindaansluiting voor buitengebruik in de gaten te houden.

Figuur 3.15: standaarddeviatie uitgezet in functie van het niveau van ontbinding.

3.2.5 Integratie van de kruipstroom als scheidingstechniek [12]:

Bij deze test worden porseleinen eindaansluitingen vergeleken met en zonder siliconenrubber coating, waarbij een volledig andere techniek toegepast wordt om de kruipstroom te bekijken. Hier wordt geen FFT-analyse toegepast maar wel een integratie van de kruipstroom om zo een digitale compensatie uit te voeren op de capacitieve lekstroom (Figuur 3.16). De proefopstelling waarbij deze meting gebeurt heeft tot doel de afhankelijkheid van de kruipstroom te onderzoeken, in functie van de geleidbaarheid van het water, het debiet van het water en de luchtdruk gebruikt om de nevel te maken.

Figuur 3.16: Het principe van de digitale capacitieve lekstroomcompensatie.

Figuur 3.16 toont de verschillende gemeten signalen (a en b) en ook de twee berekende golfvormen worden weergegeven (c en d). De kruipstroom wordt hier gemeten met behulp van een Pc met daarop het programma LabVIEW (grafisch programmeerprogramma) om de nodige berekeningen uit te voeren. Het programma compenseert het capacitieve gedeelte van de lekstroom, dat voorgesteld wordt in Figuur 3.16 (b) naar (c). De golfvorm voorgesteld in Figuur 3.16 (c) wordt dan geïntegreerd, om de lading waaraan het blootgesteld wordt te bepalen. Zo kan men een vergelijking maken tussen de verschillende eindaansluitingen. De conclusies uit de test zijn dat de hoogste lekstroom vloeit bij de hoogste geleidbaarheid van het water, de hoogste druk om de nevel te maken en het hoogste debiet van het water. De resultaten bekomen in het onderzoek zijn vergelijkbaar met gelijkaardige proefopstellingen.

3.2.6 Nieuwe scheidingstechniek voor de kruipstroom [13]:

Hier wordt een nieuwe techniek gebruikt om de kruipstroom te scheiden tijdens een zoutnevelproef: voor de test zijn HTV (High Temperature Vulcanized rubber) en RTV (Room Temperature Vulcanized rubber) eindaansluitingen gebruikt. De zoutneveltest is anders uitgevoerd want de nevel is niet de gehele tijd aanwezig, dit met de bedoeling om de reële omstandigheden beter te benaderen. De nevel wordt gedurende 8 uur aangelegd, met daarna een rustperiode van 16 uur (de spanning blijft over de eindaansluiting staan). De gehele test duurt 1500 uur. Eerst is het verband onderzocht tussen de emissie die plaatsvindt tijdens de ontladingen en het gedrag van de kruipstroom op dat zelfde moment. Op basis van experimentele gedefinieerde ontladingstypes wordt de scheiding van de kruipstroom in zijn componenten uitgevoerd. Één van de componenten is de corona (deel)ontladingsstroom die ook al beschreven werd op pagina 17 alinea 3.1.1.3. Dit effect vindt vooral plaats tussen waterdruppels op het oppervlak. Hierbij wordt de Si-C binding (silicium- koolstof) van het siliconenrubber afgebroken doordat de foton-energie van de corona ontlading groter is dan de bindingsenergie van de Si-C verbinding. Hierdoor kan men de corona ontladingsactiviteit op het waterafstotende oppervlak gebruiken om de isolatiecapaciteit ervan te bepalen. Het andere effect is dry band arcing, dat plaatsvindt over de droge banden op het oppervlak van de eindaansluiting. Dit effect werd ook beschreven op pagina 16 alineanummer 3.1.1.2. De kruipstroom wordt in drie verschillende componenten gesplitst : de lekstroom, de corona (deel) ontladingsstroom en de dry band ontladingsstroom. De kruipstroom wordt gemeten met behulp van een oscilloscoop en de opsplitsing van de kruipstroom gebeurt softwarematig. In Figuur 3.19 wordt de golfvorm van de stroom voorgesteld en men heeft onderzocht welk kleurenpatroon er uitgestraald wordt tijdens welke soort ontlading. In Figuur 3.17 is het spectrum van dry band arcing voorgesteld. De kleur van dit soort ontladingen is zeer specifiek: door de aanwezigheid van NaCl in het water dat verneveld wordt is de kleur geel naar wit gaande en ook heel specifiek komt de NaD sterk voor in het spectrum, doordat het NaCl afgebroken wordt door de ontlading.

Figuur 3.17: spectrum van dry band arcing

Het spectrum van de corona ontladingen bevindt zich meer naar het ultraviolette gebied (Figuur 3.18), deze eigenschappen van de twee verschillende soorten ontladingen worden ook gebruikt om de kruipstroom te scheiden.

Figuur 3.18: spectrum van de corona ontladingen

In Figuur 3.20 is de lichtintensiteit van de NaD lijn voorgesteld. De cijfers die op deze figuur staan komen rechtstreeks overeen met de cijfers in Figuur 3.19.

Figuur 3.19: golfvorm van de stroom.

Figuur 3.20: variatie in de NaD lijn tijdens dezelfde periode als Figuur 3.19.

Verder is in deze proef ook een opsplitsing gemaakt van de drie verschillende stroomcomponenten van de kruipstroom. In Figuur 3.21 toont men een voorstelling van de totale lading van de 3 componenten.

Figuur 3.21: totale ladingsvoorstelling van de verschillende componenten

3.2.6.1.1 Conclusies: De resultaten die in dit paper voorgesteld werden geven aan dat de lekstroom goed kan gesplitst worden door de gebruikte techniek. De proportie waarin de lekstroom, de dry band arc stroom en de corona (deel)ontladingsstroom voorkomen, zijn respectievelijk ongeveer 70%, 20% en 10%. Ook hebben ze gemerkt dat HTV (High Temperature Vulcanized silicone rubber) beter zijn isolerende eigenschappen behoudt in vergelijking met RTV (Room Temperature Vulcanized silicone rubber).

3.2.7 Variërende versnelde verouderingstest die kustcondities simuleert [14]:

De proefopstelling heeft tot doel om de eindaansluiting bloot te stellen aan een variërende belasting die gebaseerd is op reële omstandigheden, met name degene die men terugvindt aan de kusten van Florida. Deze techniek is gebruikt om realistisch en betekenisvol de reële gebruiksomstandigheden na te bootsen, die een samenvoeging zijn van verschillende soorten belastingen. De soorten belastingen die in de proefopstelling gebruikt zijn, zijn ultraviolette-A straling (UVA), regen, warmte, mist en zoutnevel. Dan is er een zomer- en wintercyclus opgesteld die de omstandigheden vertaald naar de mate van belastingen van de verschillende belastingstypes (Tabel 1).

Figuur 3.22: voorstelling van de proefopstelling.

Tabel 1: voorstelling van het belastingsschema.

Voor deze proef is ook een buitenopstelling gebruikt om het verschil te bekijken tussen het gesimuleerde klimaat (labo jaren) en een daadwerkelijke opstelling van de eindaansluitingen buiten, met doel de labo-opstelling te valideren. De ondervinding hier was dat het verschil tussen de binnen- en buitenopgestelde eindaansluitingen gelijklopend was, wat zeker niet kan gezegd worden van een 1000 uur lopende zoutneveltest, omdat dat een versnelde verouderingsproef is. De auteurs concludeerden daaruit dat het zinvoller is een soortgelijke test te gebruiken dan een zoutneveltest om eindaansluitingen te evaluren.

3.2.8 methode gebaseerd op een neuraal netwerk om de kruipstroom te voorspellen [15]:

Er is een neuraal netwerk gebruikt om de kruipstroom te voorspellen bij eindaansluitingen tijdens een zoutnevelproef. De aanpak is gecontroleerd door het testen van verschillende eindaansluitingen in een zoutnevelcabine. Het neurale netwerk werd gebruikt om de stroom na de eerste verouderingsperiode in te schatten. Hiervoor werden enkele verschillende technieken gebruikt. De beste methode was de “feed forward back propagation” methode, de inputs voor het neurale netwerk zijn de helling S ( slope) en de startstroom Is bij het begin van de proef (Figuur 3.23). De uitgang van het netwerk is de stroom op het einde van de eerst verouderingsperiode.

Figuur 3.23: kruipstroom gebruikt in de neurale netwerk methode met aanduiding van de gebruikte parameters.

In Figuur 3.24 is een voorstelling gegeven van de resultaten van de proef, de meetresultaten van de proef rechts en de voorspelde resultaten met het neurale netwerk links.

Figuur 3.24: voorspellingsvoorstelling van het neurale netwerk tegenover de reële stroom.

3.2.9 Een nieuwe techniek om dry band arcing te voorspellen [16]:

In deze studie is “time series modeling” gebruikt om het begin van dry band arcing te detecteren tijdens een zoutnevelproef. De kruipstroom die naar dry band arcing leidt is één van de voornaamste oorzaken van beschadiging van niet-keramische eindaansluitingen, daarom werd hier naar een techniek gezocht om het moment te voorspellen waarop dry band arcing intreedt. Dit gebeurde met behulp van de 3e harmonische om de reeds eerder beschreven reden van de correlatie met dry band arcing.

Vergelijking 3: formule voor de gebruikte autocorrelatie functie.

Er wordt een autocorrelatie functie (ACF) gebruikt (Vergelijking 3). Dit is een methode die een correlatiecoëfficiënt toekent aan de opeenvolgende meetwaarden Y1,Y2,….., Yn op tijdstippen (X1,X2,…., Xn). Deze functie geeft een coëfficiënt aan elke meetwaarde met relatie naar de volgende meetwaarde en alle andere meetwaarden waarop de ACF wordt gebruikt. In deze studie gaat het om een periode van 120 min waarover de functie loopt. In Figuur 3.25 is de ACF voorgesteld van de eerste twee uur van de test. Hier ziet men nog geen enkele correlatie in de 3e harmonische van de lekstroom, maar in Figuur 3.26 is de ACF voorgesteld na 18 uur en hier ziet men duidelijk dat er zich een correlatie voordoet die gepaard gaat met het visueel waarnemen van de boogverschijnselen. Hieruit kan men dus besluiten dat met behulp van de ACF van de 3e harmonische het begin van dry band arcing kan voorspeld worden.

Figuur 3.25: Autocorrelatie functie van de 3

e harmonische, gedurende de eerste 2 uur van de

test.

Figuur 3.26: Autocorrelatie functie van de 3

e harmonische, 18 uur na de start van de test

3.3 Publicaties over externe proefopstellingen De opstelling wordt buiten geïnstalleerd, waar men de kruipstroom over de eindaansluiting kan opmeten en de weersomstandigheden ter plaatse in de gaten kan houden. Op de testsites plaatst men enkele verschillende eindaansluitingen die dan vergeleken worden, zodat een inschatting kan gemaakt worden in verband met de materiaaleigenschappen. Verder worden hier enkele studies beschreven die handelen over flashover prediction (het voorspellen van een doorslag van de eindaansluiting). Doorslag van een isolator leidt tot een kortsluiting, wat dus een tijdelijke panne met zich meebrengt in het geval van elektriciteitsvoorziening. Daarom zijn er technieken die deze doorslag proberen te voorspellen zodat er genoeg tijd gecreëerd wordt om de isolator te reinigen, om zo de energiekwaliteit (power quality) te laten stijgen.

3.3.1 Elektrisch gedrag van eindaansluitingen blootgesteld aan weer en windt [17]

Voor de proefopstelling worden nieuwe en “vervuilde” eindaansluitingen gebruikt, waarbij men de kruipstroom én de weergegevens meet op de testsite. Zo kan men het gedrag van eindaansluitingen beter nagaan, met de bedoeling in de toekomst betere opstellingen te kunnen bouwen en een betere energiekwaliteit te realiseren. De eindaansluiting gaat stuk wanneer er vervuiling vanuit de lucht neervalt op het oppervlak, dat dan op zijn beurt geleidend wordt door dauw, mist of regen. Door dit proces daalt de weerstand waardoor er een kruipstroom begint te vloeien. Wanneer er dan geen onderhoud of natuurlijke schoonmaak plaatsvindt (door hevige regen wordt de vervuiling namelijk weggespoeld), kan deze situatie escaleren tot een overstroom in de vorm van een doorslag. Dit leidt tot een stroomonderbreking omdat de beveiliging de lijn uitschakelt, wat natuurlijk vermeden moet worden. Dit is de reden van dit experimenteel onderzoek. In Figuur 3.27 is de RMS-waarde voorgesteld van de kruipstroom van de vervuilde en van de propere eindaansluitingen. Zo kan een voorstelling gemaakt worden om het verschil tussen de twee duidelijk te maken.

Figuur 3.27: voorstelling van de stroom (proper en vervuild) en de luchtvochtigheid.

Figuur 3.28 toont de principe meetopstelling voor de kruipstroom over de eindaansluitingen, de stroom wordt hier gemeten met stroomomzetters (current transducers). De spanning wordt naar een meetbaar niveau gebracht d.m.v. een transformator.

Figuur 3.28: opstelling meetapparatuur.

De opbouw van het analoge naar het digitale circuit gebeurt zoals voorgesteld in Figuur 3.29.

Figuur 3.29: voorstelling van de filteropstelling.

De kruipstroom wordt gefilterd om er 3 verschillende componenten uit te halen: eerst de frequenties beneden de 780Hz (omdat uit vorige studies gebleken is dat er zich hier een sterke stijging voordoet tijdens het transiënt gedrag van de kruipstroom). Daarna werd ook deze component nog eens gemeten maar dan zonder de dominante 60Hz component, als laatste de stroomcomponent tussen 2kHz en 10kHz. Alhoewel er minder energie in aanwezig is, werd er toch nog heel wat activiteit gevonden in deze frequentieband. Het datalogging toestel dat de stroom analyseert bestaat uit een real-time analyseprogramma dat op elk van de drie uitgangen een bepaalde bewerking uitvoert: een FFT-analyse, een RMS-berekening en een energiemeting.

In Figuur 3.30 wordt de kruipstroom voorgesteld die vloeit bij lage luchtvochtigheid, wanneer de stroom van de vervuilde en de propere eindaansluitingen gelijklopend is en van capacitieve aard.

Figuur 3.30: voorstelling kruipstroom onder lage luchtvochtigheid en spanning

In Figuur 3.31a is de kruipstroom voorgesteld die vloeit over een propere eindaansluiting tijdens een periode van hoge luchtvochtigheid. Deze kruipstroom is nog steeds laag en capacitief van aard. In Figuur 3.31b is de kruipstroom voorgesteld die vloeit over een vervuilde eindaansluiting tijdens een periode van hoge luchtvochtigheid. Deze stroom is resistief en veel hoger dan deze over de propere eindaansluitingen. In Figuur 3.31c is het frequentiespectrum weergegeven van de kruipstroom op het moment dat er dry band arcing aan de gang is, waar men duidelijk ziet dat er een vervorming is in de lagere orde harmonischen zoals ook aangegeven in [7].

Figuur 3.31: a) kruipstroom over de propere eindaansluiting, b) kruipstroom over de vervuilde eindaansluiting, c) frequentiespectrum tijdens dry band arcing

3.3.2 Kruipstroompatronen over het oppervlak van eindaansluitingen [18]

De bedoeling van deze paper is het meten van de kruipstroom over eindaansluitingen tijdens een zoutneveltest. Er is een niet lineair gedrag van de kruipstroom vastgesteld. De reden hiervoor is onderzocht en dan werd er bijkomend nog een neuraal netwerk getraind om de kruipstroompatronen te herkennen en ook hun harmonische inhoud te schatten. Hiervoor werden enkele specifiek voorkomende vormen genomen (Figuur 3.32).

Figuur 3.32: voorstelling van de gekozen typische golfvormen.

In het begin van de test was de stroom capacitief (Figuur 3.32.a): als de waterafstotendheid afneemt stijgt de stroom en evolueert de stroom naar (Figuur 3.32.b en c). Als er dan ontladingen zichtbaar waren dan was de golfvorm niet lineair maar volgens Figuur 3.32. Dan werd de harmonische inhoud van de verschillende golfvormen bepaald. Met deze golfvormen is dan een neuraal netwerk getraind, met de bedoeling een inschatting te kunnen maken van wat er gebeurt op het oppervlak van de eindaansluiting. Het neuraal netwerk maakt ook nog een inschatting van de harmonische inhoud (van de kruipstroom). Als resultaat kan zo’n getraind neuraal netwerk gebruikt worden om aan te geven dat de eindaansluiting dient gewassen te worden om doorslag te vermijden en zo de power quality te verbeteren.

3.3.3 Lineaire verhoudingsanalyse van de kruipstroom over eindaansluitingen[19]

Het opzet van deze studie is het uitvoeren van doorslagtests op eindaansluitingen in een zoutnevelcabine, om zo een techniek te ontwikkelen die toepasbaar is op eindaansluitingen voor buitengebruik. Het is een techniek die de doorslag van de eindaansluiting moet voorspellen zodat er tijdig kan ingegrepen worden waardoor er geen doorslag plaatsvindt en dus geen spanningsuitval is. Tijdens de doorslagtest wordt de lekstroom gedigitaliseerd, deze waarden worden dan omgerekend naar een kruipstroom enveloppe (leakage current envelope). De enveloppen worden per minuut berekend. Deze berekening kan gebeuren d.m.v. een Hilbert transformatie [20]. De voorstelling van de lekstroom gecombineerd met de enveloppe is voorgesteld in Figuur 3.33.

Figuur 3.33: Hilbert transformatie kruipstroom en enveloppe

Nu wordt het aantal keer geteld dat de enveloppe (de omhullende in Figuur 3.33) een bepaalde grenswaarde overschrijdt, alsook de tijd die het boven de grenswaarde blijft. In Figuur 3.34a wordt de probability density function (pdf) voorgesteld in functie van de grootte van de waarden in de enveloppe (1 minuut lang). Er worden twee grafieken getekend. De stippellijn is er een die niet naar doorslag gaat, een volle lijn gaat wel naar doorslag evolueren. Hierdoor heeft men experimenteel vastgesteld dat 92 mA een grenswaarde is voor doorslagvoorspelling (tijdens een zoutneveltest). In Figuur 3.34b toont men de level crossing activity van een enveloppe. Dit is de tijd dat hij een bepaalde waarde overschrijdt, voorgesteld in functie van de tijd (rekening houdend dat er elke minuut een enveloppe bepaald wordt). Hier is 92mA als drempelwaarde vastgesteld en een tijd van minimum 100ms boven deze waarde om naar doorslag te evolueren.

Figuur 3.34: a) dit is de voorstelling van één enveloppe en de voorstelling van de probability density function (pdf) in functie van de grootte van de stroom. b) voorstelling level crossing activity van de enveloppe uitgezet in de tijd

3.4 Conclusies uit de literatuurstudie Hierin worden de verschillende soorten technieken samengevat als aanloop naar het volgende hoofdstuk waarin alles verder zal uitgewerkt worden.

3.4.1 De meetopstelling (stroom naar spanningsomzetting)

Stroomomvormer (current transducer)

Shunt weerstand

3.4.2 De mogelijke elementen die correlatie kunnen weergeven

1. Pieken boven een bepaalde drempelwaarde: Deze techniek wordt/werd toegepast maar wordt in meerdere studies weerlegd als onbetrouwbaar.

2. Piekwaarden bijhouden om de hevigheid van de ontladingen in te schatten.

3. Integratie van de kruipstroom om de totale lading die zich verplaatst over het oppervlak te bepalen, om zo een idee te krijgen van de hevigheid van de activiteit op het oppervlak en zo de beschadiging in te schatten.

4. Integratie van de kruipstroom maar dan gecombineerd met een scheiding van de lekstroom in drie stukken (lekstroom,corona ontladingen en dry band arcing), gecombineerd met een meting van de straling uitgezonden door de ontladingen om zo een inschatting te maken van wat er gaande is op het oppervlak van de eindaansluiting. Zo komt men ook tot een totale lading, maar dan opgesplitst in de drie onderdelen.

5. Lagere orde harmonischen: deze worden gemeten omdat het frequentiedomein wijzigt als er dry band arcing optreedt, en dit zou de voornaamste vorm van beschadiging zijn.

6. Lager orde vermogen harmonischen: deze worden gebruikt om de vermogeninhoud van de dry band arcing stroomcomponent in te schatten. Hij wordt ook in verband gebracht met de temperatuursverandering en dit beschadigt het oppervlak.

7. Wavelet transformaties: dit is een techniek om snel veranderende signalen uit een trager signaal te halen.

8. Enveloppe omzetting: dit wordt uitgetest voor gebruik bij doorslagvoorspelling voor eindaansluitingen.

3.4.3 De wijze waarop de stroom (spanning) gemeten wordt

Hier worden verschillende technieken gebruikt:

Een oscilloscoop al dan niet gecombineerd met een pc; deze opstelling wordt meestal gebruikt voor de kortere proeven.

Pc-gebaseerd: hier wordt gebruik gemaakt van een analoog - naar digitaal omzetter.

Als softwareprogramma voor de Pc wordt vaak LabVIEWTM gebruikt.

3.4.4 De naverwerking

De “schuivend gemiddelde” techniek

Auto correlatiefunctie

Hoofdstuk 4: De meetopstelling Hier gaat het concreet over de manier die gebruikt werd om de meetopstelling op te bouwen. Er volgt een bespreking van de verschillende elementen van de opstelling en de mogelijke alternatieven die er waren, en de verklaring waarom juist deze opstelling gekozen is. De meetopstelling gaat van een analoog signaal naar het opslaan van de verschillende componenten van de kruipstroom die van belang zijn.

4.1 Begin situatie Één van de opdrachten was het bouwen van een meetopstelling voor het meten van de kruipstroom over de eindaansluiting (de beschrijving van de zoutnevelproef vindt men terug in Hoofdstuk 2). Hier volgt een bespreking van de verschillende onderdelen van de meetopstelling.

4.2 De bestaande opstelling De opstelling bestond uit een scheidingstransformator (omwille van de hoogspanning) en een stroomwachter (bijlage 2) in de secundaire hiervan om de stroom te meten. Als de kruipstroom langer dan 1 seconde de 250 mA overschrijdt zal hij de spanning afschakelen d.m.v. een relais (Figuur 4.1). Dit is een verplichte meting die vanuit de normering wordt meegegeven.

Figuur 4.1: meetopstelling, kruipstroom

4.3 Stroom naar spanningsomzetter Hier zijn twee mogelijkheden voor onderzocht: De shunt weerstand wordt in alle andere papers gebruikt, in één andere studie wordt een stroomomvormer (current transducer) gebruikt (in [17]). Na overweging werd gekozen voor een shunt weerstand, omdat dit de betrouwbaarste meting en tevens een directe meting geeft.

4.4 Proefmeetopstelling

4.4.1 Opstelling

Als eerste wordt een weerstand in serie geplaatst met de secundaire van de scheidingstransformator om de kruipstroom te meten (zie Figuur 4.2 en Figuur 4.3), om te zien of wat er gemeten wordt verschillen of gelijkenissen vertoont met wat er in de literatuur beschreven wordt. Deze metingen gebeurden met een digitale oscilloscoop (flukeview 192).

Figuur 4.2: principe meetopstelling

Figuur 4.3: foto van de praktische uitvoering van de meetopstelling.

4.4.1.1 Conclusies uit de proefmeetopstelling

Een eerste conclusie die wordt vastgesteld, is dat de gemeten waarden in goede overeenstemming zijn met wat in de literatuur teruggevonden wordt, wat er op wijst dat de meetmethode en opstelling de juiste manier van werken is. Ten tweede wordt er vastgesteld wat de stroom-/spanningsniveaus zijn die gemeten moeten worden en welk frequentiegebied van belang is bij de meting (dit is belangrijk voor de keuze van de data acquisitiekaart (DAQ-kaart)).

4.4.1.2 Alternatief voor de DAQ-kaart

In plaats van een DAQ-kaart kan men de geluidskaart van een computer gebruiken (dit is in principe hetzelfde als een DAQ-kaart). Dit werd dan ook eerst uitgetest. Hieruit bleek dat er op het eerste zicht geen probleem was, was het niet dat er maar twee ingangen zijn (stereo geluidskaart) en dat de implementatie in de software geen performante gegevensdoorvoer opleverden.

4.5 Ontwerp van de meetopstelling De opbouw van de meetopstelling:

Meten van de hoogspanning (4.5.1)

Scheidingstransformator (4.5.2)

Beveiliging (4.5.3)

Shunt weerstand (4.5.4)

De DAQ-kaart (4.5.5)

Pc met programma voor de gegevensverwerking (4.5.6)

Figuur 4.4: meetopstelling.

De beschrijving van de praktische realisatie: de kruipstroom wordt vanaf de secundaire van de stroomtransformatoren (ondergebracht in twee aparte kasten 4 stroomtransformatoren per kast) naar de meetkast gebracht. In deze meetkast bevindt zich dan de beveiliging, de shunt weerstand en de DAQ-kaart, en een gedeelte met een BNC-overgang voor de spanningsmeting. In Figuur 4.5 ziet u de meetopstelling met de verschillende onderdelen.

Figuur 4.5: meetkast van de geautomatiseerde meetopstelling.

4.5.1 De hoogspanningsmeting

Dit gebeurt met behulp van een capacitieve spanningsdeler, de spanning wordt aan de hoogspanningstransformator afgetakt en aangebracht aan een hoogspannings(gas)condensator (van C1=??) en de tweede condensator is er één van C2=?? waardoor er een spanningsdeling ontstaat van:

=+

= VinZZ

ZVuit .

21

1

Vergelijking 4: bepaling uitgangsspanning capacitieve spanningsdeler.

Figuur 4.6: voorstelling spanningsmeting met capacitieve spanningsdeler van 15kV naar 1,5V.

4.5.2 De scheidingstransformator

De scheidingstransformator is een stroomtransformator met een verhouding van 1:1. De transformator werd getest om te controleren of hij de hoge frequentie en lage stromen nog correct doorlaat (het is een klasse 1 transformator). De test werd uitgevoerd met een secundaire weerstand van 5 Ω (zoals bij de meetopstelling). De amplitude en faseafwijking zijn zeer betrouwbaar tot hoge frequenties (30kHz, getest in het labo, zie bijlage 3), wat zeker volstaat want de hoogste frequenties vermeld in de literatuur zijn 10kHz.

Figuur 4.7: opstelling voor het uitmeten van de stroomtransformator.

4.5.3 De beveiliging

De beveiliging voor de DAQ-kaart bestaat uit een vonkbrug (doorslagspanning 90V) (bijlage 4), een 10kΩ weerstand en een transiënte spanningsonderdrukker (doorslag spanning 6,8V) (bijlage 4). De maximale spanning aan de ingang van de DAQ-kaart is ± 30V.

4.5.4 Shunt weerstand

De keuze voor de weerstand wordt volledig bepaald door het vermogen van de scheidingstransformator. Dat is 5VA en de maximumstroom in de secundaire is 1A (gegeven in de norm), dus:

Ω=== 5)²1/(5)²/( AVAISR

Vergelijking 5: weerstandswaarde bepalen

Deze weerstandswaarde is uitgevoerd als een parallelcombinatie van 1% weerstanden 10x51 en 2x510 ohm (12x0,5W=6W). Dit is nodig om het vermogen van 5W te disiperen als de maximumstroom van 1A vloeit.

4.5.5 De data-acquisitiekaart

De data-acquisitiekaart is in een analoog naar digitaal omzetter, gemaakt om makkelijk met een computer te communiceren. Het zorgt voor de omzetting van het analoge spanningssignaal (kruipstroom) naar het digitaal signaal waar de computer mee kan werken. Men moet enkele overwegingen maken: het soort kaart, het aantal meetkanalen en het ingangsspanningsniveau, de benodigde sample frequentie en de resolutie van de A/D omzetter. Er bestaan kaarten die in de computer zitten (PCI en PXI) en kaarten die via USB aangesloten worden. Deze laatste werd gekozen omdat deze multifunctioneel en minder duur is en toch dezelfde mogelijkheden bezit. De maximale ingangsspanning voor de analoge ingang zal niet hoger zijn dan 150mA x 5 Ω =750mV. Er zijn 9 analoge ingangen nodig: 8 voor het meten van de kruipstroom (de meetopstelling bij Euromold beschikt over 8 meetkanalen) en 1 voor het meten van de spanning. De keuze is gevallen op een kaart van National Instruments (NI). Dit bedrijf heeft ook een softwarepakket beschikbaar, LabVIEW genaamd. De reden voor deze keuze is de compatibiliteit van het systeem te verzekeren en zo de goede continue werking gedurende 1000 uur te bekomen. Er is gekozen voor de NI USB-6210 (bijlage 5): dit is een DAQ-kaart met 16 analoge ingangen als er Referenced Single Ended of Nonreferenced Single-Ended gemeten wordt en 8 analoge ingangen als er differentieel gemeten wordt (Figuur 4.8).

Figuur 4.8: voorstelling van de meetwijzen.

In Figuur 4.8 zijn de verschillende aansluitingswijzen voorgesteld. Differentiële metingen worden niet gebruikt omdat er 9 ingangen nodig zijn en er voor een differentiële meting 2 ingangen per kanaal nodig zijn. Dan is er Referenced Single-Ended: deze methode wordt gebruikt voor een niet geaarde signaalbron, de secundaire van de stroomtransformatoren zijn hier niet geaard. Daarom wordt de analoge ground (AIGND) aangesloten aan de secundaire om Referenced Single-Ended te kunnen meten. Er is ook nog Nonreferenced Single-Ended: deze techniek wordt gebruikt als de signaalbron geaard is, wat het geval is bij de capacitieve spanningsdeler waarmee de spanning gemeten wordt. Bij de spanningsmeting is de signaalbron geaard dus wordt hier NRSE gemeten. De maximale meetbare ingangspanning van de DAQ-kaart is ± 10V en de maximale sample frequentie bedraagt 250kS/s (dit definieert het aantal samples per seconde dat er genomen wordt van een continu signaal om er een discreet signaal van te maken). Het principe van sampling wordt voorgesteld in Figuur 4.9. Hier is ook het theorema van Nyquist van belang dat zegt wanneer een analoog signaal naar een tijddiscreet signaal wordt geconverteerd. De bemonsteringsfrequentie moet minstens tweemaal zo hoog zijn als de hoogste in het signaal aanwezige frequentie om het origineel zonder fouten te kunnen reproduceren. De helft van de bemonsteringsfrequentie heet de Nyquist-frequentie (zie bijlage 6). De maximale sample frequentie van de NI USB-6210 is 250kS/s. Dit slaat op alle kanalen samen dus als er op 9 kanalen gemeten wordt is de maximale sample frequentie gegeven in Vergelijking 6.

77.277779

/250max ==

skSuentiesamplefreq

Vergelijking 6: maximale sample frequentie

Figuur 4.9: voorbeeld sample frequentie

De analoog naar digitaal omzetter heeft een resolutie van 16 bits. Dit betekent dat het signaal omgezet wordt in een 16 bits digitaal signaal (Figuur 4.10). In deze figuur wordt een vergelijking gemaakt tussen een 3 bits resolutie A/D omzetter en een A/D omzetter met 16 bits resolutie, om duidelijk te maken wat het verschil is met een veranderende resolutie.

Figuur 4.10: voorbeeld resolutie 3 bit t.o.v. 16 bit

4.5.6 De Pc met het programma voor de gegevensverwerking

De USB data-acquisitiekaart moet natuurlijk verbonden worden met een Pc om er gebruik van te kunnen maken en de Pc moet over de nodige software beschikken om deze applicatie te kunnen toepassen. Één van de mogelijke programma’s is LabVIEWTM van het bedrijf National instruments, die om de eerder genoemde reden van compatibiliteit hier gebruikt wordt. Er werd gebruik gemaakt van een handleiding om te programmeren in LabVIEW [21].

4.6 Belangrijke meetgegevens Hier handelt het over de elementen uit de kruipstroom die van belang zouden kunnen zijn om een correlatie te ontdekken, dit tussen de verschillende eindaansluitingen die onderworpen worden aan een zoutnevelproef. Op het einde van Hoofdstuk 3 in alinea 3.4 op pagina 39 vindt men de verschillende elementen terug die in eerdere studies gebruikt zijn om een correlatie aan te geven.

1. Pieken boven een bepaalde drempelwaarde: Deze techniek wordt/werd toegepast maar wordt in meerdere studies weerlegd als onbetrouwbaar.

2. Piekwaarden bijhouden om de hevigheid van de ontladingen in te schatten.

3. Integratie van de kruipstroom om de totale lading die zich verplaatst over het oppervlak te bepalen, om zo een idee te krijgen van de hevigheid van de activiteit op het oppervlak en zo de beschadiging in te schatten.

4. Integratie van de kruipstroom maar dan gecombineerd met een scheiding van de lekstroom in drie stukken (lekstroom,corona ontladingen en dry band arcing), gecombineerd met een meting van de straling uitgezonden door de ontladingen om zo een inschatting te maken van wat er gaande is op het oppervlak van de eindaansluiting. Zo komt men ook tot een totale lading, maar dan opgesplitst in de drie onderdelen.

5. Lagere orde harmonischen: deze worden gemeten omdat het frequentiedomein wijzigt als er dry band arcing optreedt, en dit zou de voornaamste vorm van beschadiging zijn.

6. Lager orde vermogen harmonischen: deze worden gebruikt om de vermogeninhoud van de dry band arcing stroomcomponent in te schatten. Hij wordt ook in verband gebracht met de temperatuursverandering en dit beschadigt het oppervlak.

7. Wavelet transformaties: dit is een techniek om snel veranderende signalen uit een trager signaal te halen.

8. Enveloppe omzetting: dit wordt uitgetest voor gebruik bij doorslagvoorspelling voor eindaansluitingen.

Het komt er nu op aan een selectie te maken uit deze acht mogelijkheden en er degene uit te halen die het best zal werken in de situatie die hier voorgesteld wordt: een meetopstelling met DAQ-kaart plus een computer met software voor de verwerking. Er gebeurt hier geen meting van de ontladingen (met behulp van een camera) op het oppervlak van de eindaansluitingen. Daardoor valt al één van de meetmethodes weg (4) die gebruik maakt van deze meting.

Het gebruik van wavelet transformaties is in de welbepaalde studie [10] gebruikt om een snelle verandering te detecteren in het kruipstroomsignaal. Deze techniek (7) kan niet toegepast worden omdat hier een te trage sample frequentie gebruikt wordt. De enveloppe omzettingstechniek is gebaseerd op het omzetten van het snel veranderende signaal in een enveloppe waarvan men de parameters kan meten die besproken zijn in 3.3.3 pagina 37. Deze techniek wordt in de studie gebruikt om een “kort” (1 tot 3 uur) durende doorslagtest te bekijken, daarom is deze minder bruikbaar voor een 1000 uren durende test (8). Het gebruik van de integratietechniek met de bepaling van de totale lading (3) leek niet zo nuttig als de meting van de harmonische inhoud en omdat deze moeilijk te combineren zijn werd gekozen voor een combinatie van meettechniek (1), (2), (5) en (6).

4.6.1 Gebruikte analysetechnieken

De analysetechnieken die gebruikt worden in het programma zijn: het aantal pieken dat boven een bepaalde waarde gaat, de maximale waarde van de kruipstroom tijdens één meetperiode, de harmonische inhoud van het signaal en de vermogen harmonische inhoud. Er zijn ook nog enkele andere meetmethodes getest om tot deze opstelling te komen maar deze worden na deze alinea beschreven.

4.6.1.1 Het meten van het aantal pieken boven een bepaalde drempelwaarde:

Over deze meting wordt in de literatuur gezegd dat ze een verkeerde weergave kan geven van de situatie, “er komen hoge stroompieken voor zonder dat er op het oppervlak sprake is van ontladingen” [7]. Dit wil echter niet zeggen dat deze techniek volledig onbruikbaar is want in het proefstadium waar deze meetopstelling zich in bevindt kan het handig zijn om een tweede controle te hebben op wat er in de studies beschreven wordt. Daarom is deze meting hier toegepast om als dubbele controle voor de meting van de harmonische inhoud te fungeren. Dit gebeurt als volgt: als er ontladingen zijn op het oppervlak dan zou er volgens de studies een stijging in de harmonische inhoud zichtbaar moeten zijn, maar door het gebrek aan ervaring kan deze meting de bevestiging geven dat er inderdaad hoge stroompieken waren op het moment van de stijging in harmonische inhoud.

4.6.1.2 Het meten van de hoogste waarde per meting:

Het meten van de hoogste waarde gebeurt net zoals de vorige meting in eerder oude studies. Hier werd het gebruikt als één van de mogelijke correlatie parameters. Ook al wordt deze manier in de literatuur weerlegd, werd het hier toch gebruikt omdat de hoogste waarde toch iets zou moeten zeggen over de hevigheid van de ontladingen op het oppervlak.

4.6.1.3 De harmonische inhoud van het signaal:

Dit is een techniek die in meerdere studies wordt toegepast. Volgens deze studies ziet men de lagere orde harmonische stijgen wanneer er dry band arcing ontladingen plaatsvinden, daarom wordt deze parameter ook gemeten om een correlatie aan te geven.

4.6.1.4 De vermogen harmonische inhoud:

Het meten van de vermogen harmonische inhoud is toegepast in [9] en werd hier toegepast bij een inclined plane test. Het leek nuttig om deze meting ook uit te voeren omdat er in de studie een goed correlatieonderzoek werd mee uitgevoerd, en om te onderzoeken of het bij een zoutnevelproef ook werkt.

4.6.1.5 Andere meettechnieken:

De scheidingstechniek die gebruik maakt van het filteren van het kruipstroomsignaal boven de 2kHz werd ook uitgeprobeerd (ervan uitgaande dat de stroom die daar vloeit het gevolg is van corona ontladingen), maar dit bleef zonder resultaat. Het signaal wordt hier gefilterd door een digitale filter (deze zitten als blok in LabVIEW), net zoals die in één van de studies werd gebruikt. Het resultaat was echter teleurstellend, waardoor deze techniek niet langer van toepassing was. De resultaten konden niet vergeleken worden met wat er was beschreven.

4.7 Software programma Hiervoor is de grafische programmeertaal LabVIEW gebruikt, die veel toegepast wordt voor data-acquisitie doeleinden. Het programma heeft namelijk ingebouwde functies die alle nodige bewerkingen kunnen uitvoeren zoals: de harmonische inhoud (Fast Fourier Transformatie) en vermogen harmonische inhoud (Power spectral density) berekenen, alsook een teller voor pieken boven een bepaalde drempelwaarde en het opslaan van de meetwaarden.

4.7.1 Meetsituatie

In Figuur 4.11 is de flow chart van de bewerkingen voorgesteld die in het LabVIEW programma moet uitgevoerd worden.

Figuur 4.11: flow chart van het LabVIEW programma.

4.7.1.1 Analyse:

De kruipstroom die over de eindaansluiting vloeit en de hoogspanning die over de eindaansluiting staat moeten gemeten worden. Hiervoor wordt een shunt weerstand gebruikt. Deze worden gemeten met een data-acquisitiekaart die via USB met de computer verbonden is. In LabVIEW zijn de nodige drivers reeds aanwezig (omdat beide van dezelfde producent zijn). Er moeten dus 9 analoge ingangen ingelezen worden, de wijze van inlezing wordt beschreven op pagina 45 in alinea 4.5.5. Nu moet het kruipstroomsignaal geanalyseerd worden. Dit houdt in: RMS-waarde van het signaal, een FFT-transformatie, het tellen van de pieken boven 2 drempels, een PSD-bepaling, het meten van de maximale en minimale waarde van het signaal. Van de spanning wordt enkel de RMS-waarde bepaald. Al deze meetwaarden worden één maal per uur opgeslagen, dit om te garanderen dat er geen gegevens verloren gaan. Dit is nodig aangezien de test 1000 uur duurt en er waarschijnlijk onverwachte situaties zullen optreden (spanningsuitval, fout in het programma, ...). Opbouw gebruikers interface:

Een grafiek die de kruipstroom en de spanning voorstelt (uitgang)

De RMS-waarden van de kruipstroom en spanning (uitgang)

Het aantal metingen dat uitgevoerd zijn (uitgang)

Drempelwaarden voor de pieken telling (ingang)

Soort test: zoutnevel- of vochtigheidstest (ingang)

Een knop om de meetresultaten ogenblikkelijk op te slaan (ingang)

Een stopknop om de meting te stoppen (ingang)

Software uitgang:

Eén maal per uur de analyse gegevens opslaan (uitgang)

4.7.2 Beschrijving van het programma [22]

Hier volgt een specifieke beschrijving van alle componenten van het LabVIEW programma.

4.7.2.1 Het inlezen van de signalen:

De gegevens (kruipstroomsignaal) moeten binnengelezen worden met een “polymorphic VI” (VI staat voor Virtual Instrument), een speciaal inleesprogrammablok uit LabVIEW, de DAQ-assistant genaamd. Met deze programmablok kan men ineens alle instellingen maken die nodig zijn voor het inlezen van een DAQ-kaart. Alle verschillende instellingen zijn hier overlopen: de ingangsschaal (hier ± 150mA), de wijze van aansluiting (RSE voor de kruipstroom en NRSE voor de spanningsmeeting) en de mogelijkheid tot het instellen van een schaal. Hier is een stroom en spanningsschaal ingesteld: de stroomschaal in mA en de spanningschaal in kV. Ook moet de timingmogelijkheid nog ingesteld worden, die aangeeft hoe het signaal bemonsterd moet worden, namelijk continu -of n-samples binnenlezen. Hier is gekozen om n-samples binnen te lezen omdat dit beter werkt op de gebruikte computer.

Als laatste moet dan de sample rate nog gekozen worden: er is gekozen voor de maximale sample frequentie: 27,77kHz. Hier is dan nog één instelling mogelijk, het aantal samples dat moet binnengelezen worden. Deze keuze was niet vrij omdat de voorwaarde voor één van de gebruikte programmablokken is dat het aantal sample een macht moet zijn van 2, hier 214 = 16384 samples. Via onderstaande formule betekent dit dat er in meetperiodes van 590 ms gemeten wordt. Als de verwerking van deze data afgelopen is dan worden de volgende 590 ms in gelezen.

mssesmeetperiod 590590.027777

16384=== .

Figuur 4.12: voorstelling van het ingeven van meet-en timing parameters in LabVIEW.

4.7.2.1.1 Bewerking op het binnengelezen signaal: Beschrijving van de gebruikte analyse technieken:

het meten van de RMS-waarde van de kruipstroom: dit gebeurt door een programmablok, die simpelweg de RMS-waarde van het aangelegde signaal bepaald.

Figuur 4.13: RMS-waarde van het kruipstroomsignaal bepalen.

Het tellen van het aantal pieken boven een drempelwaarde: dit gebeurt door middel van programmablok “peak detect”, deze meet het aantal punten boven of onder (als er valleys ingesteld zijn) een bepaalde drempelwaarde (threshold). Daarna worden beide aantallen boven en onder de drempelwaarde opgeteld en opgeslagen in de tabel.

Figuur 4.14: voorstelling sub-vi peak detect.

De harmonische inhoud van de kruipstroom wordt bepaald door middel van een programmablok die de Fast Fourier Transformatie (FFT) uitvoert. Als uitgang komt uit deze blok een reeks gegevens: de basisfrequentie, de ∆f (dit is de stap die gebruikt wordt om de harmonische inhoud van het signaal te bepalen) en de tabel die alle waarden van de FFT-transformatie bevat. Verder worden in de volgende stap de 1e, 3e en 5e harmonische uit de tabel gehaald en opgeslagen in de verzameltabel (zie alinea 0).

Figuur 4.15: voorstelling FFT-analyse en bepaling 1

e,3

e,5

e harmonische.

Bepalen van de maximale en minimale waarde van het kruipstroomsignaal

tijdens elke meetperiode. Dit gebeurt door simpelweg de maximale en minimale waarde uit de tabel van alle ingelezen meetwaarden te halen.

Figuur 4.16: bepalen van de minimale en maximale waarde

Als laatste wordt dan de vermogen harmonische inhoud bepaald. Dit gebeurt in een programmablok, door middel van de volledige golf te vermenigvuldigen met een bepaalde factor. Dit geeft dan het vermogen dat door de golf overgedragen wordt in functie van de frequentie. Net zoals bij de FFT-transformatie programmablok bestaat de uitgang ook uit: de basisfrequentie, de ∆f en de tabel met alle waarden van de vermogen harmonische inhoud. Verder worden in de volgende stap de 1e, 3e en 5e vermogen harmonische uit de tabel gehaald en opgeslagen in de verzameltabel (zie alinea 0).

Figuur 4.17: berekening power spectral density

4.7.2.1.2 Opslaan van de geanalyseerde data: Alle gegevens die per meting verzameld worden dienen in een tabel opgeslagen te worden. Dit gebeurt op de volgende manier:

Figuur 4.18: opslaan van gegevens in tabel

Er wordt links een lege tabel aangemaakt die bij het initialiseren van while loop wordt ingelezen (door het shift register(de oranje pijltjes), dit geeft de waarde die er rechts ingestopt is terug door aan de linkse bij de volgende iteratie). In deze lege tabel worden dan de eerste meetwaardes geplaatst op rij 0.

Na de eerste iteratie komt dus de tabel met 1 waarde in, terug de while loop binnen via het linkse shift register, dan wordt op rij 1 de volgende meetwaarde weggeschreven en zo verder tot er een uur om is, dan wordt de tabel opgeslagen (zie Figuur 4.18). Om de rijaanduiding te maken is ook een stukje programma nodig die van nul tot een bepaalde waarde telt en dan terug van nul begint. Dit gebeurt ook door middel van een case structure die steeds met 1 vermeerderd wordt bij elke iteratie van de while loop, en op nul gezet wordt als de analysegegevens opgeslagen worden. Dan moet de tabel nog leeggemaakt worden.

Figuur 4.19: teller om de gegevens in de tabel op te slaan.

Dan moet de tabel dus leeg gemaakt worden. Dit gebeurt door een case structuur (dit is een lus die 2 verschillende uitvoeringen kan doen: 1 als de ingang waar is en 1 als de ingang onwaar is). In deze case structuur wordt in het “waar” gedeelte de tabel leeggemaakt. Dit gebeurt 1 maal per uur met dezelfde puls als de gegevens opgeslagen worden. Hierna kan het proces terug van begin af aan beginnen.

4.7.2.1.3 Opslaan van de tabel “één maal per uur”: Het opslaan van de tabel “één maal per uur” gebeurt door middel van een programmablok die speciaal ontwikkeld is om tabellen weg te schrijven naar bestanden. Zo wordt er dus één maal per uur, per kanaal, een file gemaakt met alle data die dat uur is opgemeten. Deze data kan dan dus gebruikt worden voor het correlatieonderzoek, maar eerst volgt er nog een tussenstap. Deze gebeurt met de reeds vernoemde case structure. In deze lus wordt dan de bestandsnaam aangemaakt en wordt de tabel opgeslagen in een map van het specifieke kanaal.

4.7.2.1.4 De nabewerking van de opgeslagen data door LabVIEW: De data die door LabVIEW opgeslagen wordt bestaat uit allemaal verschillende bestanden per uur, dus moeten deze terug samengevoegd worden in één tabel met alle meetwaarden in. Dit gebeurt door middel van de SQL server, een databaseprogramma die alle gegevens in een tabel plaatst en de mogelijkheid biedt een schuivend gemiddelde toe te passen. Het gebruik van de auto correlatiefunctie leek niet echt bruikbaar te zijn aangezien het in de studie gebruikt wordt voor het detecteren van het begin van dry band arcing, en hier is men op zoek naar een correlatie tussen verschillende eindaansluitingen.

4.7.3 Het testen van het programma

Het testen van het programma gebeurde tijdens een zoutnevelproef gestart op 2 februari 2007. Het hiervoor beschreven programma bevat alle wijzigingen die gemaakt zijn. Tijdens het verloop van de test zijn enkele fouten aan het licht gekomen, omstandigheden waar in eerste instantie over gekeken was.

4.7.3.1 Opslaan van de data in een tabel:

Het opslaan van de data gebeurde zoals beschreven in alinea 0 op pagina 55, maar het nummer voor de rij werd op dat moment nog toegevoerd door een iteration counter (dit is een teller die het aantal uitvoeringen van while loop bijhoudt). Er is hierbij wel een probleem: als de data opgeslagen worden blijft de iteration counter gewoon verder tellen waardoor de data dus niet terug van in het begin in de tabel gezet worden. Gelukkig heeft dit geen dataverlies tot gevolg gehad.

4.7.3.2 Het leegmaken van de tabel:

Elke keer dat de data opgeslagen worden zou de tabel volledig leeggemaakt moeten worden omdat er anders gegevens van de keer ervoor zouden kunnen blijven inzitten. Dit probleem is dan verholpen door de tabel simpelweg ieder uur mee leeg te maken. Deze fout is opgemerkt nadat de eerste data geanalyseerd werd. Ook hier zijn geen gegevens verloren gegaan, de dubbele gegevens zijn er gewoon uitgehaald.

4.7.4 De bewerking van de bestanden in SQL, Excel en Matlab

In SQL worden alle meetgegevens terug uit het bestand gehaald en in een tabel geplaatst, daarna wordt op deze het schuivend gemiddelde berekend. Dit gebeurt in een interval van 2 uur, zoals in de studie die dit heeft toegepast [7]. Voor de grafische voorstelling van de gegevens is eerst Excel gebruikt, maar daar werd van afgestapt aangezien dit de tekortkoming heeft dat er maar 65536 meetwaarden kunnen in geplaatst worden en er iets minder zijn dan vijf miljoen (na 2500 uur test). Matlab bood de oplossing als ander verwerkingsprogramma, omdat hier geen limiet bestaat voor het aantal punten dat ingevoerd mag worden bij het maken van een grafiek. Matlab beschikt ook over goede tools om grafieken te maken.

Hoofdstuk 5: De meetresultaten Hier worden de meetresultaten van de twee verschillende meetopstellingen besproken, en wordt de vergelijking gemaakt met wat er in de literatuur over is geschreven.

5.1 Meetresultaten uit de proefmeetopstelling Dit zijn de metingen die uitgevoerd zijn met de digitale oscilloscoop (fluke 192). Deze had de mogelijkheid om de golfvormen eruit te halen en ook om op het signaal nog een spectrumanalyse te doen.

5.1.1 Metingen

De resultaten die hier bekomen zijn waren bemoedigend omdat de gemeten stroom vergelijkbaar was met wat er in de literatuur vermeld staat. Ook vertaalden de visueel waargenomen fenomenen zich in een stroomverandering die vergelijkbaar was met de gegevens uit de literatuurstudie (voorbeelden Figuur 5.1 en Figuur 5.2).

Figuur 5.1: golfvorm stroom (roos) en spanning (blauw).

In Figuur 5.1 ziet men de gemeten kruipstroom over de eindaansluiting tijdens een zoutneveltest (de stroom moet hier wel geïnverteerd zijn) maar men ziet het capacitieve karakter van de kruipstroom als er zich geen ontladingen voordoen. Deze meetwaarden zijn vergelijkbaar met wat er in de studies vermeld staat.

Figuur 5.2: kruipstroom met een stroompiek die afkomstig is van dry band arcing.

In Figuur 5.2 ziet men de gemeten kruipstroom (hier moet die ook geïnverteerd worden, en gedeeld door 3,9 omdat dit de meetweerstand is), maar op dat moment werd er visueel een ontlading vastgesteld die zich vertaalde in een stroompiek. De ontlading was oranje van kleur dus kan men er vanuit gaan dat het hier om dry band arcing ging. Deze metingen zijn manueel uitgevoerd in de loop van een zoutnevelproef (1000 uur), waaruit al enkele conclusies getrokken zijn in combinatie met de literatuurstudie. De software van de oscilloscoop gaf de mogelijkheid om het spectrum van de golfvorm te bepalen.

5.1.2 Spectrum van de golfvormen

Het spectrum van de kruipstroom kwam sterk overeen met wat er in de literatuur te vinden was.

Figuur 5.3: spectrum van Figuur 5.1

In Figuur 5.3 is het spectrum voorgesteld van de capacitieve lekstroom, wat ook goed overeen komt met wat gezien is in de literatuur.

Figuur 5.4: spectrum van Figuur 5.2

In Figuur 5.6 is het spectrum voorgesteld van figuur 5.4, waar men een sterke stijging van de oneven harmonische kan waarnemen, zoals dit in de literatuur (Figuur 3.8 en Figuur 3.31) vermeld staat.

5.1.2.1 De corona ontladingsstroom:

Deze stroom bevindt zich zoals al eerder gezegd in de hogere frequentie. Het probleem is dat deze stroom wel gemeten wordt maar te klein is om zichtbaar te zijn. Daarom heb ik geen praktische metingen van de corona ontladingsstroom, ook werkt de spectrum-analyser maar tot de 25 harmonische.

5.2 Resultaten die met de geautomatiseerde meetopstelling Het ontwerp van de meetopstelling is gebaseerd op wat er in de literatuur beschreven is om de kruipstroom te meten. De meetvariabelen zijn eveneens gebaseerd op gegevens uit de literatuur. De bedoeling was om vergelijkbare meetresultaten te bekomen met de ontworpen meetopstelling, als dit lukt is dit een bevestiging voor de bekomen meetresultaten. In Figuur 5.5 is de golfvorm en het spectrum voorgesteld van een korte ontlading, als men dit resultaat vergelijkt met wat er beschreven wordt in de literatuur valt hier wel een overeenkomst in te vinden (in [7], [8], [23], [16], [24, [17]]). Deze zijn allemaal beschreven in Hoofdstuk 3.

Figuur 5.5: golfvorm en spectrum van de kruipstroom bij een kleine ontlading.

In Figuur 5.7 ziet men bovenaan het kruipstroomsignaal in mA (wit) en de aangelegde spanning in kV (rood). Men ziet dat de kruipstroom enkele pieken vertoond, die gepaard gaan met dry band arcing op het oppervlak. Men ziet dat deze niet-lineariteit in het tijdsdomein zich vertaald in een stijging van de lagere orde harmonische inhoud. Hier stijgen zowel de even als de oneven harmonische omdat het hier gaat om een kleine niet-lineariteit, zoals voorgesteld in Figuur 3.8. Als het frequentiedomein bekeken wordt moet er wel gelet worden op het verschil in schaal.

Hier is een lange dry band arcing periode weergegeven, bovenaan het signaal in het tijdsdomein en onderdaan de voorstelling in het frequentiedomein. Men ziet in Figuur 5.6 dat de oneven harmonische inderdaad sterk stijgen bij het optreden van dry band arcing zoals dit beschreven is in de literatuur [7].

Figuur 5.6: golfvorm en spectrum van de kruipstroom tijdens dry band arcing. bovenaan: spanning en stroom; onderaan: harmonische inhoud in het wit, power spectral density in het rood.

In de studie [25 “properties of interfaces in silicone rubber”], uitgegeven in 2007 heeft men ook geprobeerd om de resultaten van studie [7] (deze is beschreven in alinea 3.2.2 op pagina 19) na te bootsen. Zij gaven Figuur 5.7 als validatie in hun publicatie.

Figuur 5.7: golfvorm en spectrum van dry band arcing zoals beschreven in [25].

5.2.1 Meetresultaten uit de zoutnevelproef

Dit is de eerste proef waarbij de meetopstelling werd gebruikt en is dus ook de eerste test die zou uitwijzen of de meetopstelling zou voldoen. De meetopstelling werkt goed, Tabel 2 toont een uittreksel van de meetresultaten (zondag 13 mei 2007). Op het einde van de proef zijn er 4.779.377 elementen in totaal (De proef duurde 2500 uur).

Tabel 2: tabel met meetwaarden die opgeslagen werden op 13/05/2007.

De stijging in de derde harmonische is procentueel de grootste van alle gemeten variabelen, net als in de literatuur werd beschreven.

RMS 1e

harmonische 3e

harmonische 5e

harmonische 1e PSD

harmonische 3e PSD

harmonische 5e PSD

harmonische

Pieken boven lage (15mA)

drempelwaarde

Pieken boven hoge (35mA)

drempelwaarde 1,02 0,863 0,013 0,064 0,293 0 0,002 0 0

1,021 0,865 0,015 0,066 0,294 0 0,002 0 0 1,024 0,866 0,015 0,065 0,295 0 0,002 0 0 1,024 0,863 0,015 0,065 0,293 0 0,002 0 0 1,022 0,863 0,014 0,065 0,293 0 0,002 0 0 1,02 0,862 0,014 0,064 0,292 0 0,002 0 0

1,019 0,861 0,014 0,064 0,291 0 0,002 0 0 1,022 0,861 0,015 0,064 0,292 0 0,002 0 0 1,021 0,86 0,016 0,066 0,291 0 0,002 0 0 1,027 0,86 0,013 0,064 0,291 0 0,002 0 0 1,022 0,859 0,014 0,062 0,29 0 0,002 0 0 4,902 1,696 0,854 0,296 1,132 0,287 0,034 20 16 14,543 6,342 3,155 0,376 15,815 3,914 0,056 374 328 2,581 0,784 0,307 0,254 0,241 0,037 0,025 12 0 1,032 0,854 0,01 0,067 0,286 0 0,002 0 0 1,075 0,859 0,013 0,062 0,29 0 0,002 0 0 1,022 0,856 0,012 0,065 0,288 0 0,002 0 0 1,032 0,858 0,014 0,069 0,289 0 0,002 0 0 1,026 0,857 0,013 0,071 0,289 0 0,002 0 0 1,029 0,862 0,016 0,07 0,292 0 0,002 0 0 1,029 0,862 0,015 0,072 0,292 0 0,002 0 0 Max

waarde Min waarde 1,906 -2,135 1,701 -2,168 4,332 -1,496 5,505 -2,57 1,998 -2,695 1,655 -1,819 1,807 -1,792 1,813 -1,687 1,906 -1,726 5,037 -1,621 5,986 -1,463 48,984 -46,813 46,696 -47,545 32,069 -6,696 3,086 -2,445 7,212 -2,623 3,178 -2,755 3,402 -2,57 3,007 -2,135 3,402 -2,293 3,04 -2,491

Voorbeeld:

RMS 1e 3e 5e 1e PSD 3e PSD 5e PSD

Boven lage

drempel

Boven hoge

drempel Max. Min 1,02 0,862 0,014 0,064 0,292 (0,001) 0,002 0 0 1,655 -1,819

14,543 6,342 3,155 0,376 15,815 3,914 0,056 374 328 46,696 -47,545

4,902 1,696 0,854 0,296 1,132 0,287 0,034 20 16 48,984 -46,813 Tabel 3: tabel met gewone stroom- en dry band arcing stroomgegevens.

In Tabel 3 zijn de stromen, de eerste gewone stroom, tweede en derde dry band arcing voorgesteld.

Stijgingsverhouding:

RMS 1e 3e 5e 1e PSD 3e PSD 5e PSD Max. Min 9,5 4,56 143,18 0,064 29,01 (2100.05) 22,5 28,9 25,9

Tabel 4: stijging van de gemeten componenten tijdens dry band arcing.

In Tabel 4 is te zien dat de procentuele stijging van de 3e harmonische veel hoger is dan elke andere gemeten variabele tijdens dry band arcing. Daarom werd gemeten om een correlatie te zoeken met de beschadiging van het oppervlak, omdat de dry band arcing zorgt voor de voornaamste oorzaak van veroudering tijdens een zoutnevelproef.

5.2.2 Spectrum van de capacitieve kruipstroom

Deze is wel afwijkend van wat er in de literatuur beschreven staat want er is bij het voorkomen van een capacitieve lekstroom in de literatuur nergens sprake van een stijging van de 5e en 7e harmonische. De reden daarvoor is dat de specifieke vorm van de kruipstroom over de eindaansluitingen anders is dan degene die getest worden. In Figuur 5.8 wordt de golfvorm weergegeven van de kruipstroom en de aangelegde spanning.

Figuur 5.8: golfvorm van de kruipstroom (moet geïnverteerd zijn)en aangelegde spanning.

Figuur 5.9: spectrum van de capacitieve lekstroom.

Dit werd ook geconstateerd bij de geautomatiseerde meetopstelling zoals voorgesteld in Figuur 5.10.

Figuur 5.10: voorstelling golfvorm en spectrum capacitieve kruipstroom.

In Figuur 5.10 is er geen dry band arcing gaande en is er toch een relatief grootte 5e en 7e harmonische aanwezig in het kruipstroomsignaal.

5.2.3 Gegevensverwerking:

Het gaat hier om een grote hoeveelheid data (bijna vijf miljoen meetpunten van 8 kanalen en dan nog eens 8 of 11 variabelen per kanaal), die dan verder verwerkt wordt door SQL-server. Zoals hiervoor al beschreven maakt deze van alle aparte files met gegevens één grote tabel, waarmee de grafieken kunnen geconstrueerd worden. In Figuur 5.11 wordt de 3e harmonische voorgesteld zonder een schuivend gemiddelde techniek, men ziet hier dat met dit soort van meetgegevens moeilijk een evolutie kan waargenomen worden. Daarom is de schuivend gemiddelde techniek toegepast op deze meetgegevens. Deze is voorgesteld in Figuur 5.12.

Figuur 5.11: de 3

e harmonische inhoud van de kruipstroom zonder schuivend gemiddelde

techniek.

Figuur 5.12: 3

e harmonische met schuivend gemiddelde techniek (moving average).

In Figuur 5.12 is de verwerking van dezelfde data als in Figuur 5.11 weergegeven, maar dan met een schuivend gemiddelde (moving average) techniek. Het is heel duidelijk waarom deze techniek gebruikt wordt, omdat men hier wel een evolutie kan zien in de meetgegevens. Hier is net de schuivend gemiddelde techniek geïllustreerd, die in het vervolg van het correlatieonderzoek nog gebruikt zal worden om een mogelijke evolutie en trend in de meetgegevens te illustreren.

Hoofdstuk 6: Correlatieonderzoek Hier worden de meetresultaten en de beschadiging van de eindaansluitingen die getest zijn, besproken. Hiervoor worden alle reeds besproken gegevens gebruikt. Dit is dus in feite een samenvloeiing van alle gegevens en alle kennis die nodig was voor het opzetten van de meetopstelling. Dit is dan ook een test of de gemeten parameters de gewenste resultaten opleveren.

6.1 Doel Een relatie zoeken tussen de verschillen in beschadiging van de verschillende eindaansluitingen die getest worden, en de grootheden die opgemeten zijn door de test heen.

6.2 Mogelijkheden

6.2.1 Visuele inspectie

Het onderzoeken van de eindaansluiting op beschadigingen kan met het blote oog gebeuren alsook met een microscoop. In verschillende studies zijn veel verschillende analysetechnieken gebruikt ([14], [8]).

Fourier Transform Infrared (FTIR): deze techniek wordt gebruikt om de hoeveelheid polymeerketens in het siliconen rubber te bepalen(Figuur 6.1).

Figuur 6.1: FTIR-techniek.

Scanning Electron Microscopy (SEM): dit is een elektronenmicroscoop die een vergroting aankan van 1µm (micrometer).

Transmission Electron Microscopy (TEM): dit soort microscoop kan gaan tot een vergroting van 250nm (nanometer).

Deze technieken worden gebruikt om naar beschadiging te zoeken als er visueel weinig aan de eindaansluitingen op te merken is, dan kan de SEM hier ook gebruikt

worden omdat er bij zes van de negen eindaansluitingen weinig beschadiging op te merken is.

6.2.2 Meten van de mate van waterafstotendheid

Dit is een methode om de waterafstotendheid van een materiaal te catalogeren, waarbij de contacthoek van de waterdruppel ten opzichte van het oppervlak van de eindaansluiting gemeten wordt (Figuur 6.2). De techniek kan dus gebruikt worden om een evolutie of om terugkeer van waterafstotendheid te onderzoeken, bijvoorbeeld na een test.

Figuur 6.2: voorstelling contacthoek met het oppervlak.

6.3 Correlatieonderzoek met de proefmeetopstelling

6.3.1 De vochtigheidsproef (van 25 tot 29 oktober 2006)

Deze test was snel afgelopen waardoor er maar één meting kon uitgevoerd worden, en er dus ook geen correlatie gevonden. Het ging hier om een vochtigheidsproef van 300 uur, maar na 75 uur was er al één van de vier eindaansluitingen begeven. Er was tracking opgetreden over de volledige lengte van de eindaansluiting (Figuur 6.3), de reden hiervoor is niet gevonden. De drie andere eindaansluitingen verkeerden nog in goede staat.

Figuur 6.3: voorstelling beschadigde eindaansluiting voor binnengebruik na 75 uur van vochtigheidproef

6.3.2 Zoutnevelproef (van 31 oktober tot 19 december 2006)

De meetresultaten komen sterk overeen met wat er in de literatuur beschreven wordt, wat toch al wijst op een goede uitvoering van de metingen. Met deze meetresultaten (die ongeveer 3 maal per week manueel werden vergaard), werd ook een poging gedaan om een correlatie te onderzoeken tussen de verschillende geteste eindaansluitingen. In Figuur 6.4 zijn de eindaansluitingen voorgesteld die 1000 uur in de zoutnevelcabine stonden met een spanning van 1,25 maal de nominale waarde. Aangezien de meetwijze echter continuïteit miste en omdat de eindaansluitingen die getest zijn amper beschadigd waren na 1000 uren, was er enkel een beetje zoutafzetting op het oppervlak zichtbaar. Als er geen beschadiging is dan is het ook moeilijk om een correlatie te vinden, dus wordt hier enkel nog vermelding gemaakt van enkele meetresultaten.

Figuur 6.4: Eindaansluiting na 1000 uur zoutnevelproef.

6.3.2.1 Correlatieonderzoek met de meetresultaten:

Met de verschillende meetwaarden die te meten zijn met de digitale oscilloscoop en het bijhorend programma (FlukeViewTM scopemeter) kan men de RMS-waarde van het signaal, de maximale waarde van het signaal en het spectrum van het signaal (1e,3e,5e,7e harmonische) meten. De golfvormen en het spectrum zijn voorgesteld in alinea 5.1.1 op pagina 58, maar deze verschillende meetwaarden zijn dan nog eens in Excel geplaatst om er een correlatieonderzoek mee te voeren. Dit was al een probleem door het beperkt aantal metingen, en ook doordat de eindaansluitingen amper beschadigd waren.

Imax=f(tijd)

0

10

20

30

40

50

6013

-nov

16-n

ov 20

24-n

ov

30-n

ov

14-d

ec

Datum v/d meting

Str

oo

mste

rkte

in

mA

kanaal 1: maxwaarde

kanaal 2: maxwaarde

kanaal 3: maxwaarde

Figuur 6.5: grafiek maximale stroom in functie van de tijd.

3e harmonische in functie van de tijd

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

00-jan 05-jan 10-jan 15-jan 20-jan

datum meeting

str

oo

m i

n m

A Kanaal 1: 3eharmonische

kanaal 2: 3eharmonische

Kanaal 3: 3eharmonische

Figuur 6.6: grafiek met 3

e harmonische inhoud in functie van de tijd.

Uit deze twee grafieken is weinig op te maken, daarom is er tijdens deze proef geen correlatie ontdekt tussen de kruipstroom en de beschadiging van het oppervlak van de geteste aansluiting.

6.3.3 Vochtigheidsproef

Dit is een herhaling van de vochtigheidsproef van 25 tot 29 oktober 2006, om de eindaansluitingen nogmaals te testen nadat er enkele wijzigingen zijn aan gebeurt. Omdat deze echter tijdens de examenperiode in januari doorging zijn er geen metingen uitgevoerd. Op dit moment was de geautomatiseerde meetopstelling nog niet klaar. In het verslag van de proef stonden er geen speciale dingen. Deze keer hebben alle eindaansluitingen de proef overleeft zonder beschadigingen.

6.4 Zoutnevelproef van 2 februari tot 14 mei Tijdens deze zoutnevelproef is de meetopstelling voor het eerst voor de hele periode gebruikt en is er dus voor het eerst de mogelijkheid om een correlatieonderzoek te doen met continu opgemeten meetgegevens. Het correlatieonderzoek wordt verder als volgt opgebouwd:

Opzet van de zoutnevelproef (6.4.1).

Problemen tijdens de meting (er ontbreken meetgegevens) (6.4.2).

Visuele inspectie van de eindaansluitingen na 1000 uur (6.4.3).

Correlatieonderzoek na 1000 uur zoutneveltest (6.4.3.1).

Visuele inspectie van de eindaansluitingen bij het einde van de zoutnevelproef na 2500 uur (6.4.4).

Correlatieonderzoek op het einde van de test (6.5).

6.4.1 Opzet van de zoutnevelproef

De zoutnevelproef is hier niet gebruikt als de normale validatieproef maar als proef om 3 verschillende soorten siliconenrubber te testen en daaruit op te maken welke de beste is. De standaard testprocedure bestaat eruit dat er 3 eindaansluitingen van elke soort gebruikt worden, dus in totaal negen eindaansluitingen die getest moeten worden. Het gaat hier dus om loten van drie fabrikanten:

Lot 1: “Safic Alcan”

Lot 2: “Wacker”

Lot 3: “Rhodia”

Lot 1 is de rubbersoort die standaard gebruikt wordt, de twee andere loten zijn testen om te zien hoe de rubbers van de andere fabrikanten het er zouden vanaf brengen. Het opzet van de proef is dus de soorten siliconenrubber te vergelijken.

In Figuur 6.7 is de opstelling van de eindaansluitingen in de zoutnevelcabine voorgesteld:

Figuur 6.7: bovenaanzicht van de zoutnevelcabine met de opstelling van de kabels met eindaansluitingen.

Verdeling van de meetkanalen:

Kanaal 1 Kabel 3 Kanaal 2 Kabel 1 Kanaal 3 Kabel 7 en 8 Kanaal 4 Kabel 2 Kanaal 5 Kabel 9 Kanaal 6 Kabel 4 Kanaal 7 Kabel 6 Kanaal 8 Kabel 5

Tabel 5: verdeling van de kanalen bij de meetopstelling.

6.4.2 Problemen met de meting tijdens de zoutnevelproef

Een draad die de spanning aanbrengt aan de kabels waar de eindaansluitingen op zitten maakte slecht contact, daardoor zijn een week lang alle signalen verstoord (22 februari tot 2 maart). Dit probleem is opgelost door de spanningverbinding steviger te maken d.m.v. bouten en moeren.

Er was een spanningsuitval waardoor de meting verkeerd terug opstartte. Hierdoor gingen drie dagen metingen verloren.

Een slecht verbonden kabel gaf problemen waardoor de meetsignalen verstoord werden.

6.4.3 Visuele inspectie van de eindaansluitingen na 1000 uur

Er wordt geen enkele van de technieken gebruikt die in het begin van dit hoofdstuk aangegeven zijn om een onderzoek van de oppervlaktegesteldheid van de eindaansluiting te doen. Er gebeurt dus gewoon een controle met het blote oog. Er zijn twee eindaansluitingen die uit het rubber van de fabrikant “Wacker” gemaakt zijn beschadigd geraakt na 1000 uur zoutnevelproef. Figuur 6.8 toont een nieuwe eindaansluiting net voordat ze in de cabine geplaatst werd, om de mate van beschadiging te kunnen inschatten en om de oppervlaktewijziging aan te duiden.

Figuur 6.8: nieuwe eindaansluiting voordat ze in de cabine geplaatst werd.

Figuur 6.9 toont de beschadiging van kabel 4 van producent “Wacker”: Deze eindaansluiting was reeds na 1000 uur zoutneveltest beschadigd.

Figuur 6.9: illustratie van de beschadiging van kabel 4 na 1000 uur zoutnevelproef.

Beschadigde kabel 5 van producent “Wacker” na 1000 uur zoutneveltest.

Figuur 6.10: beschadiging van kabel 5 na 1000 uur zoutneveltest.

6.4.3.1 Correlatieonderzoek na 1000 uur:

Na 1000 uur was er nog geen echte correlatie gevonden tussen de gemeten parameters en de beschadiging van de twee eindaansluitingen. Daarom is hier beslist om de proef te laten verder gaan om zo een verdere correlatie te ontdekken, in de hoop dat er één van de eindaansluitingen volledig zou begeven en dat dit fenomeen dus zou kunnen opgemeten worden en er zo een vergelijking te kunnen van maken met de andere eindaansluitingen.

6.4.4 Visuele inspectie op het einde van de test

Er is geen enkele eindaansluiting volledig begeven. Daarom is de test na 2500 uur stopgezet, omdat de redelijke termijn overschreden was. Bij de visuele controle werd vastgesteld dat er nog een eindaansluiting beschadigd geraakt is. Deze beschadigde eindaansluiting was kabel 9, vervaardigd uit rubber van de fabrikant “Rhodia” (Figuur 6.11). De evolutie in beschadiging in de twee andere eindaansluitingen wordt weergegeven in Figuur 6.13 kabel 4 en Figuur 6.12 kabel 5.

Beschadiging aan kabel 9 met eindaansluiting vervaardigd uit rubber van fabrikant “Rhodia”, hier is tracking opgetreden zoals te zien is in Figuur 6.11.

Figuur 6.11: Bij eindaansluiting 9 is er ook tracking opgetreden.

Beschadiging aan kabel 5 met eindaansluiting vervaardigd uit rubber van fabrikant “Wacker”. Hier is de beschadiging nog wat uitgebreid maar er is geen tracking opgetreden (Figuur 6.12).

Verkeerde foto denk ik. Figuur 6.12: Beschadiging van kabel 5 na 2500 uur zoutnevelproef.

Beschadiging aan kabel 4 met eindaansluiting vervaardigd uit rubber van

fabrikant “Wacker”,deze eindaansluiting was reeds na duizend uur beschadigd. De beschadiging die er was, is overgegaan in tracking (Figuur 6.13).

Figuur 6.13: kabel 4; deze was na 1000 uur ook al beschadigd en deze is overgegaan in tracking.

6.5 Correlatieonderzoek na 2500 uur

6.5.1 Wat zoeken we?

We zoeken de reden waarom er drie van de negen eindaansluitingen duidelijke beschadigingen opgelopen hebben, en de vertaling van die beschadiging naar een kruipstroom in één van de verschillende meetwaarden. Nu moet er dus naar een manier van beschadigingsrelatie gezocht worden met de meetwaarden.

6.5.2 Wat zijn de verschillende meetwaarden?

De harmonische inhoud van het kruipstroomsignaal: 1e, 3e en 5e harmonische.

Het aantal pieken boven een bepaalde drempelwaarde (niet gebruikt voor eerder vermelde redenen).

De maximale waarde van het kruipstroomsignaal tijdens 1 meetperiode.

6.5.3 Extra meetwaarde

Er is nog een poging gedaan een andere parameter te meten, namelijk de terugkeer van de waterafstotendheid van het materiaal. Dit zou men kunnen doen door in plaats van de proef volledig te stoppen (verneveling stoppen en spanning afschakelen), enkel de verneveling te stoppen en dan te bekijken welke kruipstroom het snelste daalt. Op deze basis zou men dus een inschatting kunnen maken van de terugkeer van waterafstotendheid en dus van de kwaliteit van de eindaansluiting op het einde van de proef .

6.5.4 De harmonische inhoud bekijken (literatuur)

In de literatuur is dit gebruikt om een correlatie aan te duiden [7], de proef die daar toegepast werd duurde 100 uur en was gebaseerd op het wijzigen van de geleidbaarheid van het vernevelde water (1000 µS/cm en 2500 µS/m) en een verandering van de spanning over de eindaansluiting. Hier hadden de eindaansluitingen die in de verschillende opstellingen stonden een verschillende beschadigingsgraad. Er waren eindaansluitingen die amper beschadigd waren en eindaansluitingen die na 60 uur al doorgeslagen waren. Hier hadden ze dus een mooie basis om een correlatie mee aan te duiden.

Figuur 6.14: links: harmonische componenten van een zoutnevelproef met lage geleidbaarheid; rechts: de harmonische componenten van een zoutnevelproef bij hoge geleidbaarheid.

In Figuur 6.14 wordt de harmonische inhoud van twee verschillende zoutnevelproeven voorgesteld. De rechtse grafieken zijn deze van de kruipstroom over een eindaansluiting die begeven is na 60 uur, de kruipstroom die in de linkse grafiek staat is deze van een eindaansluiting die amper beschadigd uit de zoutnevelcabine is gekomen. Men kan hier duidelijk zien dat de 1e, 3e en 5e harmonische van de gefaalde eindaansluiting bijna 100% gestegen is in vergelijking met waar er amper beschadiging is opgetreden. Dit bevestigt duidelijk de relatie tussen de grootte van de kruipstroom en de mate van beschadiging van het oppervlak.

Bij de eindaansluitingen die falen ziet men echter dat de 3e en 5e harmonische beginnen te stijgen eens er dry band arcing plaatsvindt, maar eens de eindaansluitingen sporen van tracking beginnen te vertonen ziet men een daling in de harmonische inhoud. Dit komt doordat door het ontstaan van tracking het oppervlak van de eindaansluiting beter geleidt, en het niet-lineaire karakter van het oppervlak evolueert naar een meer lineaire belasting. Het is hierdoor ook dat de harmonische inhoud van de kruipstroom daalt.

6.5.5 Voorstelling van de verzamelde meetgegevens

Voorstelling kruipstroom lot 1:

Figuur 6.15: Voorstelling 1

e, 3

e en 5 harmonische van lot 1 (kanaal 1, 2 en 4)

Voorstelling kruipstroom lot 2:

Figuur 6.16: Voorstelling 1

e, 3

e en 5

e harmonische van de kruipstroom van lot 2 (kabel 3, 4 en 5).

Voorstelling kruipstroom lot 3:

Figuur 6.17: Voorstelling 1

e, 3

e en 5

e harmonische van de kruipstroom van lot 3 (kabel 7, 8 en 9).

6.5.6 Correlatieonderzoek met de harmonische inhoud

In de vorige drie alinea’s worden de kruipstromen voorgesteld, in functie van de tijd. Hier wordt nu een relatie gezocht tussen de harmonische componenten van de kruipstroom over de verschillende eindaansluitingen, en de mate van beschadiging die ze hebben. Er zijn dus drie van de negen eindaansluitingen zichtbaar beschadigd geraakt en twee van de drie vertonen ook sporen van tracking (kabel 9 (lot 3) en kabel 4 (lot 2)). Dan is er nog kabel 5 die al na 1000 uur beschadigd was maar de beschadiging aan deze kabel was niet verder geëvolueerd. Om een correlatieonderzoek te kunnen voeren moet er allereerst een verschil zijn in beschadiging, wat hier dus het geval is. Spijtig genoeg moeten we besluiten dat de beschadigingen te klein waren om zich te vertalen in een stijging van de harmonische inhoud van het kruipstroomsignaal.

Hier is deze variatie in beschadiging van de eindaansluitingen te klein om significante wijzigingen waar te nemen in de harmonische inhoud van de kruipstroom. Als er bijvoorbeeld één van de eindaansluitingen volledig door tracking beschadigd zou zijn geweest dan had dit zich waarschijnlijk vertaald in een significante stijging van de 1e harmonische en een daling van de 3e en 5e harmonische (beschreven in [7]). Het gebrek aan dit soort van praktische situaties maakt het nemen van correlatiebesluiten erg onbetrouwbaar, omdat er geen basis van vergelijking bestaat. Dit is ook de reden waarom er geen correlatiebesluiten kunnen genomen worden, zodat de geloofwaardigheid niet verloren gaat. Er zijn te weinig resultaten om na één zoutnevelproef al besluiten te kunnen trekken in verband met correlatie. Hiervoor is een langere studieperiode nodig. Als voorbeeld nemen we Figuur 6.14: hier wordt ook een verschil in kruipstroom onderzocht, maar zij hebben meerdere proeven uitgevoerd waaruit zij dan verschillende resultaten bekwamen. Er werden dan niet-beschadigde eindaansluitingen en eindaansluitingen die na een bepaalde tijd doorgeslagen waren met elkaar vergeleken. Dit geeft een veel beter uitgangspunt om een correlatieonderzoek te houden. Als voorbeeld worden alle 3e harmonische en 1e harmonische hierna nog eens weergegeven om te laten zien dat de verschillen zeer klein zijn (Figuur 6.18 en Figuur 6.19).

1e harmonische van alle kanalen: men ziet hier dat de verschillen tussen de

kruipstromen onderling heel klein zijn, maar men ziet ook dat de 1e harmonische van de kruipstromen van kanaal 1 en 2 lager liggen dan die van de andere kanalen. De twee eindaansluitingen die op kanaal 1 en 2 aangesloten zijn komen uit lot 1 (standaardleverancier voor het siliconenrubber). Men kan ook zien dat kanaal 6 en 8 de hoogste stroomwaarden bezitten. De eindaansluitingen die op deze kanalen aangesloten zijn, zijn beschadigd. Dan is er nog kanaal 3 (in beige in de figuur): deze kruipstroom ligt hoger omdat er twee eindaansluitingen op dit kanaal aangesloten zijn.

Figuur 6.18: voorstelling van de 1

e harmonische van alle kanalen.

3e harmonische van de drie beschadigde eindaansluitingen en één van een niet-beschadigde eindaansluiting ter vergelijking: men ziet hier bijna geen verschil in de grootte van de 3e harmonische, wat betekent dat de drie beschadigde eindaansluitingen zwakker waren en dus begeven zijn doordat hun materiaaleigenschappen niet degelijk genoeg waren. Dit is wel maar een veronderstelling. Aan de 3e harmonische is alleszins geen correlatie te zien.

Figuur 6.19: 3

e harmonische van de 3 beschadigde eindaansluitingen en één van een niet-

beschadigde eindaansluiting.

6.5.7 Correlatieonderzoek met de maximale waarde van de kruipstroom

Hier zal er gebruik gemaakt worden van de maximale waarde die één keer per meetperiode wordt opgenomen. Eerst worden de maxima voorgesteld per lot en daarna allemaal samen om een vergelijking mogelijk te maken.

6.5.7.1 Maxima lot 1:

Figuur 6.20: maxima lot 1.

6.5.7.2 Maxima lot 2:

Figuur 6.21: Maxima lot 2.

6.5.7.3 Maxima lot 3:

Figuur 6.22: Maxima lot 3.

6.5.7.4 Voorstelling alle maxima bij elkaar:

Figuur 6.23: Maximale waarden van alle kanalen.

6.5.7.5 Correlatieonderzoek met de maximale waarde:

Op de voorstelling van de maximale waarden is ook een “schuivend gemiddelde techniek” gebruikt om de data voorstelbaar te maken. Men kan zien in Figuur 6.21 dat de voorgestelde kanalen 6 en 8 allebei beschadigd zijn maar toch is de maximale waarde van kanaal 6 veel hoger gelegen dan bij kanaal 8. Dit valt te verklaren omdat kanaal 6 blootgesteld is aan tracking en kanaal 8 niet. Maar ook hier is er geen echte uitschieter wat betreft de maximale waarde. Wat hier wel opvalt is dat het niet de beschadigde eindaansluitingen zijn die de hoogste stroompieken hebben ontvangen, wat dus aangeeft dat deze parameter (zoals al aangegeven in de literatuur) niet bruikbaar is als correlatieparameter.

6.5.8 Extra correlatieparameter

Het doel hier is het herstel van de waterafstotendheid te onderzoeken om te bepalen welke eindaansluiting het best uit de zoutnevelproef gekomen is. Hier is dit gedaan door de spanning gedurende 4 uur te laten opstaan nadat de nevel weggenomen was. Na deze periode waren alle kruipstromen gestabiliseerd, er was enkel nog een constante capacitieve lekstroom.

Figuur 6.24: voorstelling daling kruipstroom na het wegnemen van de nevel.

Hier ziet men dat de kruipstroom al redelijk gedaald is nadat de nevel werd afgeschakeld (de nevel werd afgeschakeld rond meting 8500).

6.5.8.1 Correlatieonderzoek met de terugkeer van dewaterafstotendheid:

Hier kan een indeling gemaakt worden van de eindaansluitingen die de laagste lekstroom hebben nadat de nevel is weggenomen, omdat dit aangeeft dat zij nog de meeste waterafstotende eigenschappen bezitten, en dus het minst beschadigd uit de zoutnevelproef zijn gekomen. Dit betekent dat ze uit een goed materiaal gemaakt zijn. Indeling:

1. Kanaal 2

2. Kanaal 1

3. Kanaal 6

4. Kanaal 7

5. Kanaal 4

6. kanaal 5

7. kanaal 8

8. kanaal 3

Kanaal 3 kan niet ingeschat worden omdat er twee eindaansluitingen op aangesloten zijn, dus kan men besluiten dat kanaal 8 er het slechtste aan toe is. Deze eindaansluiting heeft wel een beschadiging opgelopen maar toch niet zo erg als kanaal 5 en 6, omdat de waterafstotende eigenschappen sneller herstellen bij deze laatste. Vooral kanaal 6 herstelt relatief snel naar gelang de beschadiging die het opgelopen heeft. Het is wel logisch te zeggen dat de standaard siliconenrubbersoort van lot 1 hier als beste uitkomt.

6.6 Conclusies uit het correlatieonderzoek Het feit dat er niet echt een correlatie gevonden wordt tussen de verschillen in beschadiging van de eindaansluitingen is, mijns inziens, niet gelegen aan de meetopstelling maar eerder aan het gebrek aan ervaring met de meetresultaten. Er is nu slechts gemeten tijdens één zoutnevelproef. Nog een reden is het gebrek aan verschillende meetresultaten die zowel een proef beschrijven waarin de eindaansluitingen goed zijn uitgekomen (zoals nu) en een proef waar de eindaansluitingen beschadigd uitkomen. Dit wou al wat meer inzicht geven in wat er gebeurt als de eindaansluitingen beschadiging oplopen, en verder evolueren naar doorslag. Het zou ook nuttig zijn een visuele controle in te bouwen om de oppervlaktegesteldheid van de eindaansluiting op regelmatige basis te controleren, om zo de kruipstroom beter te kunnen inschatten. Op die manier zou het beter mogelijk zijn een periode te kunnen aanduiden waar er moet gezocht worden naar de oorzaak: de kruipstroomverandering.

Besluit Allereerst werd een meetopstelling ontworpen die de kruipstroom meet en er bepaalde bewerkingen op uitvoert, die vanuit een literatuurstudie gestaafd zijn. In de literatuur worden de 1e en de 3e harmonische als belangrijkste correlatieparameters gezien voor het optreden van dry band arcing. Omdat dry band arcing de voornaamste vorm van oppervlaktebeschadiging is, zijn de 1e en de 3e harmonische een maat voor de beschadiging van het oppervlak van de eindaansluiting. Daarna werd de meetopstelling in de praktijk uitgetest. De resultaten die deze opleverde konden vergeleken worden met wat er in de literatuur beschreven staat, wat aangeeft dat de juiste technieken gebruikt zijn voor de opbouw van de meetopstelling. Met deze meetopstelling werd vervolgens gemeten tijdens een zoutnevelproef die 2500 uur geduurd heeft. Zo kon men de eindaansluitingen verder laten verouderen om zo misschien een betere correlatie te ontdekken. Het correlatieonderzoek op de eindaansluitingen uit deze zoutnevelproef heeft geen wezenlijke conclusies opgeleverd. De reden hiervoor is misschien te vinden in het feit dat het verschil in beschadiging te klein was tussen de beschadigde en de niet- beschadigde eindaansluitingen. In een situatie als deze, waar de eindaansluitingen amper beschadigd zijn kan men de technieken gebruiken die beschreven zijn in alinea 6.2 op pagina 69. Deze technieken zijn in enkele papers gebruikt om de beschadiging van het oppervlak aan te geven op microscopische schaal. Dit is zeer nuttig wanneer er met het blote oog geen verschil kan geconstateerd worden. Dit is hier niet gebruikt omdat deze mogelijkheid er niet was. Het gebrek aan ervaring met de meetresultaten leidde ertoe dat er geen concrete basis kon opgesteld worden voor het vergelijken van de beschadiging aan de eindaansluitingen. De gegevens uit de literatuur volstonden niet om samen met de eigen kennis een goed correlatieonderzoek te voeren. Men kan besluiten dat er in de toekomst meer metingen moeten gebeuren tijdens de zoutnevelproeven om zo een basis op te bouwen om mee te vergelijken. Op een dergelijke basis kan men dan wel gegronde conclusies baseren voor een correlatieonderzoek. Ook zou het nuttig zijn om in de toekomst te beschikken over een visuele controle van het oppervlak van de eindaansluiting om de oppervlaktegesteldheid van de eindaansluiting op regelmatige basis te kunnen controleren. Zo kan men inschatten wanneer er zich welke fenomenen voordoen (vb. het vormen van een beschadiging in het oppervlak) en zo kan de stroomgang tijdens een bepaalde situatie herkent worden en gebruikt worden als parameter als deze terug komt in andere metingen. Het is dus belangrijk meer meetresultaten te verzamelen met de meetopstelling en zo betere mogelijkheden te ontwikkelen om een correlatieonderzoek te voeren.

Referenties [1] IEC 61442 second edition 2005-03: Test methods for accessories for power cables with rated voltages from 6 kV (Um = 7,2 kV) up to 30 kV ( Um = 36 kV). ( part 13 + annex B). [2] HD 629.1 S2 February 2006: Test requirements on accessories for use on power cables of rated voltage from 3,6/6(7,2) kV up to 20,8/36 ( 42 ) kV Part 1: Cables with extruded installation. [3] website kernpunten van de werkgroep http://ewh.ieee.org/soc/pes/iwg/ [4] “hydrophobic recovery of silicone rubber after exposure to corona discharges” Technology and innovation March/April 2001 [5] “Hydrophobic transfer of RTV silicone rubber aged in single and multiple stresses and the behaviour of LMW silicone fluid” transactions on power delivery, Vol. 18, No. 2, April 2003. [6] “Polymeric cable terminations under accelerated aging in a fog chamber” transactions on power delivery, Vol. 4, No. 2, April 1989. [7] “Fundamental and low frequency harmonic components of leakage current as a diagnostic tool to study aging of RTV and HTV silicone rubber in salt-fog”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. Vol. 10, No. 1; February 2003. University of waterloo, Ontario Canada. [8] “Correlation of Damage, Dry Band Arcing Energy, and Temperature in Inclined Plane Testing of Silicone Rubber for Outdoor Insulation” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 11, No. 3; June 2004 [9] “Correlation of damage, dry band arcing energy, and temperature in inclined plane testing of silicone rubber for outdoor insulation” Luiz H. Meyer, Shesha H. Jayaram and Edward A. Cherney IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical insulation. Vol. 11, No. 3; June 2004 10 “Investigations into the surface condition of silicone rubber insulation material using multiresolution signal decomposition” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical insulation. Vol. 21, No. 1; January 2006 11 “Prediction of polymer insulation material degradation using daubechies wavelet transformation” in Proc. Electrical insulation dielectric phenomena conf., 2002, pp. 323-326 [12] “Leakage current and charge in rtv coated insulators under pollution conditions” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. Vol 9, No. 2, April 2002. 2002 A. D. Rajkumar Osmania university, India. [13] “Evaluation of insulation performance of polymeric surface using a novel separation technique of leakage current” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical insulation. Vol 10, No.6 December 2003. [14] “Multistress accelerated aging of polymer housed surge arresters under simulated coastal Florida conditions” IEEE Transactions on dielectrics and electrical insulation Vol.13, No.1, February 2006. [15] “A neural network based method for leakage current prediction of polymeric insulatos” IEEE Transactions on power delivery, Vol.21, No.1 January 2006 [16] “A new technique to detect dry band arcing” IEEE Transactions on power delivery, Vol. 20, No. 2, April 2005 [17] “Electrical behaviour of contaminated distribution insulators exposed to natural wetting” IEEE Transactions on power delivery, Vol. 18, No. 2, April 2003

[18] “Leakage current patterns on contaminated polymeric surfaces” IEEE Transactions on dielectrics and electrical insulation Vol.6, No.5, October 1999. [19] “Linear stochastic analysis of polluted insulator leakage current” IEEE Transactions on power delivery, Vol. 17, No. 4, October 2002 [20] S.Braun and J. K. Hammond, “Additional techniques” in Mechanical signature analysis. London, U.K.: Academic, 1986. [21]LabVIEWTM Express. Robert H. Bishop [22] Cursus programmeertechnieken. 1e jaar Graduaat Elektromechanica, Auteur: Coppens J. [23] “Frequency Characteristics of Leakage Current Waveforms of an Artificially Polluted Suspension Insulator” IEEE Transactions on dielectrics and electrical insulation Vol. 8 No. 4, August 2001 [24] “Mechanism for Change in Leakage Current Waveform on a Wet Silicone Rubber Surface, A Study using a Dynamic 3-D Model” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 12, No 3, June 2005 [25] “Properties of Interfaces in Silicone Rubber” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 14, No. 1; February 2007

Bibliografie “A method for detecting the transition from corona from water droplets to dry-band arcing on silicone rubber insulators” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 9, No. 6; December 2002 “Low-molecular weight silicone fluid in RTV silicone rubber coatings” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 0, No. 1; February 0 “Concentrated discharges and dry bands on polluted insulators” IEEE Transactions on power delivery, Vol. 22, No. 1, January 2007 “Hydrophobicity transfer from silicone rubber to adhering pollutants and its effect on insulator performance” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 13, No. 4; August 2006 “Influence of shed parameters on the aging performance of silicone rubber insulators in salt-fog” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 10, No. 4; August 2003 “Flashover mechanism of non-ceramic insulators” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 6, No. 5; October 1999 “Leakage current characterization for estimating the conditions of ceramic and polymeric insulating surfaces” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 11, No. 4; August 2004 “Optimized use for HV composite apparatus insulators: field experience from coastal and inland test stations” I. Gutman, L. Stenström, D. Gustavsson, D. Windmar, W.G. Vosloo. Cirgré Session 2004 “WT Henley ltd composite insulators reducing cost while maintaining high quality” WT Henley

Bijlage 1:

Normen over de zoutnevelproef voor eindaansluitingen.

IEC 61442

Hier is een onderdeel uit de IEC 61442 weergegeven: met de beschrijving van de zoutneveltest, de beschrijving wordt verder aangevuld in HD629.2.

13 Humidity and salt fog tests

13.1 Apparatus

A single- or three-phase a.c. voltage source is required. The maximum voltage drop at the high voltage side of the source shall be less than 5 at 250 mA leakage current during the test.

A humidity test chamber shall be used equipped with spray nozzles or other form of humidifier capable of discharging atomized water at a rate of (0,4 ± 0,1) l/h/m3 volume. Throughout the test duration, the spray water conductivity shall be (70±10)mS/m for humidity tests and (1 600 ± 200) mS/m for salt fog tests. The chamber shall be designed such that no water drips directly on the accessories during the test. Guidance is given in Annex B (next page) on the test chamber and on the spray equipment.

13.2 Installation

The test accessories shall be installed in the humidity chamber with the accessories having the same orientation and relative spacing as installed in service, and according to manufacturer's instructions.

Three unscreened separable connectors or three shrouded terminations shall be mounted in a test terminal box and subjected to a three-phase voltage.

Three-core terminations shall also be subjected to a three-phase voltage.

The phase(s) of the transformer shall be protected with an automatic tripping device, connected to the current measuring source, set to de-energize the circuit when a leakage current of (1,0 ± 0,1) A r.m.s. flows in the high-voltage circuit for a period between 50 ms and 250 ms.

13.3 Method

The humidity chamber during the tests shall be at ambient temperature,

The duration and the voltage of the tests are given in the relevant standard.

Up to 5 of the testing duration shall be permitted in breaks. Cleaning of the accessories or any other form of similar interference shall not be permitted-during the test.

The accessories shall be photographed in color in at least two opposite directions before commencement and after completion of the test. Photographs shall show clearly the condition of the leakage path.

The condition of the samples shall be noted at the end of the test.

The test results shall record the occurrence of any flashover, a description and photographs of the condition of the accessories, particularly any tracking, erosion or mechanical damage.

Annex B

(informative)

Details of the test chamber and spray equipment for humidity and salt fog tests

B.1 Test chamber

The dimensions of the test chamber should be adequate to contain the number of accessories being tested simultaneously, having due regard to the size of the accessory, the test voltage, safety clearances and stray electric fields, and the ratio of chamber volume to number of spray producing nozzles.

It should be constructed from corrosion resistant, waterproof materials. Temporary structures may be used. All high voltage bushings and support insulators should be mounted on earthed supports to ensure that an electric field does not exist along the surface of the chamber. The chamber should incorporate observation ports.

When the voltage supply (three-phase or single-phase, as appropriate) is introduced into the chamber through suitable bushings, such bushings should be well spaced to avoid interaction between adjacent phases. The length of the bushings within the test chamber should be designed with a long creepage length and deep undercuts in the skirt design to resist flashover.

A drain should be provided to conduct water out and away from the test chamber. The chamber should be so designed so as to prevent corrosion products or other contamination from dripping on the accessories during the test. The test chamber may be ventilated to prevent a build-up of pressure inside, but any such ventilation should not allow a significant amount of vapour or fog to escape to the atmosphere.

For the humidity and salt fog tests, means should be provided for measuring the rate of flow of solution into the atomizing sprays.

B.2 Spray equipment for humidity and salt fog tests

Humidity and salt fog tests may be conducted using the air nozzle spraying system described in IEC 60507. The equipment should be designed to run continuously for the duration of the test.

The nozzles should be set to blow fog into the test chamber. The fog should not be blown directly on the accessories but should fill the test chamber and circulate freely among the accessories by the action of fog/air currents. At least 80 of the water ejected by the nozzles should be atomized into droplets not greater than 10 p.m in diameter.

Alternatively, proprietary equipment is available for atomizing water and salt solution, which may be more convenient for the manufacturer conducting the tests. Use of such equipment should not be discouraged, but it is a pre-requisite that the manufacturer produces information showing that his equipment has the capacity to fill the test chamber adequately with the correct size of atomized water droplets.

HD 629.2 S2:2006 Hier worden alle testen beschreven die worden uitgevoerd op een eindaansluiting om conform

te zijn met de norm (IEC 61442)

Testen die moeten uitgevoerd worden op indoor terminations:

Testen die moeten uitgevoerd worden op eindaansluitingen:

Test opstellingen voor de eindaansluitingen, zie in de tabel A1, A2 en A3:

Figuur Fout! Geen tekst met opgegeven opmaakprofiel in document..1

Bijlage 2:

Datasheet van de stroomwachter.

Bearbeitet ( Tag / Name ) : 21.06.2002 Bö/ Fz Zeichnungs Nr.: 979 0713.3Blatt 1 von 4 Bezeichnung: STW 201 S ( U )24.06.2002 Technische Änderungen vorbehalten. EA - Nr. : 510.1

ZIEHL industrie-elektronik GmbH+Co, Daimlerstr.13, D-74523 Schwäbisch Hall, Tel.: +49 791 504-0, Fax: -56, e-mail: info@ziehl.de

BB ee tt rr ii ee bb ss aa nn ll ee ii tt uu nn gg

Stromrelais STW 201 S und STW 201 SU

Allgemeines

Das Stromrelais STW 201 S ist ein elektronisches Messrelais und überwacht denStromfluss in Verbraucherstromkreisen. Das Stromrelais STW 201 S arbeitet mit Strom-Messwandlern als Signalgeber. Jeder Messwandler mit Nenn- Übersetzung 1 A und 2,5VA Nennleistung ist dafür geeignet. Während der Anlaufphase auftretende Überströmewerden innerhalb der einstellbaren Ansprechverzögerung nicht erfasst.

Ausführungsformen:

• Stromrelais mit potentialfreiem Schaltkontakt 1U• Sollwert einstellbar 10 % … 100 % IN• Anschluss für 1 Messwandler 1 A 2,5 VA• Anlaufüberbrückung / Ansprechverzögerung einstellbar 0,2 - 10 s• Ausführung STW 201 S als Überstromrelais• Ausführung STW 201 SU als Unterstromrelais

Funktion

Das Stromrelais STW 201 S ist ein Überstromrelais. Es vergleicht den Iststrom imVerbraucher mit einem eingestellten Sollwert. Wird dieser Wert überschritten, schaltetdas Relais ab. Somit kann z.B. eine Störmeldung erfolgen oder Zusatzgeräte ( z.B.Lüfter ) eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Sinkt der Strom wieder unter deneingestellten Wert, schaltet das Relais unverzögert wieder ein.

Das Stromrelais STW 201 SU ist ein Unterstromrelais. Es vergleicht den Iststrom imVerbraucher mit einem eingestellten Sollwert . Wird dieser Wert unterschritten, schaltetdas Relais ab. Somit kann z.B. eine Störmeldung erfolgen, wenn in Heizkreisen eineUnterbrechung vorliegt. Steigt der Strom wieder auf den eingestellten Wert, schaltet dasRelais unverzögert ein.

Der Sollwert wird durch Skalenpotentiometer eingestellt. Der Einstellbereich ist alleinvom verwendeten Messwandler abhängig, z. B. 10 % …100 % entsprechen AC 2,5- 25A, wenn ein Wandler mit 25 A Nennstrom verwendet wird. Der Ausgang ist einpotentialfreier Umschaltkontakt. Stromschwankungen können durch die einstellbareSchaltverzögerung unterdrückt werden.

MINIPAN® Digitalmessgeräte, Temperatur- und NetzüberwachungSondergeräte nach Kundenwunsch www.ziehl.de

Bearbeitet ( Tag / Name ) : 21.06.2002 Bö/ Fz Zeichnungs Nr.: 979 0713.3Blatt 2 von 4 Bezeichnung: STW 201 S ( U )24.06.2002 Technische Änderungen vorbehalten. EA - Nr. : 510.1

Montage :

Das Gerät kann befestigt werden• auf 35 mm Tragschiene nach DIN- EN 50 022• mit Schraube M4 zur Wandmontage• Anschluss gemäß Anschlussplan oder Typenschild ausführen.

Beachten Sie die maximal zulässige Temperatur bei Einbau im Schalt-schrank. Genügend Abstand halten zu anderen Wärmequellen oder fürFremdbelüftung sorgen. Grundsätzlich empfohlener Montageabstand: 2 cm.

Wichtiger Hinweis. Bitte unbedingt beachten!

OFFENBETRIEB VON STROMWANDLERN

Stromwandler, welche nicht direkt mit einer Bürde belastet werden, werdenim allgemeinen sekundärseitig kurzgeschlossen. Ein sekundärseitig offenbetriebener Stromwandler wirkt wie ein mit nahezu unendlich hohemWiderstand bebürdeter Wandler. Dabei ist die Kurvenform desSekundärstromes sehr stark verzerrt und es treten unter UmständenSpannungsspitzen auf, welche für den Menschen gefährdend wirkenkönnen. Offene Sekundärkreise, wie sie beim Austausch des Gerätesvorkommen können, sind daher unbedingt zu vermeiden!

Inbetriebnahme :

Achtung!

Bevor Sie das Gerät einschalten, vergewissern Sie sich, dass die An-schlussspannung Us am Seitentypenschild und die am Gerät angeschlos-sene Netzspannung übereinstimmen !

• Die Ansprechverzögerungwird so eingestellt, dass kurzzeitig auftretende zulässigeUnter- bzw. Überströme, z.B. beim Anlauf, nicht zum Abschalten führen.

• Netzspannung einschalten• Bei betriebsbereitem Gerät muss das Relais einschalten, wenn:

- beim Überstromrelais ein Strom kleiner als der eingestellte Ansprechwert IA durch

den Stromwandler fließt .- beim Unterstromrelais ein Strom größer als der eingestellte Ansprechwert I

A durchden Stromwandler fließt .

Fehlersuche und Maßnahmen

• Relais schaltet nicht ein:-Prüfen Sie, ob die Versorgungsspannung an Klemme A1, A2 richtig anliegt und mitder Gerätespannung des Seitentypenschildes übereinstimmt.- Prüfen Sie, ob der Stromwandler richtig angeschlossen ist.

!

Bearbeitet ( Tag / Name ) : 21.06.2002 Bö/ Fz Zeichnungs Nr.: 979 0713.3Blatt 3 von 4 Bezeichnung: STW 201 S ( U )24.06.2002 Technische Änderungen vorbehalten. EA - Nr. : 510.1

Technische Daten………………………………………

Typen-BezeichnungBestellnummerNennsteuerspannung / Frequenz Siehe TypenschildLeistungsaufnahmeSonstiges auf dem Gerät

………………………………………

Toleranz der Steuerspannung 0,85 … 1,1 UsToleranz der Frequenz 48 ... 62 Hz

Wandler- Anschlussanschließbare Wandler 1 x IN = 1 A / 2,5 VAWechselstrom-Innenwiderstand 0,1 ΩÜberlastbarkeit dauernd 1,2 x IN

max. 10 x IN für 3 sSchaltpunkte

Abschaltwert einstellbar Iab = 0,1 … 1 A x IN entsprechend 10 % … 100 %Schalthysterese <10 % IabEinschaltverzögerung < 200 msAnschprechverzögerung 0,2 s … 10 s einstellbar

Relais-Ausgang 1 USchaltspannung max. AC 400 VSchaltstrom max. 6 ASchaltleistung max. 2000 VA ( ohmsche Last )

max.48 W bei DC 24 VNenndauerstrom Ith 6 ANennbetriebsstrom Ie 2 A AC11 / AC15 400 V

2 A DC11 / DC13 24 V4 A AC11 / AC15 230 V

Empfohlene Vorsicherung 4 A flinkKontaktlebensdauer mech. 3 x 107 SchaltspieleKontktlebensdauer elektr. 1 x 105 Schaltspiele bei 230 V / 8 A

1 x 106 Schaltspiele bei 230 V / 2 AReduzierungsfaktor bei cos ϕ 0,3 0,5

Prüfbedingungen VDE 0160 / VDE 0660Nenn-Isolationsspannung Ui AC 400 VVerschmutzungsgrad 2 / VDE 0110Trafo VDE 0551Einschaltdauer 100 %

Gehäuse Bauform S12Abmessungen ( H x B x T ) 82 x 41,5 x 116 mmLeitungsanschluss 12 - polig, je 2 x 1,5 mm2

Schutzart Gehäuse IP 40Schutzart Klemmen IP 20Einbaulage beliebigzul. Umgebungstemperatur -20 … +55 °CBefestigung 35 mm Normschiene DIN EN 50 022 oder

Schraubbefestigung M4Gewicht ca. 300 g

Bearbeitet ( Tag / Name ) : 21.06.2002 Bö/ Fz Zeichnungs Nr.: 979 0713.3Blatt 4 von 4 Bezeichnung: STW 201 S ( U )24.06.2002 Technische Änderungen vorbehalten. EA - Nr. : 510.1

Anschlussplan:

18

=

Us

Ue = 400VIe = 2,5AAC 15

~

121187 9

15 16 A1 A2

1 42 3 5

Verbr.

L1N

0.2 10sec

Wandler WS / AS

0.1 1xIN

~- +

Bauform S12:

5

104,5

823623

,5

38

34

80

61

517,5

7,5

41,5

1741

10

82

1

12

34

57

68

910

1112

11,5

16

5

2

31

14

27,5

116

41,5

Sockel

1

2

3

Kabeldurchführung

Befestigungsbohrung für M4

Entriegelung(Nur für Schienenmontage)

2

6 B

uchs

en fü

r K

odie

rstif

te

1

Bijlage 3:

Meetwaarden test stroomtransfo.

TI 10mA en 50Hz

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

tijd

str

oo

m

primair secundair

TI bij 10mA en 500Hz

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

-0.003 -0.002 -0.001 0 0.001 0.002 0.003

tijd

str

oo

m

primair secundair

TI bij 10mA en 5kHz

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

-0.00015 -0.0001 -0.00005 0 0.00005 0.0001 0.00015

Primair Secundair

TI bij 10mA en 80kHz

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

-1.50E-05 -1.00E-05 -5.00E-06 0.00E+00 5.00E-06 1.00E-05 1.50E-05

tijd

str

oo

m

primair secundair

TI bij 20mA en 50Hz

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

primair secundair

TI 20mA en 500Hz

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

-0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 0.004 0.006

Primair Secundair

TI bij 20mA en 5kHz

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

-0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003

Primair Secundair

TI bij 20mA en 80kHz

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

-1.50E-05 -1.00E-05 -5.00E-06 0.00E+00 5.00E-06 1.00E-05 1.50E-05

tijd

str

oo

m

primair secundair

TI bij 100mA en 50Hz

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03

Primair Secundair

TI bij 100mA en 500Hz

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.003 -0.002 -0.001 0 0.001 0.002 0.003

Primair Secundair

TI bij 100mA en 5kHz

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.0003 -0.0002 -0.0001 0 0.0001 0.0002 0.0003

Primair Secundair

TI bij 100mA en 80kHz

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-3.00E-05 -2.00E-05 -1.00E-05 0.00E+00 1.00E-05 2.00E-05 3.00E-05

tijd

str

oo

m

primair secundair

Bijlage 4:

Datasheets: vonkbrug en transient voltage supressor

1/6

1.5KE6V8A/440A1.5KE6V8CA/440CA

TRANSILTM

PEAK PULSE POWER : 1500 W (10/1000µs) BREAKDOWN VOLTAGE RANGE :

From 6.8V to 440 V UNI AND BIDIRECTIONAL TYPES LOW CLAMPING FACTOR FAST RESPONSE TIME UL RECOGNIZED

FEATURES

DO-201

Symbol Parameter Value Unit

PPP Peak pulse power dissipation (see note 1) Tj initial = Tamb 1500 W

P Power dissipation on infinite heatsink Tamb = 75°C 5 W

IFSM Non repetitive surge peak forward currentfor unidirectional types

tp = 10msTj initial = Tamb

200 A

TstgTj

Storage temperature rangeMaximum junction temperature

- 65 to + 175175

°C°C

TL Maximum lead temperature for soldering during 10s at 5mmfrom case

230 °C

Note 1 : For a surge greater than the maximum values, the diode will fail in short-circuit.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Tamb = 25°C)

DESCRIPTION

Transil diodes provide high overvoltage protectionby clamping action. Their instantaneous responseto transient overvoltages makes them particularlysuited to protect voltage sensitive devices suchas MOS Technology and low voltage suppliedIC’s.

February 2002- Ed: 3A

Symbol Parameter Value Unit

Rth (j-l) Junction to leads 20 °C/W

Rth (j-a) Junction to ambient on printed circuit. Llead = 10 mm 75 °C/W

THERMAL RESISTANCES

®

1.5KExx

2/6

IIF

VF

VVCL VBR

VRM

I PP

I RMV

Symbol Parameter

VRM Stand-off voltage

VBR Breakdown voltage

VCL Clamping voltage

IRM Leakage current @ VRM

IPP Peak pulse current

αT Voltage temperature coefficient

VF Forward voltage drop

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Tamb = 25°C)

Types I RM @ VRM VBR @ IR VCL @ IPP VCL @ IPP αT Cmax min nom max max max max typ

note2 10/1000µs 8/20µs note3 note4

Unidirectional Bidirectional µA V V V V mA V A V A 10 -4/ °C pF

1.5KE6V8A 1.5KE6V8CA 1000 5.8 6.45 6.8 7.14 10 10.5 143 13.4 746 5.7 9500

1.5KE7V5A 1.5KE7V5CA 500 6.4 7.13 7.5 7.88 10 11.3 132 14.5 690 6.1 8500

1.5KE10A 1.5KE10CA 10 8.55 9.5 10 10.5 1 14.5 100 18.6 538 7.3 7000

1.5KE12A 1.5KE12CA 5 10.2 11.4 12 12.6 1 16.7 90 21.7 461 7.8 6000

1.5KE15A 1.5KE15CA 1 12.8 14.3 15 15.8 1 21.2 71 27.2 368 8.4 5000

1.5KE18A 1.5KE18CA 1 15.3 17.1 18 18.9 1 25.2 59.5 32.5 308 8.8 4300

1.5KE22A 1.5KE22CA 1 18.8 20.9 22 23.1 1 30.6 49 39.3 254 9.2 3700

1.5KE24A 1.5KE24CA 1 20.5 22.8 24 25.2 1 33.2 45 42.8 234 9.4 3500

1.5KE27A 1.5KE27CA 1 23.1 25.7 27 28.4 1 37.5 40 48.3 207 9.6 3200

1.5KE30A 1.5KE30CA 1 25.6 28.5 30 31.5 1 41.5 36 53.5 187 9.7 2900

1.5KE33A 1.5KE33CA 1 28.2 31.4 33 34.7 1 45.7 33 59.0 169 9.8 2700

1.5KE36A 1.5KE36CA 1 30.8 34.2 36 37.8 1 49.9 30 64.3 156 9.9 2500

1.5KE39A 1.5KE39CA 1 33.3 37.1 39 41.0 1 53.9 28 69.7 143 10.0 2400

1.5KE47A 1.5KE47CA 1 40.2 44.7 47 49.4 1 64.8 23.2 84 119 10.1 2050

1.5KE56A 1.5KE56CA 1 47.8 53.2 56 58.8 1 77 19.5 100 100 10.3 1800

1.5KE62A 1.5KE62CA 1 53.0 58.9 62 65.1 1 85 17.7 111 90 10.4 1700

1.5KE68A 1.5KE68CA 1 58.1 64.6 68 71.4 1 92 16.3 121 83 10.4 1550

1.5KE82A 1.5KE82CA 1 70.1 77.9 82 86.1 1 113 13.3 146 69 10.5 1350

1.5KE100A 1.5KE100CA 1 85.5 95.0 100 105 1 137 11 178 56 10.6 1150

1.5KE120A 1.5KE120CA 1 102 114 120 126 1 165 9.1 212 47 10.7 1000

1.5KE150A 1.5KE150CA 1 128 143 150 158 1 207 7.2 265 38 10.8 850

1.5KE180A 1.5KE180CA 1 154 171 180 189 1 246 6.1 317 31.5 10.8 725

1.5KExx

3/6

Types I RM @ VRM VBR @ IR VCL @ IPP VCL @ IPP αT Cmax min nom max max max max typ

note2 10/1000µs 8/20µs note3 note4

Unidirectional Bidirectional µA V V V V mA V A V A 10 -4/ °C pF

1.5KE200A 1.5KE200CA 1 171 190 200 210 1 274 5.5 353 28 10.8 675

1.5KE220A 1.5KE220CA 1 188 209 220 231 1 328 4.6 388 26 10.8 625

1.5KE250A 1.5KE250CA 1 213 237 250 263 1 344 5.0 442 23 11 560

1.5KE300A 1.5KE300CA 1 256 285 300 315 1 414 5.0 529 19 11 500

1.5KE350A 1.5KE350CA 1 299 332 350 368 1 482 4.0 618 16 11 430

1.5KE400A 1.5KE400CA 1 342 380 400 420 1 548 4.0 706 14 11 390

1.5KE440A 1.5KE440CA 1 376 418 440 462 1 603 3.5 776 13 11 360

Note 2 : Pulse test: tp < 50 ms.Note 3 : ∆VBR = αT * (Tamb - 25) * VBR(25°C).Note 4 : VR = 0 V, F = 1 MHz. For bidirectional types,

capacitance value is divided by 2.

Fig. 1: Peak pulse power dissipation versusinitial junction temperature (printed circuit

10 s

1000 s

% IPP

50

0 t

PULSE WAVEFORM 10/1000 s

100

1.5KExx

4/6

Fig. 2 : Peak pulse power versus exponential pulse duration.

Fig. 3 : Clamping voltage versus peak pulse current.Exponential waveform: tp = 20 µs________

tp = 1 ms——————-tp = 10 ms ...............

Note : The curves of the figure 3 are specified for a junction temperature of 25°C before surge.The given results may be extrapolated for other junction temperatures by using the following formula :∆VBR = αT* (Tamb -25) * VBR(25°C).For intermediate voltages, extrapolate the given results.

1.5KExx

5/6

Fig. 6 : Transient thermal impedance junc-tion-ambient versus pulse duration (For FR4 PCBoard with L lead = 10mm).

Fig. 5 : Peak forward voltage drop versus peakforward current (typical values for unidirectionaltypes).Note : Multiply by 2 for units with VBR > 220 V.

Fig. 4b : Capacitance versus reverse appliedvoltage for bidirectional types (typical values).

Fig. 4a : Capacitance versus reverse appliedvoltage for unidirectional types (typical values).

Fig. 7 : Relative variation of leakage currentversus junction temperature.

1.5KExx

6/6

Packaging : standard packaging is in tape and reel.

PACKAGE MECHANICAL DATADO-201 (Plastic)

1.5 KE 100 C A RL

1500W

BREAKDOWN VOLTAGEBIDIRECTIONALNo suffix: Unidirectional

PACKAGING= Ammopack tape

RL = Tape & reel

ORDER CODE

REF.

DIMENSIONS

Millimeters Inches

Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.

A 8.5 9.5 0.335 0.374

B 25.4 1

∅ C 4.8 5.3 0.189 0.209

∅ D 0.96 1.06 0.038 0.042

Weight = 0.876 g.

MARKING : Logo, Date Code, Type Code, Cathode Band (for unidirectional types only).

Information furnished is believed to be accurate and reliable. However, STMicroelectronics assumes no responsibility for the consequences ofuse of such information nor for any infringement of patents or other rights of third parties which may result from its use. No license is granted byimplication or otherwise under any patent or patent rights of STMicroelectronics. Specifications mentioned in this publication are subject tochange without notice. This publication supersedes and replaces all information previously supplied.STMicroelectronics products are not authorized for use as critical components in life support devices or systems without express writtenapproval of STMicroelectronics.

The ST logo is a registered trademark of STMicroelectronics

© 2003 STMicroelectronics - Printed in Italy - All rights reserved.

STMicroelectronics GROUP OF COMPANIESAustralia - Brazil - Canada - China - Finland - France - Germany

Hong Kong - India - Israel - Italy - Japan - Malaysia - Malta - Morocco - SingaporeSpain - Sweden - Switzerland - United Kingdom - United States.

http://www.st.com

B

∅D

∅C

A B

This datasheet has been download from:

www.datasheetcatalog.com

Datasheets for electronics components.

BMMiniature Gas Tubes3-Element Surge Arrester

The Citel BM Gas Discharge Tubes use non- radioactive technology and havebeen designed to protect Telecom and Datacom equipment against lightningsurges and electrical transients.

The BM-CMS version is SMD compatible.

UL approved

Non-radioactive

Soldering characteristics comply withCEI 68-2-20 standards.

ISO 9002 certified

Note: All dimensions are in millimeters.

2.5 1

4

Recommended Padsfor BM-CMS

BMBM

7.5

5

Electrical SpecificationsBM

Part Number

Soldering Methods

BM - 90 BM - 150 BM - 230 BM - 350 BM - 500

Note: Other DC sparkover voltages can be offered upon request.

Description Part No: :Bare gas tube BMSMD version BM-CMS

The BM-CMS series is designed in compliance with SMD technology like Vapor Phase andInfrared Tunnel. The terminal coating is Sn-Pb with a Nickel barrier.

:- The assembly should be pre-heated to about 100 C to minimize the thermal shock.- The typical solder temperature is 215 C (max. 260 C) and the exposure time at thistemperature should not exceed 20 seconds.- Considering the dimensions of the gas tube, the wave soldering method is not recommended.

Recommendations of Solderingo

o o

Bijlage 5:

Informatie over de data-acquisitie kaart: NI USB 6210.

NI USB-621x SpecificationsSpecifications listed below are typical at 25 °C unless otherwise noted.

Analog InputNumber of channels

USB-6210/6211/6215................. 8 differential or 16 single ended

USB-6218................................... 16 differential or 32 single ended

ADC resolution ............................... 16 bits

DNL ................................................ No missing codes guaranteed

INL.................................................. Refer to the AI Absolute Accuracy Table

Sampling rate

Maximum ................................... 250 KS/s (aggregate)

Minimum.................................... 0 S/s

Timing accuracy ......................... 50 ppm of sample rate

Timing resolution ....................... 50 ns

Input coupling ................................. DC

Input range ...................................... ±10 V, ±5 V, ±1 V, ±0.2 V

Maximum working voltage for analog inputs(signal + common mode) ................ ±10.4 V of AI GND

CMRR (DC to 60 Hz) ..................... 100 dB

Input impedance

Device on

AI+ to AI GND ...................... >10 GΩ in parallel with 100 pF

AI– to AI GND ...................... >10 GΩ in parallel with 100 pF

Device off

AI+ to AI GND ...................... 1200 ΩAI– to AI GND ...................... 1200 Ω

Input bias current.............................±100 pA

Crosstalk (at 100 kHz)

Adjacent channels .......................–75 dB

Non-adjacent channels ................–90 dB

Small signal bandwidth (–3 dB)......450 kHz

Input FIFO size................................4,095 samples

Scan list memory .............................4,095 entries

Data transfers...................................USB Signal Stream, programmed I/O

Overvoltage protection (AI <0..31>, AI SENSE)

Device on ....................................±30 V for up to two AI pins

Device off ...................................±20 V for up to two AI pins

Input current during overvoltage condition ......................±20 mA max/AI pin

Settling Time for Multichannel MeasurementsAccuracy, full scale step, all ranges

±90 ppm of step (±6 LSB) ..........4 μs convert interval

±30 ppm of step (±2 LSB) ..........5 μs convert interval

±15 ppm of step (±1 LSB) ..........7 μs convert interval

NI USB-621x Specifications 2 ni.com

Typical Performance Graphs Analog OutputNumber of channels

USB-6210................................... 0

USB-6211/6215/6218................. 2

DAC resolution ............................... 16 bits

DNL ................................................ ±1 LSB

Monotonicity................................... 16 bit guaranteed

Maximum update rate

1 channel .................................... 250 kS/s

2 channels ................................... 250 kS/s per channel

Timing accuracy ............................. 50 ppm of sample rate

Timing resolution............................ 50 ns

Output range ................................... ±10 V

Output coupling .............................. DC

Output impedance ........................... 0.2 Ω

Output current drive........................ ±2 mA

Overdrive protection ....................... ±30 V

Overdrive current ............................ 2.4 mA

Power-on state................................. ±20 mV

Power-on glitch............................... ±1 V for 200 ms

Output FIFO size ............................ 8,191 samples shared among channels used

Data transfers .................................. USB Signal Stream, programmed I/O

AO waveform modes:

• Non-periodic waveform

• Periodic waveform regeneration mode from onboard FIFO

• Periodic waveform regeneration from host buffer including dynamic update

Settling time, full scale step15 ppm (1 LSB) .............................. 32 μs

Slew rate ......................................... 10 V/μs

Glitch energy

Magnitude................................... 100 mV

Duration...................................... 2.6 μs

Calibration (AI and AO)Recommended warm-up time......... 15 minutes

Calibration interval ......................... 1 year

Settling Error Versus Time for Different Source Impedances

1

10

100

1 k

10 k

110 100

Err

or (

ppm

of S

tep

Siz

e)

AI <0..31> CMRR

40

60

80

100

120

60 100 1 k 10 k 100 kFrequency (Hz)

CM

RR

(dB

)

140

© National Instruments Corporation 3 NI USB-621x Specifications

AI A

bsol

ute

Accu

racy

Tab

le

Nom

inal

Ran

geR

esid

ual

Gai

n E

rror

(p

pm o

f R

eadi

ng)

Gai

n Te

mpc

o (p

pm/°

C)

Ref

eren

ce

Tem

pco

Res

idua

l O

ffse

t E

rror

(p

pmof

R

ange

)

Off

set

Tem

pco

(ppm

of

Ran

ge/°

C)

INL

Err

or

(ppm

of

Ran

ge)

Ran

dom

N

oise

, σ

(μV

rms)

Abs

olut

e A

ccur

acy

at F

ull

Scal

e1 (μ

V)

Sens

itiv

ity2

(μV

)P

osit

ive

Ful

lSca

leN

egat

ive

Ful

lSca

le

10–1

075

7.3

520

3476

229

2,69

091

.6

5–5

857.

35

2036

7611

81,

410

47.2

1–1

957.

35

2549

7626

310

10.4

0.2

–0.

213

57.

35

4011

676

1288

4.8

Abs

olut

eAcc

urac

y =

Rea

ding

· (G

ainE

rror

) +

Ran

ge ·

(Off

setE

rror

) +

Noi

seU

ncer

tain

tyG

ainE

rror

= R

esid

ualA

IGai

nErr

or +

Gai

nTem

pco

· (Te

mpC

hang

eFro

mL

astI

nter

nalC

al)

+ R

efer

ence

Tem

pco

· (Te

mpC

hang

eFro

mL

astE

xter

nalC

al)

Off

setE

rror

= R

esid

ualA

IOff

setE

rror

+ O

ffse

tTem

pco

· (Te

mpC

hang

eFro

mL

astI

nter

nalC

al)

+ I

NL

_Err

or

1 A

bsol

ute

accu

racy

at f

ull s

cale

on

the

anal

og in

put c

hann

els

is d

eter

min

ed u

sing

the

foll

owin

g as

sum

ptio

ns:

Tem

pCha

ngeF

rom

Las

tExt

erna

lCal

= 1

0°C

Tem

pCha

ngeF

rom

Las

tInt

erna

lCal

= 1

°Cnu

mbe

r_of

_rea

ding

s =

100

Cov

erag

eFac

tor

= 3

σ

For

exam

ple,

on

the

10 V

ran

ge, t

he a

bsol

ute

accu

racy

at f

ull s

cale

is a

s fo

llow

s:G

ainE

rror

= 7

5 pp

m +

7.3

ppm

· 1

+ 5

ppm

· 10

Gai

nErr

or =

132

ppm

Off

setE

rror

= 2

0 pp

m +

34

ppm

· 1

+ 7

6 pp

m

Off

setE

rror

= 1

30 p

pm

Abs

olut

eAcc

urac

y =

10

V ·

(Gai

nErr

or)

+ 1

0 V

· (O

ffse

tErr

or)

+ N

oise

Unc

erta

inty

Abs

olut

eAcc

urac

y =

2,6

90 μ

V

2 Se

nsiti

vity

is th

e sm

alle

st v

olta

ge c

hang

e th

at c

an b

e de

tect

ed. I

t is

a fu

nctio

n of

noi

se.

Acc

urac

ies

list

ed a

re v

alid

for

up

to o

ne y

ear

from

the

devi

ce e

xter

nal c

alib

ratio

n.

Noi

seU

ncer

tain

tyR

ando

mN

oise

3⋅10

0----

--------

--------

--------

--------

-----

=Fo

r a c

over

age

fact

or o

f 3 σ

and

ave

ragi

ng 1

00 p

oint

s.

Noi

seU

ncer

tain

ty22

9 μ

V3⋅

100

--------

--------

--------

--=

Noi

seU

ncer

tain

ty68

.7 μ

V=

NI USB-621x Specifications 4 ni.com

AO A

bsol

ute

Accu

racy

Tab

le

Nom

inal

Ran

geR

esid

ual G

ain

Err

or (p

pm o

f R

eadi

ng)

Gai

n T

empc

o (p

pm/°

C)

Ref

eren

ce

Tem

pco

Res

idua

l O

ffse

t E

rror

(p

pmof

R

ange

)

Off

set T

empc

o (p

pm o

f R

ange

/°C

)

INL

Err

or

(p

pmof

R

ange

)

Abs

olut

e A

ccur

acy

at

Ful

l Sca

le1

(μV

)P

osit

ive

Ful

lSca

leN

egat

ive

Ful

lSca

le

10–1

090

115

6012

128

3,51

2

1 A

bsol

ute

Acc

urac

y at

full

scal

e nu

mbe

rs is

val

id im

med

iate

ly fo

llow

ing

inte

rnal

cal

ibra

tion

and

assu

mes

the

devi

ce is

ope

ratin

g w

ithin

10

°C o

f the

last

ext

erna

l cal

ibra

tion.

A

ccur

acie

s li

sted

are

val

id f

or u

p to

one

yea

r fr

om th

e de

vice

ext

erna

l cal

ibra

tion.

Abs

olut

eAcc

urac

y =

Out

putV

alue

· (G

ainE

rror

) +

Ran

ge ·

(Off

setE

rror

)G

ainE

rror

= R

esid

ualG

ainE

rror

+ G

ainT

empc

o · (

Tem

pCha

ngeF

rom

Las

tInt

erna

lCal

) +

Ref

eren

ceTe

mpc

o · (

Tem

pCha

ngeF

rom

Las

tExt

erna

lCal

)O

ffse

tErr

or =

Res

idua

lOff

setE

rror

+ A

OO

ffse

tTem

pco

· (Te

mpC

hang

eFro

mL

astI

nter

nalC

al)

+ I

NL

_Err

or

© National Instruments Corporation 5 NI USB-621x Specifications

Digital I/O/PFIStatic CharacteristicsNumber of channels

Digital input

USB-6210/6211/6215 ............ 4 (PFI <0..3>/P0.<0..3>)

USB-6218 .............................. 8 (PFI <0..3>/P0.<0..3>, PFI <8..11>/P0.<4..7>)

Digital output

USB-6210/6211/6215 ............ 4 (PFI <4..7>/P1.<0..3>)

USB-6218 .............................. 8 (PFI <4..7>/P1.<0..3>, PFI <12..15>/P1.<4..7>)

Ground reference ............................ D GND

Pull-down resistor ........................... 47 kΩ ±1%

Input voltage protection1................. ±20 V on up to 8 pins

PFI/Port 0/Port 1 FunctionalityPFI <0..3>, PFI <8..11>/Port 0

Functionality............................... Static digital input, timing input

Debounce filter settings.............. 125 ns, 6.425 μs, 2.54 ms, disable; high and low transitions; selectable per input

PFI <4..7>, PFI <12..15>/Port 1functionality .................................... Static digital output,

timing output

Timing output sources .................... Many AI, AO, counter timing signals

Maximum Operation Conditions

Digital Input Characteristics

Digital Output Characteristics

1 Stresses beyond those listed under Input voltage protection may cause permanent damage to the device.

Level Min Max

IOL output low current — 16 mA

IOH output high current — –16 mA

Level Min Max

VIL input low voltage

VIH input high voltage

0 V

2 V

0.8 V

5.25 V

IIL input low current (Vin = 0 V)

IIH input high current (Vin = 5 V)

—

—

–10 μA

120 μA

Parameter Voltage Level Current Level

VOL 0.6 V 6 mA

VOH 2.7 V –16 mA

3.8 V –6 mA

NI USB-621x Specifications 6 ni.com

General-Purpose Counter/TimersNumber of counter/timers ...............2

Resolution........................................32 bits

Counter measurements ....................Edge counting, pulse, semi-period, period, two-edge separation

Position measurements ....................X1, X2, X4 quadrature encoding with Channel Z reloading; two-pulse encoding

Output applications..........................Pulse, pulse train with dynamic updates, frequency division, equivalent time sampling

Internal base clocks .........................80 MHz,20 MHz,0.1 MHz

External base clock frequency.........0 MHz to 20 MHz

Base clock accuracy ........................50 ppm

Inputs ...............................................Gate, Source, HW_Arm, Aux, A, B, Z, Up_Down

Routing options for inputs...............PFI <0..3>, PFI <8..11>, many internal signals

FIFO ................................................1,023 samples

Data transfers...................................USB Signal Stream, programmed I/O

Frequency GeneratorNumber of channels.........................1

Base clocks ......................................10 MHz, 100 kHz

Divisors ...........................................1 to 16

Base clock accuracy ........................50 ppm

Output can be available on any PFI <4..7> or PFI <12..15> terminal.

External Digital TriggersSource ............................................. PFI <0..3>, PFI <8..11>

Polarity............................................ Software-selectable for most signals

Analog input function ..................... Start Trigger, Reference Trigger, Pause Trigger, Sample Clock, Convert Clock, Sample Clock Timebase

Analog output function ................... Start Trigger, Pause Trigger, Sample Clock, Sample Clock Timebase

Counter/timer functions .................. Gate, Source, HW_Arm, Aux, A, B, Z, Up_Down,

Bus InterfaceUSB................................................. USB 2.0 Hi-Speed or

full-speed1

USB Signal Stream (USB).............. 4, can be used for analog input, analog output, counter/timer 0, counter/timer 1

Power RequirementsUSB

Input voltage on USB-621x USB port..................................... 4.5 to 5.25 V in

configured state

Maximum inrush current ............ 500 mA

No load typical current ............... 320 mA at 4.5 V

Maximum load

Typical current....................... 400 mA at 4.5 V

Suspend current...................... 260 μA, typical

+5V terminal as output

Voltage ....................................... 4.6 to 5.2 V

Current (internally limited) ........ 50 mA max, shared with digital outputs

1 If you are using a USB M Series device in full-speed mode, device performance will be lower and you will not be able to achieve maximum sampling/update rates.

© National Instruments Corporation 7 NI USB-621x Specifications

+5V terminal as input

Voltage ....................................... 4.75 to 5.35 V

Current........................................ 350 mA max, self-resetting fuse

Caution Do not exceed 16 mA per DIO pin.

Protection.................................... ±10 V

Maximum Working Voltage1

USB-6210/6211Channel-to-earth ground ................. 11 V,

Measurement Category I

Caution Do not use for measurements within Categories II, III, or IV.

USB-6215/6218Channel-to-earth ground2

Continuous.................................. ≤30 Vrms/60 VDC, Measurement Category I3

Withstand.................................... ≤840 Vrms/1200 VDC, verified by a 5 s dielectric withstand test

Channel-to-bus4

Continuous.................................. ≤30 Vrms/60 VDC, Measurement Category I3

Withstand.................................... ≤1400 Vrms/1950 VDC, verified by a 5 s dielectric withstand test

Analog channel to AI GND/AO GND (in Figure 1, ⎪Va – Vc⎪) .................. ≤11 V,

Measurement Category I3

Digital channel to D GND (in Figure 1, Vb – Vc) ...................... ≤5.25 V,

Measurement Category I3

Caution This device is rated for Measurement Category I and the voltage across the isolation barrier is limited to no greater than 30 Vrms/60 VDC/42.4 Vpk continuous. Do not use for measurements within Categories II, III, or IV.

Figure 1 illustrates the maximum working voltage specifications.

Figure 1. USB-6215/6218 Maximum Working Voltage

EnvironmentalOperating temperature.....................0 to 45 °C

Storage temperature.........................–20 to 70 °C

Humidity..........................................10 to 90% RH, noncondensing

Maximum altitude ...........................2,000 m

Pollution Degree(indoor use only) .............................2

1 Maximum working voltage refers to the signal voltage plus the common-mode voltage.2 In Figure 1, ⎪Va – Vd⎪, ⎪Vb – Vd⎪, and ⎪Vc – Vd⎪.3 Measurement Category I is for measurements performed on circuits not directly connected to the electrical distribution system

referred to as MAINS voltage. MAINS is a hazardous live electrical supply system that powers equipment. This category is for measurements of voltages from specially protected secondary circuits. Such voltage measurements include signal levels, special equipment, limited-energy parts of equipment, circuits powered by regulated low-voltage sources, and electronics.

4 In Figure 1, ⎪Va – Ve⎪, ⎪Vb – Ve⎪, and ⎪Vc – Ve⎪.

Isolated Front End USB Connector

Isolation Barrier

AI x/AO x Va

Vb PFI x

Vc AI GND/AO GND/D GND

Vd

Ve

Bus

Bus

NI USB-621x Specifications 8 ni.com

Physical CharacteristicsEnclosure dimensions(includes connectors).......................16.9 × 9.4 × 3.1 cm

(6.65 × 3.70 × 1.20 in.)

WeightUSB-6210/6211/6215/6218.............205 g (7.23 oz)

I/O connectors

USB-6210/6211/6215 .................Two 16-position combicon

USB-6218 ...................................Four 16-position combicon

USB connector ................................Series B receptacle

Screw terminal wiring .....................16 to 28 AWG

Torque for screw terminals..............0.22–0.25 N · m (2.0–2.2 lb · in.)

SafetyThis product is designed to meet the requirements of the following standards of safety for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:

• IEC 61010-1, EN-61010-1

• UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1

Note For UL and other safety certifications, refer to the product label or visit ni.com/certification, search by model number or product line, and click the appropriate link in the Certification column.

Electromagnetic CompatibilityThis product is designed to meet the requirements of the following standards of EMC for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use:

• EN 61326 EMC requirements; Minimum Immunity

• EN 55011 Emissions; Group 1, Class A

• CE, C-Tick, ICES, and FCC Part 15 Emissions; Class A

Note For EMC compliance, operate this device with shielded cabling.

CE ComplianceThis product meets the essential requirements of applicable European Directives, as amended for CE marking, as follows:

• 73/23/EEC; Low-Voltage Directive (safety)

• 89/336/EEC; Electromagnetic Compatibility Directive (EMC)

Note Refer to the Declaration of Conformity (DoC) for this product for any additional regulatory compliance information. To obtain the DoC for this product, visit ni.com/certification, search by model number or product line, and click the appropriate link in the Certification column.

Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE)

EU Customers At the end of their life cycle, all products must be sent to a WEEE recycling center. For more information about WEEE recycling centers and National Instruments WEEE initiatives, visit ni.com/environment/weee.htm.

© National Instruments Corporation 9 NI USB-621x Specifications

Figure 2. USB-6210 Pinout Figure 3. USB-6211/6215 Pinout

56

78

12

34

1314

1516

910

1112

AI 1AI 9AI 2AI 10AI 3AI 11AI SENSEAI 4AI 12AI 5AI 13AI GNDAI 6AI 14AI 7AI 15

PFI 0/P0.0 (In)PFI 1/P0.1 (In)PFI 2/P0.2 (In)PFI 3/P0.3 (In)D GNDPFI 4/P1.0 (Out)PFI 5/P1.1 (Out)PFI 6/P1.2 (Out)PFI 7/P1.3 (Out)+5 VD GNDNCNCRESERVEDAI 0AI 8

2122

2324

1718

1920

2930

3132

2526

2728

NC = No Connect

56

78

12

34

1314

1516

910

1112

AI 1AI 9AI 2AI 10AI 3AI 11AI SENSEAI 4AI 12AI 5AI 13AI GNDAI 6AI 14AI 7AI 15

PFI 0/P0.0 (In)PFI 1/P0.1 (In)PFI 2/P0.2 (In)PFI 3/P0.3 (In)D GNDPFI 4/P1.0 (Out)PFI 5/P1.1 (Out)PFI 6/P1.2 (Out)PFI 7/P1.3 (Out)+5 VD GNDAO 0AO 1AO GNDAI 0AI 8

2122

2324

1718

1920

2930

3132

2526

2728

National Instruments, NI, ni.com, and LabVIEW are trademarks of National Instruments Corporation. Refer to the Terms of Use section on ni.com/legal for more information about National Instruments trademarks. Other product and company names mentioned herein are trademarks or trade names of their respective companies. For patents covering National Instruments products, refer to the appropriate location: Help»Patents in your software, the patents.txt file on your CD, or ni.com/patents.

© 2006 National Instruments Corporation. All rights reserved. 371932C-01 Dec06

Figure 4. USB-6218 Pinout

AI 1AI 9AI 2AI 10AI 3AI 11AI SENSEAI 4AI 12AI 5AI 13AI GNDAI 6AI 14AI 7AI 15

PFI 0/P0.0 (In)PFI 1/P0.1 (In)PFI 2/P0.2 (In)PFI 3/P0.3 (In)D GNDPFI 4/P1.0 (Out)PFI 5/P1.1 (Out)PFI 6/P1.2 (Out)PFI 7/P1.3 (Out)+5 VD GNDAO 0AO 1AO GNDAI 0AI 8

56

78

12

34

1314

1516

910

1112

2122

2324

1718

1920

2930

3132

2526

2728

AI 17AI 25AI 18AI 26AI 19AI 27AI GNDAI 20AI 28AI 21AI 29AI GNDAI 22AI 30AI 23AI 31

PFI 8/P0.4 (In)PFI 9/P0.5 (In)PFI 10/P0.6 (In)PFI 11/P0.7 (In)D GNDPFI 12/P1.4 (Out)PFI 13/P1.5 (Out)PFI 14/P1.6 (Out)PFI 15/P1.7 (Out)+5 VD GNDNCNCAI GNDAI 16AI 24

56

78

12

34

1314

1516

910

1112

2122

2324

1718

1920

2930

3132

2526

2728 60

5958

5764

6362

6152

5150

4956

5554

5344

4342

4148

4746

4536

3534

3340

3938

37

NC = No Connect

Bijlage 6:

Uitleg over het Nyquist theorema.

Nyquist-frequentie en Aliasing:

Onder meer in de telecommunicatie en de elektronische signaalverwerking is de Nyquist-bemonsteringsfrequentie de (theoretisch) minimaal benodigde bemonsteringsfrequentie waarmee een gegeven signaal dat in bandbreedte begrensd is, volledig kan worden gerepresenteerd. Met andere woorden: een signaal kan op betrouwbare wijze gereconstrueerd worden vanuit de bemonsterde waarden. Als de hoogste in het signaal voorkomende frequentie f0 is, dan is de Nyquist-bemonsteringsfrequentie 2f0. Omgekeerd, bij een gegeven bemonsteringsfrequentie f, is de Nyquist-frequentie de maximale frequentie f/2 die uit het bemonsterde signaal correct kan worden gereconstrueerd.

Als een signaal wordt bemonsterd met bemonsteringsfrequentie f, dan is iedere aanwezige signaalcomponent boven een frequentie f/2 niet betrouwbaar reconstrueerbaar vanuit de signaalmonsters. De frequentie f/2 staat bekend als de Nyquist-frequentie, onder verwijzing naar het Nyquist-Shannon bemonsteringstheorema. De frequentiecomponenten die boven de Nyquist-frequentie liggen gaan niet verloren, maar worden gemengd met de lager-frequente componenten. Na bemonstering is deze vermenging niet meer ongedaan te maken. Dit ongewenste effect wordt aliasing genoemd (Figuur 1).

Voorbeeld: Compact Disc-geluid met een bemonsteringsfrequentie van 44.100 Hz kan geen frequenties die hoger zijn dan 22.050 Hz opslaan.

Opmerking 1: De feitelijke bemonsteringsfrequentie die nodig is om het originele signaal te kunnen reconstrueren moet in de praktijk enigszins hoger zijn dan de Nyquist-bemonsteringsfrequentie omdat filters een eindige overgang hebben.

Figuur 1: voorbeeld Aliasing.

De rode golfvorm is de te bemonsteren golfvorm (bemonsterd met een hoge sample rate) en de blauwe golfvorm is de golfvorm die ontstaat als er met een te lage sample frequentie bemonsterd wordt. Dit geeft aanleiding tot aliasing.

Schematisch ziet een aliasingsfout er als volgt uit: Een signaal met frequentiecomponenten f0 en f1 wordt bemonsterd. f0 wordt correct bemonsterd omdat deze beneden de Nyquist-frequentie fN ligt. Omdat f1 daar boven ligt wordt f1 in het bemonsterde signaal gespiegeld om fN en dus foutief afgebeeld (fa).