Isolasjonsresistansmålinger på koaksialkabel

Transkript

1 Avdeling for teknologiske fag Ingeniørutdanningen RAPPORT FRA 1. OG 2. SEMESTERS UNDERVISNINGSPROSJEKT HØSTEN 2004 OG VÅREN 2005 Tema: E2801 Kommunikasjon, prosjekt og IKT-verktøy. EY Isolasjonsresistansmålinger på koaksialkabel Avdeling for teknologiske fag Adresse: Kjølnes ring 56, Pb 203, 3918 Porsgrunn, telefon , Ingeniørutdanning - Sivilingeniørutdanning Doktorgradsutdanning

2 Avdeling for teknologiske fag Ingeniørutdanningen RAPPORT FRA 1. OG 2. SEMESTERS UNDERVISNINGSPROSJEKT 2004/ 2005 Tema: E2801 Kommunikasjon, IKT-verktøy og prosjekt Tittel: Koaksialkabel Prosjektgruppe: EY Tilgjengelighet: Åpen Gruppedeltakere: Karakter: Dato: Signatur hovedveileder/sensor: Arnulv Steinholt Kjell Ole Tonstad Geir Vågsland Eivind Wormdal Hovedveileder: Biveileder/sensor: Biveileder/sensor: Gro H. E. Wærstad Thor Otto Johansen Jorunn Kvennodd Godkjent for arkivering: Dato: Sammendrag: Rapporten inneholder resultater fra følgende målinger på koaksialkabel: - Isolasjonsresistanstest R(t), er en test som måler isolasjonsmotstand som funksjon av tiden. - Strømmålingstest I(t), er en test som måler lekkasjestrømmen som funksjon av tiden. - PI test, en test som indikerer om isolasjonsresistansen blir svekket over tid. - Step voltage test, som tester når isolasjonsmaterialet blir overbelastet. - Burn test, en test som skal lage en varig skade i en kabel med svekket isolasjon. Rapporten inneholder også et kapittel om kapasitans og resistans. På R(t) test ble det konstatert at isolasjonsresistansen gradvis økte for å så gå over isolasjonstesterens måleverdiområde. Ved I-testene viste resultatene at strømmen var høy de første sekundene for så å stabilisere seg rundt null. Både ved step voltage- og burn-testene ble det overslag i den simulerte feilen når spenningen ble tilstrekkelig høy. Testene bekrefter at isolasjonsresistansen i koaksialkabelen er god i forhold til spenningen testene er gjennomført med. Høgskolen tar ikke ansvar for denne studentrapportens resultater og konklusjoner. Avdeling for teknologiske fag

3 Forord FORORD Denne rapporten er et resultat av 1. og 2. semesters undervisningsprosjekt i faget kommunikasjon, IKT-verktøy og prosjekt. Målet med oppgaven er å tilegne seg kunnskap om hvordan et prosjekt drives og hvordan en teknisk rapport skrives. Rapporten bygger på resultater fra laboratoriemålinger på koaksialkabler. Laboratoriemålingene er utført på elektrolaboratoriet ved Høgskolen i Telemark avdeling Porsgrunn. Det er også brukt lærebøker, internett og personlig kompetanse under utarbeidelsen av rapporten. Det kreves grunnleggende kunnskaper i elektroteknikk for å kunne forstå innholdet i rapporten Det er også laget en webside som inngår i prosjektet. Vi vil takke Thor Otto Johansen, Jorunn Kvennodd og Gro H. E. Wærstad for god hjelp og veiledning under prosjektet. Porsgrunn, Arnulv Steinholt Geir Vågsland Kjell Ole Tonstad Eivind Wormdal EY

4 Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Forord...3 Innholdsfortegnelse Innledning Teori Koaksialkabel Resistans Kapasitans Målemetodikk Fakta om Isolasjonstesteren Konseptet ved isolasjonstesting R-test (Isolasjonsresistanstest) I-test (målinger av lekkasjestrøm) PI-test (Polarisasjonsindekstest) Step voltage test Burn test (Feil indikasjon) Kabeltype Resultater R-test på koaksialkabel 40 m 1 kv I-test koaksialkabel 40 m 1 KV I-test koaksialkabel 20 m 1 KV I-test koaksialkabel 10 m 1 KV PI-test koaksialkabel RG 58 1 KV 10 m, 20 m og 40 m Step Voltage tester Burntester Konklusjon Referanseliste Vedleggsliste...35 EY

5 Innledning 1 INNLEDNING Bakgrunnen for denne rapporten er en førsteårs gruppeoppgave i prosjektarbeid. Oppgaven er å gjøre isolasjonsresistansmålinger på koaksialkabler og skrive en teknisk rapport om resultatene. Den tildelte oppgaven er avgrenset til følgende problemstillinger: Hva har lengden på en koaksialkabel å si på isolasjonsresistansen i kabelen? Utføre målinger på isolasjonsresistansen som funksjon av tiden og lekkasjestrømmen som funksjon av tiden, på 3 forskjellige lengder av koaksialkabelen? Utføre målinger som undersøker om isolasjonsresistansen forandrer seg over en gitt tid (PI-verdien). Hva skjer ved en Burn test av en nesten kortsluttet koaksialkabel? Hva skjer under en Step voltage test av en nesten kortsluttet koaksialkabel? Prosjektrapporten skal også inneholde et teorikapittel om kapasitans og resistans. Målet med oppgaven er å tilegne seg kunnskaper i kommunikasjonsfaget og prosjektutførelse. For å løse oppgaven skal det brukes en isolasjonstester av typen MEGGER BM25 og koaksialkabel av typen RG 58 C/U. EY

6 Teori 2 TEORI Dette kapitlet inneholder grunnleggende fakta om koaksialkabel, resistans og kapasitans. 2.1 Koaksialkabel Koaksialkabel er en signalkabel som er bygd opp av en kjerne, indre isolasjon (dielektrikum), skjerm og ytre isolasjon (Figur 2-1). Kjernen er som regel lagd av kobber eller stål og kan være entrådet eller flertrådet. Kjernen er isolert av forskjellige typer plast. Hva slags materiale denne isolasjonen er lagd av bestemmer hva slags egenskaper kabelen har. Rundt isolasjonen er det en strømpe av flettet metall og helt ytterst en isolasjonskappe. Figur 2-1 Koaksialkabel [1] 1: senterleder 2: isolasjon 3: metallskjerm 4: ytre isolasjon Signalene som overføres i kabelen blir sendt i senterlederen. Metallskjermen som ligger rundt kjernen er signaljording. Metallskjermen beskytter også mot elektromagnetisk støy og signaloverslag mellom kabler som ligger nær hverandre. Ytterisolasjonen (kappa) beskytter kabelen mot utvendige faktorer som vær og vind. EY

7 Teori 2.2 Resistans Når det blir påtrykket en spenning på et materiale fører dette til at elektronene begynner å flytte på seg mellom atomene i materialet. Denne forflyttningen av elektroner kalles for elektrisk strøm. Den har symbol I og blir målt i ampere (A). Strømmen av elektroner vil bli motvirket av en kraft som kan sammenlignes med mekanisk friksjon. Denne motstanden, som omgjør elektrisk energi til varme, kalles for resistans. Resistans har symbolet R og måles i ohm (). Hvor stor resistansen i en gjenstand er, avhenger av flere ting: Hva slags materiale gjenstanden er laget av. Gjenstandens lengde (l). Gjenstandens tverrsnitt (A). Temperaturen. Forskjellige materialer har ulik evne til å lede strøm. For eksempel har porselen stor resistans mot strøm og blir derfor brukt i isolatorer mens kobber har liten resistans mot strøm og blir brukt som leder i kabler. Materialets spesifikke motstand kalles for resistivitet, har symbol og blir målt i (*mm 2 )/m (Tabell 2-1). En annen viktig faktor som påvirker resistansen er temperaturen. Resistiviteten til et materiale er derfor oppgitt ved en bestemt temperatur. Resistiviteten forandrer seg når temperaturen endres. Tabell 2-1Resistivitetstabell [4] Materiale Resistivitet (20 C) Sølv 0,0167 Kobber 0,0178 Gull 0,022 Aluminium 0,0278 Wolfram 0,055 Karbon 100 Formelen ρ *l R = gir sammenhengen mellom resistans, resistivitet, lengde og tverrsnitt, i en A gjenstand. EY

8 Teori Eksempel: Resistansen i en 500 m lang kobberleder med tverrsnitt 10mm 2 blir: 0, 0178*500 R = = 0,89Ω 10 Forholdet mellom strøm og resistans er bestemt av ohms lov som ble utviklet av tyskeren Georg Simon Ohm i Den sier at hvis du øker spenningen (U) over en resistans (R) vil strømmen (I) gjennom resistansen øke proporsjonalt med spenningen. U = R* I Eksempel Strømmen gjennom en resistans på 25 som blir påtrykket en spenning på 230 V blir: U 230 I = = = 9, 2A R 25 I dette prosjektet er det resistansen i isolasjonen mellom leder og skjerm i koaksialkabelen (dielektrikum) som testene er utført på (Figur 2-2). Kappe ********** Skjerm Isolasjon/dielektrikum Kjerneleder Figur 2-2 Koaksialkabel [2] Dielektrikumet i koaksialkabelen er en plasttype (vanligvis PVC eller teflon). Plasttypens spesifikke motstand kalles for resistivitet, har symbol og blir målt i (*mm 2 )/m. EY

9 Teori 2.3 Kapasitans For å forklare hva kapasitans er, blir det naturlig å se på kondensatoren først, den forklarer mye av prinsippet om kapasitans. En kondensator er en elektrisk komponent som for det meste blir brukt i elektronikken. Kondensatoren består av to ledende overflater atskilte av et ikke-ledende eller dielektrisk materiale. Egenskapen til en kondensator er at den kan lades opp og holde på energien for så og lades ut igjen i kretsen som den er tilkoblet. Hver av overflatene får et overskudd av ladninger fra en spenning tilkoblet utenfra. På den ene siden er det et overskudd av positive ladninger (protoner), på den andre siden er det et overskudd av negative ladninger (elektroner). På grunn av den korte avstanden mellom overflatene, tiltrekkes disse ladningene av hverandres elektromagnetiske felt og det bygges opp en ladning i kondensatoren. Når en ekstern spenningskilde blir tilkoblet kondensatorens poler vil det gå en strøm til kondensatoren. Denne strømmen går i kretsen helt til kondensatoren er oppladet. Da har kondensatoren lik spenning mellom polene som den eksterne spenningskilden. Hvis den eksterne spenningskilden blir fjernet fra kondensatorens poler, vil kondensatoren fremdeles ha ladningen, med den samme spenningen som den ble ladet opp med. Kondensatoren vil ikke holde på ladningen sin over lengre tid, den vil lade seg ut etter hvert på grunn av lekkasjestrømmer i det dielektriske materialet. Hvis en motstand blir koplet til polene på en oppladet kondensator, vil kondensatoren lade seg ut gjennom motstanden. Jo større arealet av overflatene inne i kondensatoren er desto større blir ladningen. Ladningen er også avhengig av hva slags dielektrisk materiale som isolerer mellom overflatene, fordi forskjellige materialer har forskjellige evner til å slippe gjennom elektromagnetiske feltlinjer. Kapasitans er altså en ladning mellom to elektrisk ladde legemer som ikke har noen elektrisk forbindelse med hverandre. Størrelsen på denne ladningen bestemmes av spenningen over legemene, materialet mellom legemene og arealet på overflaten av legemene. A Ladningen beregnes etter formelen: Q = ε * * U l U er spenningen mellom platene, l er avstanden mellom dem og A er arealet av platene. er stoffets permittivitet og avhenger av stoffet som er mellom platene. Q måles i Coloumb (C). Eller ettersom C = ε * A blir formelen Q = C * U. Kapasitansen C måles i Farad (F), 1F er lik en l coulomb per volt. EY

10 Teori Kapasitans finnes også i andre sammenhenger. Det er kapasitans mellom to ledere i en kabel, eller mellom kraftledninger og jord, eller som i denne oppgaven, i en koaksialkabel. Kapasitansen i en koaksialkabel oppstår mellom senterlederen og skjermen. Størrelsen på kapasitansen varierer med påtrykt spenning og lengden på kabelen fordi når kabellengden øker blir arealet på overflaten av skjermen og senterlederen større. De andre faktorene forandrer seg ikke med lengden. Permittiviteten () bestemmes av isolasjonsmaterialet mellom senterleder og skjerm. Avstanden (l) mellom senterleder og skjermen er den samme uansett lengde på kabelen. EY

11 Målemetodikk 3 MÅLEMETODIKK Dette kapittelet omhandler isolasjonstesteren som testene er gjennomført med og hvordan de forskjellige testene fungerer. 3.1 Fakta om Isolasjonstesteren Alle testene i denne rapporten er gjort med MEGGER BM25 som ble tilkoblet koaksialkablene slik Figur 3-1 viser. MEGGER BM25 er en automatisk 5 kv isolasjonstester. Den tar polarisasjonsindeks, step voltage og dielektrisk utladningstester samt vanlige isolasjonstester opp til 5 Tohm. Etter gjennomført test viser den verdier i displayet som må nedtegnes, dette er momentan verdiene ved testens slutt. Den er utstyrt med RS232-tilkobling for å overføre testresultatene til PC, noe den gjør hvert 5. sek. For kommunikasjon mellom isolasjonstesteren og PC er det nødvendig med programvaren AVO MANAGER. På finnes utfyllende informasjon om MEGGER BM25, eventuelt se vedlegg 2. Figur 3-1 Tilkobling av måleelektroder 3.2 Konseptet ved isolasjonstesting. Isolasjonsresistans beregnes ved hjelp av ohms lov. Resistansen bestemmes av testspenningen delt på den resulterende strømmen. U R = I Det er to viktige faktorer som er avhengige av hverandre og som må taes med i betraktningen: 1. Lekkasjestrømmen gjennom isolasjonen. 2. Testspenningens varighet. EY

12 Målemetodikk I/µA 100 Kapasitiv Total strøm ladnings 10 strøm 1 Lekkasjestrøm Oppsugnings strøm 0,1 1 Tid 10 T Figur 3-2 Isolasjonstest strømmer [2] Den totale strømmen består av tre atskilte strømmer (Figur 3-2): 1. Kapasitiv oppladningsstrøm, denne strømmen er til å begynne med høy, men minker når isolasjonene blir ladet opp til testspenningen. 2. Oppsugningsstrømmen, denne strømmen er også til å begynne med høy, men minker mindre enn den kapasitive oppladningsstrømmen. 3. Lekkasjestrømmen, denne kan bli delt i to undergrupper: a. En strøm som går gjennom isolasjonsmaterialet. b. En strøm som går på overflaten til isolasjonsmaterialet. Den kapasitive strømmen minker raskt ettersom kabelen under testen blir oppladet. Tiden bestemmes av lengden og kapasitansen til kabelen som testes. For større kabler med større kapasitans vil oppsugningsstrømmen minke sakte sammenlignet med den kapasitive strømmen, dette er i hovedsak avhengig av isolasjonsmaterialet. Lekkasjestrømmen øker hurtig til ett jevnt nivå og forblir konstant for en gitt testspenning under stabile forhold. Denne strømmen er påvirket av fuktighet, urenheter, osv. Størrelsen avhenger av tilstanden på isolasjonen. En økning i lekkasjestrømmen i forhold til tidligere målinger er en pekepinne på mulige framtidige problemer. EY

13 Målemetodikk 3.3 R-test (Isolasjonsresistanstest) R-testen måler isolasjonsresistansen momentant ved valgt spenning i løpet av et valgt tidsintervall, dette for å avgjøre om isolasjonen mellom leder og skjerm er tilfredsstillende. U Isolasjons testing foregår ved hjelp av ohms lov: R = I R: Resistans ( Ω ) U: Spenning (V) I: Strøm (A) 3.4 I-test (målinger av lekkasjestrøm) I-testen måler isolasjonen momentant ved valgt spenning i løpet av ett valgt tidsintervall, men i stedet for å vise resistansen, viser den lekkasjestrømmens verdier. Lekkasjestrømmen er strømmen som går gjennom isolasjonen mellom leder og skjerm. Testen foregår ved hjelp av ohms lov: U I = R EY

14 Målemetodikk 3.5 PI-test (Polarisasjonsindekstest) Polarisasjonsindekstest er en testtype for å avgjøre om kabelens isolasjon blir svekket etter en viss tid med påtrykket testspenning (Figur 3-3). Isolasjonstesteren dividerer resistansen etter 10 R10 PI = minutter på resistansen etter 1 minutt, resultatet blir et forholdstall (PI): R1 min min PI verdi større enn 2 indikerer god isolasjonsresistans (Tabell 3-1). Denne test typen er ikke temperaturavhengig. MΩ PI= R2 R1 R2 OK R1 Svak Defekt 1 min 10 min Tid (t) Figur 3-3 PI test [2] Tabell 3-1 PI test [3] PI testresultat Isolasjonsresistans <1,0 Ikke tilfredsstillende 1,0 til 2,0 Tvilsom 2,0 til 4,0 God >4,0 Meget god EY

15 Målemetodikk 3.6 Step voltage test Step voltage test er en 5 minutter lang test som øker spenningen 1 av valgt spenning hvert minutt 5 opp mot valgt sluttspenning (Figur 3-4). Den måler resistansen i hvert steg opp mot valgt sluttspenning (2500 V eller 5000 V). Step voltage er en test for å undersøke når isolasjonsmaterialet blir overbelastet og det oppstår overslag mellom lederen og skjermen i kabelen. Resistans 5000 V 1000 V Spenning 2000 V Figur 3-4 Step voltage test [3] 3.7 Burn test (Feil indikasjon) Burn test har som formål å lage varig gjennombrenning/kortslutning i isolasjonen mellom leder og skjerm, i et allerede mulig feilsted. Dette er ønskelig for å kunne lokalisere feilstedet ved hjelp av andre instrumenter. EY

16 Målemetodikk 3.8 Kabeltype Kabelen som testene er gjennomført på er en koaksialkabel av type RG58 C/U (vedlegg 1). Målingene ble gjennomført på fire forskjellige kabellengder 40 m, 20 m, 10 m og 1,5 m. Siden det ikke var tilgjengelig lange nok kabler ble flere kabler av forskjellige lengder skjøtet sammen for å oppnå rett lengde (Figur 3-5). På 40 m lengden ble det brukt 4 skjøtestykker (Figur 3-6) og 4 avgreiningsstykker (Figur 3-7), på 20 m ble det brukt 4 skjøtestykker og 2 skjøtestykker på 10 m. Figur 3-5 Skjøtet kabel Figur 3-6 Skjøtestykke Figur 3-7 Avgreiningsstykke EY

17 Resultater 4 RESULTATER Dette kapitlet inneholder resultater fra laboratoriemålingene fremstilt som grafer i diagrammer. 4.1 R-test på koaksialkabel 40 m 1 kv R-testen var den første testen som ble tatt på laboratoriet. Resultatene fra denne testen ble sammenlignet med måledataene fra I-testen på samme kabellengde. Ut fra dette ble det konkludert med at begge testene ga de samme måledataene om lekkasjestrøm og isolasjonsresistans. Det var derfor ikke nødvendig å ta begge testtypene og det ble kun utført I- tester på de resterende kabellengdene. Lekkasjestrøm for 40 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V 120 Lekkasjestrøm [na] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-1 Lekkasjestrøm 40 m Diagrammet (Figur 4-1)viser at strømmen er 110 na ved starten av testen, den synker deretter raskt og stabiliserer seg under 1 na etter ca. 1 minutt. Strømmen holder seg lav resten av testen. EY

18 Resultater Isolasjonsresistans for koaksialkabel 40 m RG58, testspenning: 1000 V 1200 Isolasjonsresistans (Gohm) :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-2 Isolasjonsresistans 40 m Diagrammet (Figur 4-2) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene av testen. Deretter stiger den og etter 1 minutt går den over isolasjonstesterens måleområde. Underveis i testen registreres det tre fall i isolasjonsresistansen. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette. Tabell 4-1R-test 40 m TIMER DIGITAL INDICATOR VOLTAGE INDICATOR 10:00 min >1,01 Tohm 1014 V 10:00 min 0,21 na 1014 V 10:00 min 0,00 µf 1014 V Etter testens slutt viste isolasjonstesterens display disse verdiene (Tabell 4-1). Tabellen viser at resistansen ligger over 1,01Tohm, som er over isolasjonstesterens måleområde. Det vil si at isolasjonstesteren ikke klarer å måle resistanser over 1,01 Tohm med testspenningen 1014 V. For å måle verdier over dette området, ville det vært nødvendig å øke testspenningen. Det betyr også at den virkelige isolasjonsresistansen antakeligvis er høyere enn 1,01Tohm. EY

19 Resultater 4.2 I-test koaksialkabel 40 m 1 KV Denne testen gir måleverdier for isolasjonsresistansen og lekkasjestrømmen. Lekkasjestrøm for 40 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V 120 Lekkasjestrøm [na] :00 2:30 5:00 7:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-3 Lekkasjestrøm 40 m Som diagrammet (Figur 4-3) viser, går det en strøm på 110 na i begynnelsen av testen, strømmen synker så og stabiliserer seg på rundt 0,2-0,6 na. Dette er en indikasjon på at isolasjonsrestansen i kabelen er tilfredsstillende. EY

20 Resultater Isolasjonsresistans for 40 m RG58 koaksialkabel, Testspenning: 1000 V Isolasjonsresistans (Gohm) :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-4 Isolasjonsresistans 40 m Diagrammet (Figur 4-4) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene av testen, den stiger så og går over isolasjonstesterens måleområde etter ca. 1 minutt. Den holder seg stabilt over isolasjonstesterens måleområde resten av testen med unntak av to fall i isolasjonsresistansen. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette. Tabell 4-2 I-test 40 m TIMER DIGITAL INDICATOR VOLTAGE INDICATOR 10:00 min >1,01 Tohm 1014 V 10:00 min 0,34 na 1014 V 10:00 min 0,00 µf 1014 V Etter testens slutt viste isolasjonstesterens display disse verdiene (Tabell 4-2). Også her ligger isolasjonsresistansen over isolasjonstesterens måleområde (1,01 Tohm). EY

21 Resultater 4.3 I-test koaksialkabel 20 m 1 KV Denne testen gir måleverdier om isolasjonsresistansen og lekkasjestrømmen. Lekkasjestrøm for 20 m RG58koaksialkabel, testspenning: 1000 V Lekkasjestrøm [na] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-5 Lekkasjestrøm 20 m Diagrammet (Figur 4-5) viser en strøm på 75 na helt på begynnelsen av testen, strømmen synker så og stabiliserer seg på rundt 0,1-0,2 na etter ca. 40 sekunder. Strømmen holder seg stabilt lav resten av testen. EY

22 Resultater Isolasjonsresistans for 20 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V Isolasjonsresistans [Gohm] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-6 Isolasjonsresistans 20 m Diagrammet viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene av testen, den stiger så og går over isolasjonstesterens måleområde. Isolasjonsresistansen holder seg over måleområdet helt fram til testens slutt, da den faller ned under 500 Gohm. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette fallet. Tabell 4-3 I-test 20 m TIMER DIGITAL INDICATOR VOLTAGE INDICATOR 10:00 min 0,484 Tohm 1014 V 10:00 min 2,1 na 1014 V 10:00 min 0,00 µf 1014 V Etter testens slutt viste isolasjonstesterens display disse verdiene (Tabell 4-3). Her er isolasjonsresistansen 484 Gohm, det er innenfor måleområdet, dette kan også leses ut fra diagrammet (Figur 4-6). EY

23 Resultater 4.4 I-test koaksialkabel 10 m 1 KV Denne testen gir måleverdier om isolasjonsresistansen og lekkasjestrømmen. Lekkasjestrøm for 10 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V 60 Lekkasjestrøm [na] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-7 Lekkasjestrøm 10 m Diagrammet (Figur 4-7) viser at det går en strøm på 55 na ved starten av testen, strømmen synker så og stabiliserer under 1 na etter ca. 30 sekunder. Strømmen holder seg stabilt lav resten av testen. EY

24 Resultater Isolasjonsresistans for 10 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V Isolasjonsresistans [Gohm] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-8 Isolasjonsresistans 10 m Diagrammet (Figur 4-8) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene av testen, den stiger så og går over isolasjonstesterens måleområde etter ca 30 sekunder. Bortsett fra 1 fall, holder isolasjonsresistansen seg over måleområdet resten av testen. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette. Tabell 4-4 I-test 10 m TIMER DIGITAL INDICATOR VOLTAGE INDICATOR 10:00 min 1,01 Tohm 1014 V 10:00 min 0,21 na 1014 V 10:00 min 0,00 µf 1014 V Etter testens slutt viste isolasjonstesterens display disse verdiene (Tabell 4-4). Også her er resistansen over isolasjonstesterens måleområde (1,01 Tohm) ved testens slutt. EY

25 Resultater 4.5 PI-test koaksialkabel RG 58 1 KV 10 m, 20 m og 40 m PI-testens formål er å gi en indikasjon på isolasjonens tilstand. Testen varer i 10 minutter for å måle om isolasjonsresistansen svekkes over tid. Testen gir resultater fremstilt i diagrammer. PI-test på 10 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V 1200 Isolasjonsresistans [Gohm] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-9 PI-test 10 m Diagrammet (Figur 4-9) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene for så å stige raskt og gå over isolasjonstesterens måleområde (isolasjonstesteren klarer ikke å måle høyere resistans med denne testspenningen). Diagrammet viser også at isolasjonsresistansen får et fall ned mot ca. 300 Gohm ved ca. 5 minutter. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette. Isolasjonsresistansen stiger så og går over isolasjonstesterens måleområde igjen. EY

26 Resultater PI-test på 20 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V 1200 Isolasjonsresistans [Gohm] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-10 PI-test 20 m Diagrammet (Figur 4-10) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene for så å stige og gå over isolasjonstesterens måleområde. Isolasjonsresistansen ligger over måleområdet frem til ca. 3,5 minutt. Da faller den ned til ca 400 Gohm for så og stige over isolasjonstesterens måleområde igjen. Diagrammet viser også et fall i resistansen ned mot ca. 500 Gohm ved ca. 9,5 minutt. Det er vanskelig å si noe konkret om årsaken til dette. EY

27 Resultater PI-test på 40 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 1000 V Isolasjonsresistans [Gohm] :00 02:30 05:00 07:30 10:00 Tid [min:s] Figur 4-11 PI-test 40 m Diagrammet (Figur 4-11) viser at isolasjonsresistansen er lav de første sekundene, den stiger så raskt og går over isolasjonstesterens måleområde resten av testen. Felles for alle testene var at isolasjonsresistansen økte fra å være lav ved starten, til å gå over isolasjonstesterens måleområde. Det vil si at isolasjonstesteren ikke klarer å måle resistansen over 1,01 Tohm med testspenningen 1000 V og at den egentlige isolasjonsresistansen antakeligvis ligger over dette området. Tabell 4-5 PI-tester TIMER DIGITAL INDICATOR VOLTAGE INDICATOR 10:00 min BLANK 1014 V 10:00 min V 10:00 min V 1:00 min >1,O1 Tohm 1014 V 10:00 min >1,O1 Tohm 1014 V 10:00 min >1,O1 Tohm 1014 V 10:00 min 0,00 µf 1014 V Etter testenes slutt viste isolasjonstesterens display disse verdiene (Tabell 4-5). Isolasjonsresistansen er over isolasjonstesterens måleområde både etter 1:00 minutt og etter 10:00 minutter. Instrumentet gir derfor ikke ut noen PI verdi. (stiplet linje i kolonnen Digital Indicator). EY

28 Resultater 4.6 Step Voltage tester Step voltage test 1 ble utført med maks spenning på 2500 V og trinn på 500 V. Diagrammet til test 1 (Figur 4-14) viser at kabelen tålte hele testen. Det betyr at skaden på kabelen (Figur 4-12) ikke var stor nok til at feil ble detektert. Step voltage test 2 ble utført med ny skade på kabelen (Figur 4-13). Denne testen ble utført med maks spenning 5000 V og trinn på 1000 V. Diagrammet til denne testen (Figur 4-15)viser at skaden var stor nok til å holde i 2 minutter før det ble overslag i skaden (spenning 2000 V). Step voltage test 3 (Figur 4-16) ble utført på samme skaden som test 2, men med maks spenning redusert til 2500 V og trinn på 500 V. Da holdt kabelen tett i 3 minutter (spenning 1500 V). Figur 4-12 Koaksialkabel med simulert skade Figur 4-12 viser den simulerte skaden brukt i Step voltage test 1. Feilsted 5 cm fra kabel enden. Figur 4-13 Koaksialkabel med simulert skade Figur 4-13 viser den simulerte skaden brukt i Step voltage test 2 og 3 og Burn-testene. Ytterkappen er avisolert 10 cm og skjermen er dratt tilbake 5 cm for å unngå overslag i enden. Feilsted 7.5 cm fra enden. (kutt inn mot kopperleder). EY

29 Resultater StepVoltage-test for 1,5 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 2500 V :00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 Tid [min:s] RESISTANS(Gohm) SPENNING(V) Figur 4-14 Step voltage test 1 Diagrammet (Figur 4-14) viser at spenningen øker med 500 V hvert minutt. Hver gang spenningen økes synker isolasjonsresistansen. Dette skyldes at kabelen lades opp kapasitivt. For de fire første trinnene rekker isolasjonsresistansen å stige over isolasjonstesterens måleområde før spenningen økes til neste trinn. For det femte trinnet holder isolasjonsresistansen seg innenfor isolasjonstesterens måleområde, den har en verdi på ca Gohm når testen avsluttes etter 5 minutter. Det betyr at hele testen ble gjennomført uten at det oppstod gjennomslag i skaden. EY

30 Resultater StepVoltage-test for 1,5 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 5000 V :00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 tid[min:s] RESISTANS (Gohm) SPENNING (V) Figur 4-15 Step voltage test 2 Diagrammet (Figur 4-15) viser at spenningen øker med 1000 V for hvert minutt. For hver gang spenningen øker, synker isolasjonsresistansen. Dette skyldes at kabelen lades opp kapasitivt. Isolasjonsresistansen i det første trinnet stiger og går over isolasjonstesterens måleområde. Når spenningen stiger opp til det andre trinnet (2000 V), synker isolasjonsresistansen helt ned til 0, den stiger så opp til ca Gohm. I det spenningen skal stige opp til 3000 V, oppstår det et overslag i skaden og testen avbrytes. Dette vises ved at begge kurvene på diagrammet stuper ned mot 0. EY

31 Resultater StepVoltage-test for 1,5 m RG58 koaksialkabel, testspenning: 2500 V :00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 Tid [min:s] RESISTANS (Gohm) SPENNING (V) Figur 4-16 Step voltage test 3 Diagrammet (Figur 4-16) viser at spenningen øker med 500 V hvert minutt. Ved de første to trinnene stiger isolasjonsresistansen og går over isolasjonstesterens måleområde. Ved det tredje trinnet synker isolasjonsresistansen nesten ned til 0, den holder seg lav noen sekunder før den stiger mot slutten av trinnet. I det spenningen skal stige opp til det fjerde trinnet (2000 V), oppstår det et overslag i skaden og testen avbrytes. Dette vises ved at begge kurvene i diagrammet stuper ned til 0. Siden måleprinsippet for testene bygger på ohms lov, fører dette til at isolasjonsresistansen ikke stabiliserer seg før kabelen er oppladet. Denne effekten oppstår hver gang spenningen øker med et trinn. Da trekker kabelen noe strøm før den er kapasitiv oppladet i forhold til påtrykt spenning. Dette fører til at kurven over kabelens isolasjonsresistans faller mot 0 hver gang spenningen stiger. Samtidig øker også isolasjonsresistansens maksimalverdi. Dette er fordi isolasjonsmåleren har forskjellige måleområder på forskjellige spenninger. EY

32 Resultater 4.7 Burntester Målet med disse testene er å lage en varig gjennombrenning i en nesten kortsluttet kabel, testene ble gjennomført på den samme kabelen som Step voltage testene med den samme simulerte skaden (Figur 4-13). Tabell 4-6 Burntester Test nr: Spenning: Testtid: Lengde: Kommentar: Avlest data på isolasjonstester ved testslutt: V 10:00 min 1.5 m Overslag momentant i feilsted, ved start av test observert ved lyd og lysglimt V 10:00 min 1.5 m Overslag momentant i feilsted, ved start av test observert ved lyd og lysglimt V 10:00 min 1.5 m Overslag momentant i feilsted, ved start av test observert ved lyd og lysglimt V 10:00 min 1.5 m Gnist med en gang, men gnisten opphørte og testen ble gjennomført. Testen ble avbrutt ved overslag. Testen ble avbrutt ved overslag. Testen ble avbrutt ved overslag. >1,42 Tohm 0,81 na -0,00 F V 10:00 min 1.5 m Testen ble gjennomført uten overslag i kabelen. 0,83 Tohm 1,79 na -0,01 F Tabell 4-6 viser at overslaget skjer ved en spenning mellom 1475 V og 1500 V. Tre tester ble avbrutt ved overslag i kabelen, det var derfor ikke mulig å lese av data fra isolasjonstesterens display ved disse testene. EY

33 Konklusjon 5 KONKLUSJON Det er utført isolasjonsresistansmålinger på koaksialkabel RG 58. Testene er utført på lengdene 1,5 m, 10 m, 20 m og 40 m. Av R og I testene ble det konkludert med at isolasjonsresistansen ligger over instrumentets måleområde (1,01Tohm) på alle testlengdene. Det er derfor vanskelig å si noe konkret om lengdens betydning på isolasjonsresistansen i kabelen. Diagrammene over lekkasjestrøm viser at det i starten av testen oppstår en strøm som etter noen sekunder synker mot null. Diagrammene viser også at denne strømmen øker på lengre kabler. Grunnen til dette er at når lengden på kabelen øker så øker også arealet på overflaten av senterlederen og skjermen. Dette fører til at kabelen får en større evne til å lade seg opp kapasitivt. PI testen skulle kontrollere om isolasjonsresistansen i kabelen blir svekket over en tidsperiode på 10 minutter med testspenning på 1000 V. Siden isolasjonsresistansen var høyere enn instrumentets måleområde både ved 1 minutt og ved 10 minutter på alle kabellengdene, ble dette umulig å beregne. Konklusjonen er at isolasjonsresistansen i dette tilfellet ikke ble svekket over tid. Konklusjonen fra step voltage-testene er at test 1 holdt ut hele testen og ingen kortsluttning/gjennomslag skjedde i det simulerte feilstedet(figur 4-12). På test 2 og 3 ble det lagd ny skade på koaksialkabelen(figur 4-13) og det ble kortsluttning/gjennomslag i området 2000 V. Burn-testene hadde samme simulerte feil som step voltage-testene (Figur 4-13) og der ble det overslag i området 1475 V og 1500 V. Meningen med burn-testen var å lage en varig kortsluttning i isolasjonen mellom leder og skjerm, men det skjedde ikke. Dette fordi den simulerte skaden var for stor og førte til overslag i luften mellom lederen og skjermen. Dette viste seg å stemme siden når ny test ble gjennomført tålte kabelen den samme spenningen. Dette skyldes at isolasjonsresistansen i luften blir regenerert i skadestedet. På alle isolasjonsresistanstestene ble det konstatert uforklarlige uregelmessige fall i isolasjonsresistansen, men det er grunn til å tro at fallene kan skyldes skjøtestykkene. Hovedkonklusjonen som kan trekkes av målingene er at isolasjonsresistansen i koaksialkabel RG 58 C/U er god ved testspenningene som er brukt. EY

34 Referanseliste 6 REFERANSELISTE [1] (Figur 2-1) [2] astoff+elkraft/isolasjonstesting (Figur 2-2, Figur 3-2, Figur 3-3) [3] astoff+elkraft/megger+bm25 (Figur 3-4, Tabell 3-1) [4]Trygve Gundersen, Elektroteknisk formelsamling, Elforlaget, 1993 (Tabell 2-1) Robert L. Boylestad, Introductory circuit analysis, 10, Pearson Education, 2003 Arne Johansen, Grunnlag i elektroteknikk for svakstrømsfag, Universitetsforlaget, 1969 J.David Irwing, Basic engineering circuit analysis, 2, Macmilan, 1987 S.A Boctor, Electric circuit analysis, 2, Prentice-Hall International Editions, kv Digital Insulation Tester MEGGER BM25- User Guide EY

35 Vedleggsliste 7 VEDLEGGSLISTE Vedlegg 1: Datablad koaksialkabel Vedlegg 2: Datablad Megger BM25 EY

36 Vedlegg 1:

37 Vedlegg 2:

38