Korroosionesto polymeerin ekstruusiolinjalla

Tämä diplomityö tutkii korroosionestoa polymeerin ekstruusiolinjalla. Kirjallisuusosassa käsitellään ekstruusiolinjaa, linjalla valmistettavia tuotteita ja niiden jatkojalostusta. Lisäksi kirjallisuusosassa käydään läpi linjalla ilmeneviä korroosiotyyppejä, korroosiota eri prosessilaitteissa, korroosionestossa käytettäviä inhibiittoreita ja eri materiaalien korroosiokestävyyden kartoitusta. Kokeellisessa osassa tutkittiin perushartsin kuivauksen vaikutusta ekstruuderin kaasutilan metanoli-, happi- ja kosteuspitoisuuksiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös korroosioinhibiittorien I1 ja I2 vaikutusta korroosionestoon, seuraamalla korrodoivalla alueella olleiden ruuvielementtien painohäviöitä. Kaapelitestauksessa selvitettiin inhibiittorien käytön vaikutukset matalajännitekaapelin laatuun. Kuivauksella ei todettu olevan vaikutusta korroosionestoon. Metanolipitoisuus pysyi korkeana ja happipitoisuuden aleneminen ei ollut merkittävää. Kosteuspitoisuuden suuruusluokka selvitettiin. Kuivauksesta huolimatta se pysyi korkeana. Inhibiittorien käytöstä huolimatta ruuvielementit korrodoituivat, mutta inhibiittoria I2 käytettäessä tutkittujen ruuvielementtien painohäviöt olivat pienempiä referenssiajoon verrattuna. Inhibiittori I2:lla ei todettu olevan negatiivisia vaikutuksia matalajännitekaapelin laatuun suoritetuissa ikääntymis- sähköominaisuus- ja ristisilloittumisnopeustesteissä.

Towards open access networks – prototyping with the Lappeenranta model

The provision of Internet access to large numbers has traditionally been under the control of operators, who have built closed access networks for connecting customers. As the access network (i.e. the last mile to the customer) is generally the most expensive part of the network because of the vast amount of cable required, many operators have been reluctant to build access networks in rural areas. There are problems also in urban areas, as incumbent operators may use various tactics to make it difficult for competitors to enter the market. Open access networking, where the goal is to connect multiple operators and other types of service providers to a shared network, changes the way in which networks are used. This change in network structure dismantles vertical integration in service provision and enables true competition as no service provider can prevent others fromcompeting in the open access network. This thesis describes the development from traditional closed access networks towards open access networking and analyses different types of open access solution. The thesis introduces a new open access network approach (The Lappeenranta Model) in greater detail. The Lappeenranta Model is compared to other types of open access networks. The thesis shows that end users and service providers see local open access and services as beneficial. In addition, the thesis discusses open access networking in a multidisciplinary fashion, focusing on the real-world challenges of open access networks.

Change of Electricity Distribution Industry: Drivers and Opening Business Opportunities

As a result of the recent regulatory amendments and other development trends in the electricity distribution business, the sector is currently witnessing radical restructuring that will eventually impact the business logics of the sector. This report represents upcoming changes in the electricity distribution industry and concentrates on the factors that are expected to be the most fundamental ones. Electricity network companies nowadays struggle with legislative and regulatory requirements that focus on both the operational efficiency and the reliability of electricity distribution networks. The forces that have an impact on the distribution network companies can be put into three main categories that define the transformation at a general level. Those are: (1) a requirement for a more functional marketplace for energy, (2) environmental aspects (combating climate change etc.), and (3) a strongly emphasized requirement for the security of energy supply. The first point arises from the legislators’ attempt to increase competition in electricity retail markets, the second one concerns both environmental protection and human safety issues, and the third one indicates societies’ reduced willingness to accept interruptions in electricity supply. In the future, regulation of electricity distribution business may lower the threshold for building more weather-resistant networks, which in turn means increased underground cabling. This development pattern is reinforced by tightening safety and environmental regulations that ultimately make the overhead lines expensive to build and maintain. The changes will require new approaches particularly in network planning, construction, and maintenance. The concept for planning, constructing, and maintaining cable networks is necessary because the interdependencies between network operations are strong, in other words, the nature of the operation requires a linkage to other operations.

Hybrid LC Filter for Power Electronic Drives: Theory and Implementation

Power electronic converter drives use, for the sake of high efficiency, pulse-width modulation that results in sequences of high-voltage high-frequency steep-edged pulses. Such a signal contains a set of high harmonics not required for control purposes. Harmonics cause reflections in the cable between the motor and the inverter leading to faster winding insulation ageing. Bearing failures and problems with electromagnetic compatibility may also result. Electrical du/dt filters provide an effective solution to problems caused by pulse-width modulation, thereby increasing the performance and service life of the electrical machines. It is shown that RLC filters effectively decrease the reflection phenomena in the cable. Improved (simple, but effective) solutions are found for both differential- and common-mode signals; these solutions use a galvanic connection between the RLC filter star point and the converter DC link. Foil chokes and film capacitors are among the most widely used components in high-power applications. In actual applications they can be placed in different parts of the cabinet. This fact complicates the arrangement of the cabinet and decreases the reliability of the system. In addition, the inductances of connection wires may prevent filtration at high frequencies. This thesis introduces a new hybrid LC filter that uses a natural capacitance between the turns of the foil choke based on integration of an auxiliary layer into it. The main idea of the hybrid LC filter results from the fact that both the foil choke and the film capacitors have the same roll structure. Moreover, the capacitance between the turns (“intra capacitance”) of the foil inductors is the reason for the deterioration of their properties at high frequencies. It is shown that the proposed filter has a natural cancellation of the intra capacitance. A hybrid LC filter may contain two or more foil layers isolated from each other and coiled on a core. The core material can be iron or even air as in the filter considered in this work. One of the foils, called the main foil, can be placed between the inverter and the motor cable. Other ones, called auxiliary foils, may be connected in star to create differential-mode noise paths, and then coupled to the DC link midpoint to guarantee a traveling path, especially for the common-mode currents. This way, there is a remarkable capacitance between the main foil and the auxiliary foil. Investigations showed that such a system can be described by a simple equivalent LC filter in a wide range of frequencies. Because of its simple hybrid construction, the proposed LC filter can be a cost-effective and competitive solution for modern power drives. In the thesis, the application field of the proposed filter is considered and determined. The basics of hybrid LC filter design are developed further. High-frequency behaviour of the proposed filter is analysed by simulations. Finally, the thesis presents experimental data proving that the hybrid LC filter can be used for du/dt of PWM pulses and reduction of common-mode currents.

Disseny pràctic d'un transmissor d'àudio complert utilitzant una modulació AM

Un transmissor d’AM (modulació per amplitud), utilitza una de les moltes tècniques de modulació existents avui en dia. És molta la importància que té la modulació de senyals i aquests en són alguns exemples: -Facilita la propagació del senyal per cable o per aire. -Ordena l’espectre, distribuint Canals a les diferents informacions. -Disminueix la dimensió de les antenes. -Optimitza l’ample de banda de cada canal. -Evita interferències entre Canals. -Protegeix la informació de les degradacions per soroll. -Defineix la qualitat de la informació transmesa. L’objectiu principal d’aquest treball, serà realitzar un transmissor d’AM utilitzant components electrònics disponibles al mercat. Això es realitzarà mitjançant diversos procediments de disseny. Es realitzarà un procediment de disseny teòric, tot utilitzant els “datasheets” dels diferents components. Es realitzarà un procediment de disseny mitjançant la simulació, gràcies al qual es podrà provar el disseny del dispositiu i realitzar-ne algunes parts impossibles a reproduir teòricament. I finalment es realitzarà el dispositiu a la pràctica. Entre les conclusions més rellevants obtingudes en aquest treball, voldríem destacar la importància de la simulació per poder dissenyar circuits de radiofreqüència. En aquest treball s’ha demostrat que gràcies a una bona simulació, el primer prototip de dispositiu creat ens ha funcionat a la perfecció. D’altre banda, també comentar la importància d’un disseny adequat d’antena per poder aprofitar al màxim el rendiment del nostre dispositiu. Per concloure, la realització d’un aparell transmissor aporta unes nocions equilibrades d’electrònica i telecomunicacions importants per al disseny de dispositius de comunicació.

Kokonaiskustannusajattelu hankintastrategian muodostamisen tukena

Työn tavoitteena on syventää ymmärrystä siitä, miten hankintatoimi voi hyödyntää kokonaiskustannusajattelua hankintastrategiaan liittyvien päätösten, kuten toimittajamäärän ja toimittajavalinnan tukena. Työn tarkoituksena on kehittää case- yrityksen kaapelituoteryhmälle kokonaiskustannusmalli ja antaa suosituksia tämän tuoteryhmän hankintaan soveltuvasta hankintastrategiasta. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen ja se jakaantuu teoreettiseen ja empiiriseen osaan. Teoreettinen tutkimus perustuu kirjallisuustutkimukseen kokonaiskustannusajattelun, hankintastrategian osatekijöiden ja hankintastrategian muodostamisen teorioista. Empiirinen tutkimus on metodologialtaan kuvaileva ja vertaileva tapaustutkimus, jossa keskitytään kaapeleiden hankintaan. Empiirisessä osassa selvitetään kaapeleiden hankinnan nykytila, muodostetaan kokonaiskustannusmalli kaapeleille ja määritetään tärkeimmät kaapeleiden hankinnan kustannuksia aiheuttavat tekijät sekä muut hankintastrategian muodostamisessa huomioitavat tekijät. Hankintatoimi voi hyödyntää kokonaiskustannusajattelua useiden eri hankintapäätösten tukena. Tutkimuksessa kokonaiskustannusanalyysin avulla vertailtiin valmistajien ja tukkuliikkeiden välisiä kokonaiskustannuksia. Analyysin pohjalta valmistajien todettiin olevan kokonaiskustannuksiltaan huomattavasti edullisempia kaapelitoimittajia kuin tukkuliikkeet. Kokonaiskustannusanalyysi auttoi myös osoittamaan, että tukkuliikkeiden käyttö nykyisellä toimintamallilla on kannattamatonta ja, ettei tukkuliikkeiden palveluja hyödynnetä parhaalla mahdollisella tavalla.

Active du/dt Filtering for Variable-Speed AC Drives

An oscillating overvoltage has become a common phenomenon at the motor terminal in inverter-fed variable-speed drives. The problem has emerged since modern insulated gate bipolar transistors have become the standard choice as the power switch component in lowvoltage frequency converter drives. Theovervoltage phenomenon is a consequence of the pulse shape of inverter output voltage and impedance mismatches between the inverter, motor cable, and motor. The overvoltages are harmful to the electric motor, and may cause, for instance, insulation failure in the motor. Several methods have been developed to mitigate the problem. However, most of them are based on filtering with lossy passive components, the drawbacks of which are typically their cost and size. In this doctoral dissertation, application of a new active du/dt filtering method based on a low-loss LC circuit and active control to eliminate the motor overvoltages is discussed. The main benefits of the method are the controllability of the output voltage du/dt within certain limits, considerably smaller inductances in the filter circuit resulting in a smaller physical component size, and excellent filtering performance when compared with typical traditional du/dt filtering solutions. Moreover, no additional components are required, since the active control of the filter circuit takes place in the process of the upper-level PWM modulation using the same power switches as the inverter output stage. Further, the active du/dt method will benefit from the development of semiconductor power switch modules, as new technologies and materials emerge, because the method requires additional switching in the output stage of the inverter and generation of narrow voltage pulses. Since additional switching is required in the output stage, additional losses are generated in the inverter as a result of the application of the method. Considerations on the application of the active du/dt filtering method in electric drives are presented together with experimental data in order to verify the potential of the method.

Maakaapelien kuntomittaukset

Kandidaatintyössä on luotu katsaus maakaapelirakenteisiin ja erilaisiin maakaapelien kuntomittausmenetelmiin, kuten osittaispurkausmittaus ja dielektrisen vasteen mittaaminen. Työssä on myös esitelty muutamat yleisimmät mittauslaitteistot ja sivuttu lyhyesti mittausten hyödyntämistä kunnossapidossa.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.

LVDC-tiedonsiirtokanavan mallinnus

Yleisesti sähkönjakelussa käytettyä vaihtosähköä ollaan korvaamassa tasasähköllä pienjänniteverkoissa. Vaihtojännitteeseen verrattuna tasajännitteen käyttö mahdollistaa korkeampien jännitetasojen käytön ja paremman sähkönlaadun ja sitä kautta paremman käyttövarmuuden. Sähköverkossa käytettävien muuntajien ja suuntaajien osalta tarvitaan uudenlaisia rakenteita ja kehitystä, että tasajännitejakelun käyttöönotto olisi mahdollista. Oikeiden ratkaisujen löytämiseksi on tehty jo paljon tutkimusta, mutta valmiita järjestelmiä ei vielä ole laajemmin otettu käyttöön. Tasajänniteverkot tarvitsevat myös ohjauksen, säädön ja valvonnan takia tiedonsiirto-ominaisuuksia. Tietoa on mahdollista siirtää samassa kaapelissa, jota käytetään myös sähkön siirtoon. Haasteita asettavat mm. kaapeliin kytketyminen ja tiedonsiirtokanavassa esiintyvät häiriöt. Työssä muodostetaan malli tiedonsiirtokanavasta, jonka avulla voidaan mallintaa verkon käyttäytymistä eri taajuuksilla sekä simuloida sähköverkkoon muodostettavia tiedonsiirtokanavia.

Evaluation of the surface erosion from different timber yarding methods in Honduras

Surface runoff and sediment production from different timber yarding practices, some using Best Management Practices (BMPs) recommended for Honduras, were monitored in experimental plots during the rainy seasons of two consecutive years in pine forest highlands of central Honduras. Different timber yarding systems were applied to pseudo-replicated plots during the rainy seasons of 1999 and 2000. In 1999, two treatments were studied: tractor yarding and skyline cable (a recommended BMP). In 2000, four treatments were evaluated: tractor skidding, skyline cable, animal skidding (another recommended BMP), and undisturbed forest (reference). During the rainy seasons of these years, surface runoff volumes and sediment yield were measured at five 1.5m x 10m erosion plots in each treated area. The results showed significant differences between traditional tractor yarding and the recommended skyline cable and animal skidding methods. Tractor yarding produced six to ten times more erosion during the rainy seasons than cable and animal yarding. The improved soil retention of cable and animal yarding was especially important during September when the highest rainfall occurred in this climate.

Lämmön ja säteilyn yhteisvaikutukset sähkökaapeleiden ikääntymisessä

Tässä työssä käydään lyhyesti läpi sähkökaapeleiden haurastumisilmiöt säteilyn ja lämmön osalta, näiden yhteisvaikutus kaapelimateriaaleihin sekä yleisimpien ydinvoimalaitoksilla käytettävien kaapeleiden ominaisuuksia. Työssä esitellään myös kaapeleiden kelpoistukseen käytettäviä menetelmiä sekä maailmalla tehtyjä tutkimuksia.

Jännitteenkorotin heikkoihin jakeluverkkoihin

Sähkönkulutuksen kasvaessa jakeluverkossa syntyy yhä enemmän jännitteenalenemia, jotka ylittävät sähkön laatustandardin asettamat raja-arvot. Jännitteenalenemista kärsivät etenkin syrjäseuduilla asuvat ihmiset, joiden käyttökohteet sijaitsevat kaukana jakelumuuntajasta. Perinteinen tapa on ollut kasvattaa syöttävän jakelukaapelin poikkipinta-alaa ja vaihtaa jakelumuuntaja suurempaan ongelman ratkaisemiseksi, mutta investointi on kuitenkin kallis eikä välttämättä maksa itseään koskaan takaisin. On myös mahdollista, että aiempaa suuremman muuntajan tyhjäkäyntihäviöillä on huonontava vaikutus järjestelmän energiatehokkuuteen. Tällöin voi olla kokonaistaloudellisesti kannattavampaa liittää sähköverkkoon laite, jolla voidaan korjata jännitteenalenemia. Diplomityössä tutkitaan säästömuuntajaan perustuvaa jännitteenkorotinta, jolla voidaan vähentää jakeluverkon jännitteenalenemien aiheuttamia haittoja. Työssä tutkitaan laitteen eri kytkintopologioita sekä niiden ohjausmenetelmiä, joilla voidaan muuttaa säästömuuntajan käämikierrosmääriä sen ollessa kuormitettuna.

Techno-Economic Feasibility of Novel On-Line Condition Monitoring Methods in Low Voltage Distribution Networks

The focus in this thesis is to study both technical and economical possibilities of novel on-line condition monitoring techniques in underground low voltage distribution cable networks. This thesis consists of literature study about fault progression mechanisms in modern low voltage cables, laboratory measurements to determine the base and restrictions of novel on-line condition monitoring methods, and economic evaluation, based on fault statistics and information gathered from Finnish distribution system operators. This thesis is closely related to master’s thesis “Channel Estimation and On-line Diagnosis of LV Distribution Cabling”, which focuses more on the actual condition monitoring methods and signal theory behind them.

Monimoottorikäyttöjen suojaukset, mitoitus ja ohjeistus

Työssä tutkitaan pienitehoisen monimoottoritaajuusmuuttajakäytön yhteismuotovirtojen aiheuttamia ongelmia. Työn tavoitteena on muodostaa monimoottorikäyttöjen toteuttajille opastus, jonka avulla sähkökäytön suunnittelun alkuvaiheessa voidaan ottaa huomioon monimoottorikäytön erikoistarpeita. Työn teoriaosuudessa esitellään taajuusmuuttajan vaihtosuuntaustekniikan aiheuttamia ongelmia, moottorikaapelin mallintamista ja vertaillaan ongelmien ratkaisukeinoja pienitehoisten taajuusmuuttajien näkökulmasta. Yhteismuotoista virtaa tutkitaan mittaamalla rakennetulla monimoottorikäytöllä sekä simuloimalla vaihdellen kaapelin pituutta ja moottorien lukumäärää. Mittaamalla vertaillaan myös virran suodatusratkaisuja. Muodostettu simulointimalli on hyvin yksinkertainen ja luotettavammat virta-arvot saadaankin mittauksella. Kuitenkin työn perusteella voidaan antaa ohjeita monimoottorikäytön suunnittelulle. Esimerkiksi jokaiselle moottorille täytyy suunnitella erillinen suojaus ja taajuusmuuttaja on syytä mitoittaa todellisen kuormavirran mukaan. Yhteismuotoisen virran aiheuttamat ongelmat ovat sitä pienempiä, mitä vähemmän moottoreita on rinnakkain ja mitä lyhyempi moottorikaapelien yhteispituus on.