umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Non-contact High Voltage Measurements: Modeling and On-site Evaluation
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Physics.
2012 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

In the high voltage grid, voltage measurements are made in dedicated voltage-transformers. These devices are expensive and insulation failures could impact directly on the system, and even cause a power outage. A non-contact measurement technique, on the other hand, does not require a connection to the conductors, and the sensors can therefore be much cheaper by avoiding the need for high voltage insulation.

A capacitive coupling between three measurement electrodes, close to ground, and a high voltage three phase conductor system is used to model and measure the electric field and thereby determine the potentials of the conductors. A 2D-model is used for simulations, where the sensors are modeled as ideal, the conductors are modeled in an infinite wire approximation, and the ground plane is approximated as a perfect conductor. For non-ideal sensors a transfer function from the potentials on the measurement equipment to the potentials on the conductors is derived as a lumped-circuit model.

The L2-norm errors for the amplitude and the phase in the reconstructed signals are calculated and measured for various sensor distances. Simulations show that the sensor distance should not be larger than the conductor distance to mitigate the erroneous effects from distance uncertainties. The optimal sensor distance depends on the quota between the height from the sensors to the conductors and the conductor distance.

Measurements show, in accordance with the theory, that the sensor distance should not be larger than the conductor distance. To reduce the amplitude and phase shift errors the sensors should be placed close to the ground. For applied load resistances there is a tradeoff between amplitude- and phase shift errors. Additionally, higher load resistances attenuate higher frequencies. Measurements have verified that this technique is capable of detecting high harmonics and transients.

The relatively low cost and the movability makes this method highly applicable for quick diagnostics on many locations in a grid, where the data can be evaluated on-site using computer based scripts.

Abstract [sv]

I kraftnät utförs idag högspänningsmätningar av spänningstransformatorer. Dessa är dyra, och isolationsproblem  kan ha en direkt effekt på kraftnätet, och till och med skapa strömavbrott. En beröringsfri mätmetod, å andra sidan, kräver ingen direkt koppling mellan mätutrustningen och ledarna. Sensorerna kan därmed bli billigare eftersom de inte behöver högspänningsisoleras.

En kapacitiv koppling mellan tre stycken mätelektroder, placerade nära jordplanet, och ett högspänt trefasledarsystem  används för att modellera och mäta det elektriska fältet och därigenom bestämma ledarnas potentialer. En 2D-modell används för simuleringar, där sensorerna modelleras som ideala, ledarna modelleras enligt en raktrådsapproximation (oändligt långa raka ledare), och jordplanet approximeras vara en perfekt ledare med oändlig utsträckning. För icke-ideala sensorer härleds en överföringsfunktion från den uppmätta potentialen på mätutrustningen till ledarnas potentialer som en analog kretsmodell.

L2-norm-felen för amplitudfel och fasfel för de rekonstruerade signalerna beräknas och mäts för olika sensoravstånd. Simuleringar visar att sensoravståndet inte bör vara större än ledaravståndet för att dämpa felinverkande effekter från osäkerheter i avståndsuppskattningar. Det optimala sensoravståndet beror på kvoten mellan höjden från sensorerna till ledarna och ledaravståndet.

Mätningar visar, i enlighet med teorin, att sensoravståndet inte bör vara större än ledaravståndet. För att reducera amplitud- och fasfel bör sensorerna placeras nära jordplanet. För påkopplade lastresistanser gäller att det är en byteshandel mellan amplitud- och fasfel. För övrigt gäller att högre lastresistanser dämpar högre frekvenser. Mätningar verifierar att denna teknik är kapabel att detektera höga frekvenser och transienter.

Den relativt låga kostnaden och metodens rörlighet gör att den kan appliceras för snabbdiagnostik på många punkter i ett kraftnät, där det insamlade datat kan utvärderas på plats med hjälp av datorbaserade skript.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 91 p.
Keyword [en]
Capacitive, Measurement technique, Modeling, Optimization, Non-contact, Voltage measurement, Low cost, transient detection
Keyword [sv]
Kapacitiv, Mätteknik, Modellering, Optimering, Beröringsfri, Spänningsmätning, Låg kostnad, Transientövervakning
National Category
Other Engineering and Technologies not elsewhere specified
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-59934OAI: oai:DiVA.org:umu-59934DiVA: diva2:557055
External cooperation
ABB Corporate Research, Västerås
Subject / course
Examensarbete i teknisk fysik
Educational program
Master of Science Programme in Engineering Physics
Presentation
2012-08-31, Universitetsklubben, UmU, Umeå, 22:18 (Swedish)
Uppsok
Physics, Chemistry, Mathematics
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-09-27 Created: 2012-09-26 Last updated: 2012-09-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Non-contact High Voltage Measurements: Modeling and On-site Evaluation(2106 kB)248 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2106 kBChecksum SHA-512
2732097cda9d8047efd70cc9e827873aa8b97f1998c826967f4114a69bf9f582620847a9ccc0955919d7b0d8fc705f4b2813007dd20d56d328e871c0e3ca597d
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Törnqvist, Joacim
By organisation
Department of Physics
Other Engineering and Technologies not elsewhere specified

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 248 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 462 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf