Örebro universitet Örebro University Institutionen för School of Science and Technology

naturvetenskap och teknik SE-701 82 Örebro, Sweden

701 82 Örebro

Maskinteknik C, Examensarbete, 15 högskolepoäng

UTVECKLING AV VÄGGENOMFÖRINGAR

AV TYPEN RIP

Jens Karlsson

Maskiningenjörsprogrammet, 180 högskolepoäng

Örebro vårterminen 2015

Examinator: Jens Ekengren

DEVELOPMENT OF WALL BUSHINGS OF TYPE RIP

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (47)

Sammanfattning

Examensarbetet har genomförts på ABB Components i Ludvika. ABB Components är en

affärsenhet inom ABB-koncernen som tillverkar nyckelkomponenter till transformatorer,

bland annat genomföringar som kan ses som en isolerande hylsa vars uppgift är att föra

högspänd ström genom jordade plan.

Examensarbetets syfte är att utföra en förstudie som sedan ska fungera som underlag för ABB

Components utvecklingsarbete vad gäller genomföringar av typen RIP (Resin Impregnated

Paper). Bakgrunden till förstudien är ökade miljökrav världen över vilket innebär en marknad

där miljöfrågor får allt större inverkan. Följden av marknadens utveckling är att ABB

Components har insett att de har ett glapp i produktportföljen vad gäller genomföringar av

typen RIP.

För att skapa det underlag som är nödvändigt för att nå målet med förstudien har metoder som

intervjuer, observationer och sökningar i databaser tillämpats. Målet med förstudien har sedan

uppnåtts genom att generera lösningskoncept i form av CAD-modeller. Utifrån lösnings-

koncepten har sedan en identifiering av begränsningar i tillverkningsprocesser varit möjlig.

Identifiering av begränsningar i tillverkningsprocesser har sedan konstaterat att ABB

Components har kunskapen och de resurser som krävs för att tillfredsställa marknadens behov

vad gäller genomföringar av typen RIP.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 2 (47)

Abstract

This thesis has been carried out at ABB Components in Ludvika. ABB Components is a

business unit within ABB Group, which manufactures key components for transformers,

including bushings that can be seen as an insulating sleeve whose function is to bring high-

voltage current through a grounded plane.

The thesis aims to carry out a pilot study that will serve as basis for ABB Components

development of bushings of type RIP (Resin Impregnated Paper). The background to the pilot

study is increased environmental requirements worldwide, which means a market where

environmental issues are increasingly impact. The consequence of market developments is

that ABB Components have recognized that they have a gap in the product portfolio in terms

of bushings of type RIP.

To create the information that is necessary to achieve the aim of the pilot study, methods such

as interviews, observations, and searches in databases has been applied. The aim of the pilot

study has been achieved by generating solution concepts in the form of CAD models. Based

on solution concepts, an identification of limitations in manufacturing processes has been

possible. Identification of limitations in manufacturing processes has determined that ABB

Components have the knowledge and resources necessary to satisfy the market's needs in

terms of bushings of type RIP.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 3 (47)

Förord

Denna rapport är resultatet av ett examensarbete vid avdelningen för orderkonstruktion och

produktvård på ABB Components i samarbete med Örebro universitet. Examensarbetet

omfattar 15 högskolepoäng och är ett avslutande moment i en högskoleingenjörsexamen inom

maskinteknik vid Örebro universitet.

Ett speciellt tack riktas till min handledare på ABB Components, Annika Axelsson, för hennes

intresse och ovärderliga kunskap under hela examensarbetet. Ett stort tack till övriga

medarbetare på orderkonstruktion- och produktvårdsavdelningen som har bidragit med

värdefull information och en hög trivselfaktor. Vidare vill jag tacka Johan Eriksson och Urban

Schander som har gett mig chansen att göra examensarbetet på ABB Components. Tack till

Hanna Ekstrand som har bidragit med värdefull information och support under hela

examensarbetet. Jag vill även rikta ett tack till övriga medarbetare på ABB Components, både

på kontoret och i verkstaden för deras värdefulla information. Tack till min handledare på

Örebro universitet, Patrik Karlsson, som har bidragit med goda råd och gett mig feedback

under examensarbetets gång.

Örebro, juni 2015

Jens Carlsson

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 4 (47)

Innehållsförteckning

1 INLEDNING ....................................................................................................................... 6 1.1 Företaget ........................................................................................................................ 6 1.2 Projektet ........................................................................................................................ 8 1.3 Syfte och avgränsningar ................................................................................................ 9 1.4 Mål ................................................................................................................................ 9

2 BAKGRUND ..................................................................................................................... 10 2.1 Problemformulering .................................................................................................... 11 2.2 Vad har företaget gjort tidigare .................................................................................... 12 2.3 Beskrivning av teknikområdet .................................................................................... 12

3 TEORETISK REFERENSRAM .................................................................................... 13 3.1 Designprocessen .......................................................................................................... 13 3.2 Produktutvecklingens faser ......................................................................................... 14 3.3 Produktbeskrivning – Genomföring ............................................................................ 15

4 METOD ............................................................................................................................. 18 4.1 Val av metod ................................................................................................................ 18 4.2 Informationsinsamling ................................................................................................ 18

4.2.1 Katalogmetoden .............................................................................................................................. 18 4.2.2 Intervjuer och fokusgrupper ............................................................................................................ 18 4.2.3 Nulägesanalys ................................................................................................................................. 19

4.3 Framtagning av lösningskoncept ................................................................................. 20

4.3.1 Kravspecifikation ............................................................................................................................ 20 4.3.2 Idégenerering – Brainstorming ....................................................................................................... 20

4.4 Verktyg ........................................................................................................................ 21

5 RESULTAT ....................................................................................................................... 22 5.1 Resultat av informationsinsamling .............................................................................. 22

5.1.1 Produkten idag ................................................................................................................................ 22 5.1.2 Processkartläggning ........................................................................................................................ 24 5.1.3 Konkurrensanalys (Benchmarking) ................................................................................................ 25

5.2 Framtagning av lösningskoncept ................................................................................. 27 5.2.1 Kravspecifikation ............................................................................................................................ 27 5.2.2 Idégenerering – Brainstorming ....................................................................................................... 28

5.3 Lösningskoncept .......................................................................................................... 28 5.3.1 Koncept 1 – Genomföring med GGFL-fläns .................................................................................. 28 5.3.2 Koncept 2 – Genomföring utan fästfläns ........................................................................................ 30 5.3.3 Koncept 3 – Genomföring med lindningsrör .................................................................................. 32 5.3.4 Koncept 4 – Genomföring ”GSBL” ................................................................................................ 33

5.4 Identifiering av begränsningar i tillverkningsprocesser .............................................. 35

6 DISKUSSION ................................................................................................................... 40 6.1 Värdering av resultat ................................................................................................... 40 6.2 Fortsatt arbete .............................................................................................................. 42

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 5 (47)

7 SLUTSATSER .................................................................................................................. 44

8 REFERENSER ................................................................................................................. 45

BILAGOR

A: GWP-faktor

B: Konkurrerande lösning - HSP

C: Ursprunglig kravspecifikation

D: Ritning – Koncept 1: ”GGFL-fläns”

E: Ritning – Koncept 2: ”Utan fästfläns”

F: Ritning – Koncept 3: ”Med lindningsrör”

G: Ritning – Koncept 4: ”GSBL”

H: Formningshiss

I: Gjutning med singelgjutkärl ”autoklav”

J: Palett för gelning av genomföring

K: Tänkbart produktionsflöde

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 6 (47)

1 Inledning

1.1 Företaget

ABB är en multinationell verkstadskoncern som är världsledande inom kraft- och

automationsteknik. Koncernen har sitt säte i Zürich, Schweiz och har cirka 140 000

medarbetare världen över. Koncernen omsätter årligen cirka 40 miljarder USD. I Sverige har

ABB cirka 9 000 medarbetare och de största verksamhetsorterna är Västerås med cirka 4200

medarbetare samt Ludvika med cirka 2700 medarbetare [1].

I slutet av 1800-talet gick Elektriska Aktiebolaget i Stockholm samman med Wenström &

Granströms och bildade ASEA (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget). Detta efter att

Jonas Wenström uppfann trefassystemet för generatorer, transformatorer och motorer år 1889.

ASEA kom sedan att bli grundpelaren för elektrifiering av Sveriges industrier, hem och

järnvägar i närmare 100 år innan ASEA år 1988 gick samman med det schweiziska

elektrotekniska företaget Brown Bovery & Cie och bildade ABB (Asea Brown Boveri) [2].

ABB består av fem divisioner, se figur 1, världen över som i sin tur är organiserade i

förhållande till de branscher de verkar i [1].

Forskning och utveckling (FoU) har alltid varit vitala delar i ABB:s långsiktiga strategi och

resultatet är en lång lista av innovationer. Teknik som högspänd likströmsöverföring (HVDC)

Figur 1. Divisioner inom ABB-koncernen [3].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 7 (47)

och en banbrytande framdrivningsmetod för fartyg är ett resultat av ABB:s framåtanda vad

gäller forskning och utveckling. Företagets FoU-verksamhet är en starkt bidragande orsak till

företagets världsledande position när det gäller tillverkning av motorer- och drivsystem,

generatorer och kraftnätsprodukter [1].

ABB Components i Ludvika är en affärsenhet inom divisionen Power Products och tillverkar

komponenter till transformatorer [4]. Transformatorer är nyckelkomponenter i elnät som

omvandlar elektrisk energi från en spänningsnivå till en annan [5]. I figur 2 illustreras dels en

transformator med integrerade genomföringar, så kallade transformatorgenomföringar och

dels en genomföring för tillämpning i vägg, en så kallad väggenomföring. ABB Components

är uppdelat i två enheter. Den ena är enheten för Lindningskopplare [4] som kort kan

beskrivas som transformatorns ”växellåda” som reglerar att utgående spänning hålls på en

konstant nivå vilket bidrar till en god elkvalitet [6]. Den andra är enheten för Genomföringar.

Genomföringar kan beskrivas som en isolerande hylsa vars uppgift är att leda ström med hög

spänning genom jordade plan (transformatorer eller väggar) utan att strömmen går i jord, det

vill säga utan risk för överslag [7].

Enheten för genomföringar på ABB Components tillverkar olika genomföringstyper och dessa

kategoriseras utifrån typ av isolation [A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 3 april

2015]:

Oil Impregnated Paper (OIP): Oljeimpregnerade genomföringar har papper

impregnerat med transformatorolja som huvudsakliga isolationsmaterial. OIP-teknik

Figur 2. Till vänster ses två genomföringar (”hylsor”) integrerade i en transformator. Till

höger en genomföring för tillämpning i vägg [8].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 8 (47)

är den vanligaste och mest beprövade tekniken som används. Generellt har olje-

impregnerade genomföringar bra termisk- och elektrisk prestanda och prisnivån är

förhållandevis låg jämfört med andra genomföringstyper. Nackdelar är närvaron av

transformatorolja vilket innebär en negativ miljöpåverkan. Vidare innebär OIP-teknik

ökad risk för brand i samband med haverier, låg mekanisk styrka och begränsning vad

gäller vinkel vid montage [9].

Resin Impregnated Paper (RIP): Hartsimpregnerade genomföringar har papper

impregnerat med epoxiharts som främsta isolationsmaterial. RIP-teknologin innebär

en genomföring med mycket god termisk- och elektrisk prestanda. RIP-genomföringar

innehåller ingen transformatorolja vilket reducerar brandrisken och eliminerar risken

för miljöskador i samband med haverier. Nackdelen är att tekniken innebär mer

komplexa tillverkningsprocesser vilket ger en dyrare produkt i jämförelse med

oljeimpregnerade genomföringar [9].

Gas: Gasisolerade genomföringar använder komprimerad SF6-gas (svavelhexafluorid)

som huvudsakliga isolationsmedium. Avsaknaden av impregnerat papper som OIP-

och RIP-teknik innebär ger en lätt men robust genomföring med mycket goda

mekaniska egenskaper. En gasisolerad genomföring är cirka 25 % lättare än en

oljeimpregnerad genomföring med jämförbar elektrisk kapacitet [10]. Huvudsakliga

nackdelen är förekomsten av svavelhexafluorid som är en växthusgas med kraftig

negativ miljöpåverkan [11].

1.2 Projektet

Projektet har genomförts på orderkonstruktion- och produktvårdsavdelningen för

genomföringar på ABB Components. Projektet är ett utvecklingsprojekt som primärt handlar

om att undersöka och utreda vilka förutsättningar som finns för företaget vad gäller

utveckling av väggenomföringar. Handledare på företaget är Senior Engineer Annika

Axelsson som tillsammans med andra medarbetare har bistått med information och kunskap

gällande arbetet. Handledare från Örebro universitet är Patrik Karlsson, postdoktor inom

maskinteknik. Examinator är Jens Ekengren, universitetslektor inom maskinteknik.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 9 (47)

1.3 Syfte och avgränsningar

Syftet är att utföra en förstudie med ändamål att identifiera tänkbara faktorer som har eller kan

ha inverkan på företagets utveckling av genomföringar av typen RIP. Förstudien ska sedan

fungera som underlag för det fortsatta utvecklingsarbetet.

Förstudiens tidsram är 10 veckor och behöver därför avgränsas för att rymmas inom given

tidsram:

Förstudien begränsas till genomföringstyper för växelström (AC).

- ABB Components tillverkar genomföringar för både likström (DC) och

växelström (AC).

Förstudien begränsas till väggenomföringar av typen RIP.

- ABB Components produktkatalog för RIP-genomföringar omfattar tillämpning

för både transformatorer och väggar.

Förstudien begränsas till väggenomföringar av typen RIP med isolanter av

silikongummi.

- Traditionellt sett är isolanter av porslin den vanligaste tillämpningen på

genomföringar men det blir det allt vanligare med isolanter av silikongummi.

Fördelar med silikongummi i jämförelse med porslin är bland annat högre grad

av hydrofobicitet (förmåga att stöta bort vatten) och lägre densitet vilket ger

lägre vikt. Andra fördelar med isolanter av silikongummi i jämförelse med

porslin är att de består av ett material som inte splittras om den utsätts för

vandalism, mekaniska spänningar etc. vilket bidrar till ökad säkerhet när det

gäller personskador och skador vid transport [12].

1.4 Mål

Målet med förstudien är:

- Ta fram tänkbara lösningskoncept på en väggenomföring av typen RIP för

spänningsnivåer upp till 420 kV (AC).

- Klarlägga tänkbara faktorer i tillverkningsprocesser som begränsar tillverkning

och vidareutveckling av lösningskoncepten.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 10 (47)

2 Bakgrund

Då världen blivit alltmer global med en ökad konkurrens samt medvetenhet bland kunder har

förändringstakten hos svenska företag och organisationer förmodligen aldrig varit större.

Ökade krav vad gäller pris, prestanda, säkerhet och miljöpåverkan får alltmer inverkan på ett

företags sätt att leda organisationen mot framgång [13]. Vikten av att förstå och kunna

uppfylla marknadens behov samt utveckla och utnyttja resurser är en förutsättning för att

klara av den accelererande konkurrensen. En konkurrens med produktgenerationer som

avlöser varandra i ett allt högre tempo kräver långsiktiga lösningar genom ständig satsning på

utveckling och innovation [14].

Ökad konkurrens och en marknad som hela tiden pressas till det yttersta påverkar samhället i

allt högre grad. Vi lever idag i ett industrisamhälle och belastar miljön mer än vad som är

långsiktigt gångbart. Begrepp som ”global uppvärmning” och ”växthuseffekt” är en direkt

konsekvens av samhällets utveckling. Samtidigt som problemen är märkbart uppenbara så

används tekniker världen över med väldokumenterad kraftig negativ miljöpåverkan [14].

Högspänningsprodukter som till exempel väggenomföringar med svavelhexafluorid som

isolationsmedium är exempel på teknik med dokumenterad negativ miljöpåverkan

[A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 3 april 2015]. Svavelhexafluorid används som

isolationsmedium på grund av gasens förmåga att isolera och dämpa ljusbågar [11].

Svavelhexafluorid är en artificiell växthusgas som tillsammans med fluorkolväten och

perfluorkarboner går under benämningen fluorerade gaser, så kallade F-gaser [11].

Fluorerade gaser är antropogena (uppkomna efter människans verksamhet) och har en hög

faktor för global uppvärmingspotential (GWP-faktor) [15]. GWP-faktor är ett index som visar

de radioaktiva egenskaperna och den kombinerande effekten av de olika tiderna som gaserna

finns kvar i atmosfären i förhållande till koldioxid [11]. Svavelhexafluorid har GWP-faktor på

22 200 vilket gör att ett kilo av gasen har samma effekt som 22 200 kilo koldioxid.

Koncentrationen av svavelhexafluorid i atmosfären är låg i förhållande till koldioxid men på

grund av gasens långa uppehållslängd (3200 år) och absorbering av infraröd strålning har

gasen potential att påverka klimatet långt in i framtiden [15]. Se bilaga A för GWP-faktor och

uppehållslängd i atmosfären för svavelhexafluorid i förhållande till andra växthusgaser.

Vetskapen om miljökonsekvenserna vad gäller användning av svavelhexafluorid i

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 11 (47)

genomföringar har lett till att kravspecifikationer från ABB Components kunder alltmer

innefattar krav på genomföringstyper utan varken gas (svavelhexafluorid) eller olja

(transformatorolja), en så kallad RIP-genomföring. Ökade miljökrav medför att alltfler kunder

specificerar ”No SF6” i sina kravspecifikationer [A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation,

3 april 2015]. Genomföringar fyllda med transformatorolja som konventionellt innefattar

porslinsisolanter ökar brandrisken och undersökningar visar att 10 av 11 bränder i

transformatorer beror på oljehaltiga porslinsgenomföringar. Genomföringar på en

transformator står för mindre än 5 % av omkostnaderna för en transformator men

konsekvenserna av ett haveri kan vara otillbörligt stora både vad gäller personskador och

ekonomiska omkostnader [16].

Vad gäller väggenomföringar erbjuder ABB Components idag två alternativ till sina kunder.

Det ena alternativet är gasisolerade genomföringar och det andra är RIP-genomföringar.

Vetskapen om miljökonsekvenserna av svavelhexafluorid och det förhållandevis höga priset

på gasisolerade väggenomföringar gör att allt fler kunder väljer bort dessa till fördel för RIP-

varianter. Med en utveckling där RIP-teknik får alltmer utrymme har ABB Components

kommit till insikt att det finns ett glapp i vad de kan erbjuda sina kunder när det gäller

genomföringar av typen RIP för tillämpning i vägg [A. Axelsson, ABB, muntlig

kommunikation, 3 april 2015].

2.1 Problemformulering

ABB Components tillverkar idag väggenomföringar av typen RIP med spänningsnivåer upp

till 123 kV (AC). Tendenser på marknaden visar ett marknadsbehov på nivåer kring 420 kV

(AC) och här ligger ABB Components efter sina konkurrenter. Följden blir att ABB

Components inte kan erbjuda sina kunder en produkt som överensstämmer med kundernas

krav och önskemål vilket medför att de mister kunder och därmed marknadsandelar. För att

säkerställa ABB-koncernens status som världsledande inom kraftöverföringsteknik har man

därför insett att man behöver fokusera mer på genomföringar med RIP-teknik och speciellt

väggenomföringar. Genom denna förstudie vill ABB Components skapa ett underlag för

tänkbara lösningskoncept vad gäller väggenomföringar av typen RIP för spänningsnivåer upp

till 420 kV (AC) för att sedan klargöra om koncepten är realiserbara med dagens resurser och

även vad pågående investeringar i verkstaden kan innebära [A. Axelsson, ABB, muntlig

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 12 (47)

kommunikation, 3 april 2015].

2.2 Vad har företaget gjort tidigare

ABB Components har som tidigare nämnt ett begränsat utbud vad gäller väggenomföringar av

typen RIP. Företaget har däremot kommit längre vad gäller RIP-genomföringar för

tillämpning i transformatorer. ABB Components erbjuder transformator-genomföringar av

typen RIP med spänningsnivåer upp till 800 kV (AC) vilket innebär en världsledande position

inom genomföringsbranschen vad gäller tillämpning för transformatorer [A. Axelsson, ABB,

muntlig kommunikation, 5 april 2015].

Företaget har kunskapen och teknologin för att framställa RIP-genomföringar och man hävdar

att kunskapen man har från transformatorgenomföringar av typen RIP kan tillämpas på

väggenomföringar. Lämpliga material i tätningssystem som o-ringar och packningar,

fästelement, fuktavvisande komprimerbar gel etc. är exempel på komponenter som tillämpas i

transformatorgenomföringar och som även kan användas för väggenomföringar

[P. Runnholm, ABB, muntlig kommunikation, 4 maj 2015].

2.3 Beskrivning av teknikområdet

De teknikområden som berör projektet är framförallt:

- Produktutveckling (med 3D-modellering)

- Produktionsteknik

Både produktutveckling och produktionsteknik är områden som påverkas starkt av en ständig

förändring och förbättring vad gäller effektivitet, komplexitet och egenskaper [14].

För att förstå produkten och dess egenskaper har ellära, tillverkningsteknik och maskinteknik

varit kompletterande teknikområden.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 13 (47)

3 Teoretisk referensram

I detta kapitel presenteras den teori som anses relevant för att skapa den struktur och

förståelse som krävs för att nå syftet med förstudien. Då förstudien i första hand är ett

utvecklingsprojekt behövs en förståelse för hur utvecklingsprocesser systematiskt kan

struktureras på lämpliga sätt. Olika modeller för produktutveckling kommer därför att

beskrivas. Vidare krävs en teoretisk bakgrund om produkten och vilka faktorer som är

styrande i dess utförande.

3.1 Designprocessen

Designprocessen som beskrivs i boken The Mechanical Design Process av David G. Ullman

är en av två metodmodeller som har gett inspiration och idéer på hur man kan genomföra

produktutvecklingsprojekt på ett strukturerat och genomtänkt sätt [17]. I figur 3 illustreras

processen och dess faser genom en så kallad vattenfallsmodell där flödet i processen har sin

början längst upp för att sedan gå nedåt, som ett vattenfall [17].

Identifiering av drivkrafter och behov innebär att innan man utvecklar eller vidareutvecklar en

produkt behöver man etablera en förståelse för drivkrafterna hos produkten. Behovet av

produkten behöver fastställas och drivkrafter som teknik och marknad behöver utvärderas.

I projektplaneringen identifieras uppgiften och beskriver hur den ska delas upp för att nå det

Figur 3. Designprocessen enligt David G. Ullman [17].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 14 (47)

slutgiltiga målet. Definition av produkt innebär att en förståelse för hur produkten behöver

vara utformad för att tillfredsställa marknaden är nödvändig. Här tolkar man kundernas behov

och förväntningar på produkten och skapar en teknisk beskrivning (kravspecifikation).

Konstruktionskoncept går ut på att generera tänkbara lösningskoncept som kan leda till en

produkt med god kvalité. De tidigare faserna har lagt grunden till förståelsen av produkten

och idéer och förslag som uppkommit längs vägen ska nu bearbetas. Produktutveckling

innebär att lösningskoncepten ska analyseras och utvärderas för att finna ett slutgiltigt koncept

som sedan arbetas vidare med. Produktsupport innebär att det behöver finnas dokumentation

tillgänglig för att stödja tillverkning och montering av koncepten [17].

3.2 Produktutvecklingens faser

Produktutvecklingens faser är en modell för produktutveckling som återfinns i boken

Produktutveckling – Effektiva metoder för konstruktion och design av Johannesson et al. och

är den andra metodmodellen som har gett inspiration och idéer hur man kan arbeta

systematiskt vad gäller produktutveckling. I figur 4 illustreras de olika faser processen

genomgår [14].

Produktutvecklingens faser inleder med en förstudie. Syftet med förstudien är att bedöma om

det finns grund för produktutveckling. Det är viktigt att problemet analyseras

förutsättningslöst och att bakgrundsmaterial tas in så att problemet blir allsidigt belyst.

Produktspecifikation kan ses som en målspecifikation vilken beskriver kriterier som är

relevanta för produktens önskade resultat. Det kan vara krav som alltid måste uppfyllas eller

önskemål som är önskvärda hos produkten. Konceptgenerering innebär en första ansats till en

Figur 4. Produktutvecklingens faser enligt Johannesson et al [14].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 15 (47)

tänkbar lösning av ett konstruktionsproblem. Lösningen kan innehålla en beskrivning av den

tekniska lösningen i form av till exempel skisser, principer i text, blockscheman etc.

Konceptsutvärdering och konceptval innebär att lösningarna ska analyseras med avsikt att

bedöma hur bra lösningarna är i förhållande till de krav och önskemål som finns.

Konfiguration och detaljkonstruktion innebär framställning av ett tillverkningsunderlag och

en detaljkonstruktion som är tillräcklig för att kunna producera en prototyp som kan

analyseras och testas. Prototyper innebär framställning av prototyper. Det kan vara CAD-

modeller eller fysiska prototyper som är fullt fungerande för olika typer av tester.

Tillverkningsanpassning är ofta nödvändig då prototyper många gånger tillverkas utan att ta

hänsyn till bland annat tillverkningskrav som krävs för den slutgiltiga produkten. Det

underlag som har legat till grund för prototypframställningen behöver därför vidareutvecklas

och anpassas så att produktens slutgiltiga egenskaper säkerställs [14].

3.3 Produktbeskrivning – Genomföring

För att undvika överslag när en kraftledning går genom ett jordat plan, till exempel en

transformator eller en vägg, behöver man en isolerande hylsa som motverkar att överslag sker

mellan kraftledningen och det jordade planet. Denna hylsa kallas för genomföring vilket är en

integrerad komponent i högspänningsapplikationer som till exempel transformatorer.

Genomföringens funktion är att isolera och kontrollera elektriska fältstyrkor som kan leda till

överslag. Genomföringstypen som förstudien behandlar är en så kallad kondensator-

genomföring. En kondensatorgenomföring är uppbyggd utifrån en elektrisk ledare som

omsluts av papper och belägg av aluminiumfolie. Med syfte att skapa en kondensator har en

exakt placering av beläggen beräknats fram genom omsorgsfulla beräkningar på de elektriska

kraftfält som uppstår när högspänd ström går genom ledaren. Kondensatorns uppgift är att

säkerställa en jämn spänningsfördelning vilket gör att de isolerande papperslagren utnyttjas

bättre [7].

Vanligtvis används två olika typer av papper som isolation för kondensatorgenomföringar;

oljeimpregnerat papper och hartsimpregnerat papper [7]. Hartsimpregnerat papper, som

förstudien behandlar, utvecklades på 1960-talet för isolation i högspänningsprodukter [18].

Harts eller som det ibland benämns, epoxiharts, är en polymer med hög elektrisk resistans och

med mycket bra egenskaper när det gäller vidhäftning. Epoxiharts kan användas för

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 16 (47)

tillämpningar både för låga- och höga temperaturer och kan med fördel gjutas utan att

luftbubblor bildas vilket är en förutsättning vid isolering av elektriska komponenter.

Epoxiharts stelnar med hjälp av en härdare och resultatet blir en styv komponent [19].

För att nå målet med förstudien behövs en förståelse för faktorer som spelar in när det gäller

dimensionering av genomföringar. För att isolera och kontrollera att elektriska fältstyrkor

hålls på säkra nivåer brukar man definiera fem principiella faktorer som spelar in när det

gäller dimensionering av kondensatorkroppen och ledaren. Faktorerna och hur de förhåller sig

till varandra illustreras i figur 5. För att erhålla samma kapacitans i hela kondensatorkroppen

har alla aluminiumfoliebelägg samma area vilket är anledningen till att de blir kortare desto

större diametern blir. Kapacitans är ett mått på hur mycket elektrisk energi som kan lagras

[18].

ro = radie på ledaren

rn = radie på yttersta papperslagret

li = längd på första aluminiumfoliebelägg

ln = längd på sista aluminiumfoliebelägg

Um = Märkspänning som går genom ledaren (kV)

Ju högre ström som ska föras genom ledaren desto större behöver diametern på ledaren vara.

På samma sätt fungerar det med spänning, ju högre spänning desto större diameter krävs på

kondensatorkroppen. Konsekvensen av en större kondensatorkropp blir att många av de

ingående komponenterna i genomföringen behöver dimensioneras upp för att

kondensatorkroppen och ledaren ska få plats och för att klara de elektriska krav som ställs.

Figur 5. Tvärsnitt på en kondensatorkropp och elektrisk ledare och de faktorer som påverkar[18].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 17 (47)

Figur 6. Faktorer som påverkar dimensionen, utifrån muntlig kommunikation [D. Gustavsson, ABB, 18 april

2015].

[D. Gustavsson, ABB, muntlig kommunikation, 18 april 2015].

Ytterliggare faktorer som är av betydelse när det gäller dimensionering är att ju högre

spänning desto längre behöver spelet (eng. air clearence) vara mellan kraftledningen och det

jordade planet. Följden blir att ju högre spänning desto längre behöver genomföringen vara.

Man brukar definiera detta som spel mellan vägg och kraftledning (eng. clearence to wall)

och spel mellan kraftledning och mark (eng. clearence line-to-ground). Överslagssträcka (eng.

flashover distance) är det minsta avstånd som krävs mellan två strömledande delar på

genomföringen och förkortas FOD. Krav vad gäller längden på överslagsträcka kan variera

beroende på om den är inomhus eller utomhus. På grund av en mer kontrollerad miljö, utan

till exempel regn och luftföroreningar, är ofta överslagsträckan kortare på inomhusidan. Till

höger i figur 6 illustreras en väggenomförings utomsida och spelen som behöver tas hänsyn

till för att undvika överslag mellan det jordade planet och kraftledningen [A. Axelsson, ABB,

muntlig kommunikation, 5 maj 2015].

En generell tumregel är att ju högre ström och spänning desto större blir genomföringen både

på omkretsen och längden [D. Gustavsson, ABB, muntlig kommunikation, 18 april 2015].

Vetskapen om vad som styr genomföringens dimension är en grundförutsättning som krävs

för att senare kunna identifiera tänkbara faktorer som har eller kan ha inverkan på företagets

utveckling av väggenomföringar av typen RIP. Detta eftersom tillverkningsprocesser som till

exempel lindning av kondensatorkropp och monteringslinjer har en främsta begränsning när

det gäller dimensionen på komponenterna. Genomföringens vidare funktion och uppbyggnad

diskuteras inte mer ingående eftersom det ligger utanför förstudiens syfte.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 18 (47)

4 Metod

4.1 Val av metod

Vad gäller val av metod har utgångspunkten varit en metod som passar projektets typ och

omfattning men även projektutförarens sätt att arbeta. En genomtänkt och väldefinierad

metodmodell med klokt valda faser är ett sätt att uppnå kvalitetssäkring av slutprodukten [20].

Enligt Saunders et al. kan både kvantitativa och kvalitativa ansatser tillämpas vad gäller

metod. En kvantitativ ansats bygger ofta på till exempel numerisk data i form av statistik och

enkäter (frågeformulär) medan en kvalitativ ansats kan bygga på intervjuer, personlig

kommunikation och observationer [21].

Förstudien har i huvudsak inneburit kvalitativa ansatser där framförallt intervjuer och

observationer har gett kvalitativ data rörande faktorer som påverkar vidareutveckling av

väggenomföringar av typen RIP. Då förstudien primärt bygger på observationer och intervjuer

anses en kvalitativ ansats vara den mest lämpliga metoden. I avsnitt 4.2 definieras hur

kvalitativ data har samlats in på ett strukturerat och genomtänkt sätt.

4.2 Informationsinsamling

4.2.1 Katalogmetoden

Kontinuerligt under hela projektet har katalogmetoden, även kallad litteraturmetoden, använts

med syfte att erhålla den kunskap som behövs för att förstå produkten och de olika faser

förstudien genomgår. Katalogmetoden är en enkel syntesmetod för att stödja kreativt tänkande

i samband med problemlösande. Metoden går ut på att man söker information i litteratur. Med

litteratur menas inte bara böcker utan all tänkbar form av litteratur som kan vara till hjälp, till

exempel internet, tidskrifter, tidningar etc. [14]. Konkurrensanalysen som har utförts i

förstudien är ett exempel där katalogmetoden har använts genom sökningar på internet och i

databaser. För att hitta trovärdiga källor om projektets olika delar har sökningar i olika

databaser via Örebro universitetsbibliotek varit ett återkommande verktyg. Vanliga sökord har

varit bland annat ”bushing”, ”resin impregnated paper” och ”wall bushing”.

4.2.2 Intervjuer och fokusgrupper

Saunders et al. beskriver att intervjuer kan vara strukturerade, ostrukturerade eller semi-

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 19 (47)

strukturerade [21]. Strukturerade intervjuer baseras på ett tidigare fastställt frågeformulär för

att skapa en intervjumetodik som innebär att frågorna ställs exakt som de är skrivna och där

svarsalternativen ofta är förtryckta. Ostrukturerade intervjuer innebär en metodik där

intervjuaren inte utgår från förutbestämda frågor utan vill studera ämnet på djupet genom att

låta respondenten diskutera fritt kring det ämne som är förutbestämt. Semi-strukturerade

intervjuer innehåller både strukturerade och ostrukturerade delar där samtalet inleds med

förutbestämda frågor som senare övergår till en mer anpassad och öppen diskussion utifrån

samtalets innehåll [21].

I förstudien har främst semi-strukturerade intervjuer använts då avsikten med intervjuerna har

varit att erhålla svar på förutbestämda frågeställningar men även att skapa en allmän

diskussion om ämnet. Genom semi-strukturerade intervjuer med experter med lång erfarenhet

inom genomföringsbranschen har en aktuell lägesbild av företagets utvecklingsarbete (FoU-

verksamhet) och verksamheten generellt skapats. En annan fördel som intervjuerna gett är

bilden och förståelsen av omvärldens krav och önskemål på produkten vilket sedan lagt

grunden till det fortsatta arbetet genom ökad kunskap om vad som eftersträvas av produkten.

Fokusgrupper är en begränsad studie där personer i grupp får diskutera sin uppfattning om en

ny eller tilltänkt produkt. Man gör inga renodlade intervjuer utan personerna får fritt diskutera

kring den aktuella produkten. Målet med fokusgrupper är att gruppen tillsammans kan

diskutera och komma fram till oväntade idéer eller resonemang. På så sätt kan gruppen

tillsammans komma fram till idéer och synpunkter som vid en enskild intervju skulle kunna

förbises [14]. Fokusgrupper har används i förstudien för att belysa och diskutera de olika

koncept som har genererats fram. Genom fokusgrupper har förutsättningar skapats för att

erhålla kunskap om hur genomföringen bör konstrueras för att hålla en så hög kvalité som

möjligt.

4.2.3 Nulägesanalys

En nulägesanalys har utförts där målet har varit att skapa en bild av företagets produkter,

verksamhet, dess olika processer samt hur konkurrensen ser ut på marknaden

(konkurrensanalys). För ökad förståelse vad gäller produkten behövs en grundläggande

kunskap om produkten idag, hur den är konstruerad och vad som styr dess utförande. En

processkartläggning är nödvändig för att lära känna verksamheten och produkten som

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 20 (47)

tillverkas. Konkurrensanalys är ett sätt att öka förståelsen för konkurrerande produkter samt

generera idéer för hur liknande problem kan lösas [14]. En konkurrensanalys kan vara en bra

källa till idéer gällande design av produkten och kan även ge kännedom om lösningar på ett

särskilt problem man har [20]. Företaget har uttryckt en önskan att konkurrensanalysen ska

gälla väggenomföringar av ”torra typer” (utan olja och gas), det vill säga även andra alternativ

än hartsimpregnerade genomföringar ska tas med. För att avgränsa konkurrensanalysen

identifieras ”torra” väggenomföringar med isolanter av silikongummi.

4.3 Framtagning av lösningskoncept

4.3.1 Kravspecifikation

Kundernas krav och önskemål gällande produkten har utformats genom en kravspecifikation,

som sedan agerar riktmärke i det fortsatta arbetet. I kravspecifikationen ges ingen information

hur kundbehoven ska uppfyllas utan anger vad som ska försöka uppnås för att tillfredsställa

behoven. Kravspecificering underlättar styrning av utvecklingsarbetet och stödjer

lösningsalternativ [14].

4.3.2 Idégenerering – Brainstorming

För att generera tänkbara lösningskoncept har brainstorming använts. Brainstorming används

vanligen i grupp men då projektet sker individuellt så görs avsteg från detta. Man brukar

definiera fyra grundregler vid brainstorming [14]:

Kritik är inte tillåten: Försök att inte vara självkritisk till dina idéer utan främja spontanitet

utan att bedöma värdet av förslagen. Kvantitet eftersträvas: En viktig aspekt i en

brainstorming är att kvantitet går före kvalitet. Utgångspunkten är att en mindre bra idé

faktiskt kan leda till en väldigt bra idé genom association. Gå utanför det vanliga: Ovanliga

och kanske helt främmande idéer är välkomna. Det har visat sig att idéer som till en början

anses främmande eller rent av tokiga, med viss modifikation, kan vara en utmärkt lösning.

Kombinera idéer: För att åstadkomma möjliga lösningskoncept kan man kombinera olika

idéer och tankar och skapa helt nya lösningar för problemet.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 21 (47)

4.4 Verktyg

CAD-program: Creo Parametric 2.0 har använts för att skapa tredimensionella

lösningskoncept (CAD-modeller). Genom Creo Parametric 2.0 har förutsättningar att

visualisera lösningskonceptens form och utseende skapats. Vidare har programmet gett

en förutsättning att skapa ritningar utifrån CAD-modellen för att visualisera

dimensioner men även projektioner och snittvyer. Snittvyer skapar förutsättningar att

kunna visualisera hur koncepten ser ut invändigt vilket har varit till hjälp för att skapa

montagevänliga koncept med hög och jämn hög kvalité vilket är ett krav enligt

kravspecifikationen, avsnitt 5.2.1.

PDM-system: PTC Windchill har använts för att finna information och skapa en

förståelse för produkten och företaget. PDM står för Product Data Managent och är ett

ledningssystem för hantering av ett företags all produktdata. Det kan vara

materialdatabaser, beräkningar, produktionsberedningar etc. [14].

Databaser: Sökningar i olika databaser via Örebro universitetsbibliotek har varit

återkommande verktyg som har använts under hela förstudiens gång för att generera

trovärdiga referenser.

Intervjuer och fokusgrupper: Intervjuer och fokusgrupper har varit verktyg som har

använts kontinuerligt under hela förstudien för att erhålla den kunskap som har varit

nödvändig.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 22 (47)

5 Resultat

5.1 Resultat av informationsinsamling

5.1.1 Produkten idag

Idag tillverkar ABB Components väggenomföringar för växelström av typen RIP med

elektriska nivåer mellan 52-123 kV (märkspänning) och 2000-4000 A (ström).

Genomföringen kallas GSA-AA och figur 7 illustrerar dess utförande, dimensioner och

elektriska egenskaper. Tidigare i rapporten har det beskrivits att dimensioner på

genomföringen är av yttersta betydelse för att klara av de spännings- och strömnivåer som

krävs av produkten. En GSA-AA med spänningsnivå på 52 kV är cirka 1,3 meter lång medan

en GSA-AA för 123 kV är cirka 2,5 meter [22].

Figur 7. Utförande, dimensioner och elektriska egenskaper för GSA-AA [22].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 23 (47)

På grund av produktvariationer hos genomföringstypen GSA-AA ges nedan en generell

beskrivning av ingående komponenter som illustreras i figur 7. Informationen vad gäller de

ingående komponenterna har samlats in via intervjuer och observationer av tillverknings-

processer.

Elektrisk ledare (eng. Solid conductor): Ledaren är solid och av varierande längd och

diameter beroende på strömmens storlek. Materialet i ledaren består av koppar eller

aluminium och styrande faktor är även där storleken på strömmen.

Hartsimpregnerad kondensatorkropp (eng. RIP body): Kondensatorkroppen är av

varierande längd och diameter beroende på spänningsnivå.

Fästfläns (eng. Mounting flange): Fästflänsen fungerar som ett montageplan för

infästning i det jordade planet och är av varierande storlek och material beroende på

tillämpning. För att testa genomföringens kvalité när det gäller elektriska egenskaper

är ett mättutag (eng. test tap) placerat i fästflänsen. Mätuttaget förbinds med det

yttersta aluminiumfoliebelägget på kondensatorkroppen för mätning av

genomföringens kapacitans och tangens delta (tan δ). Tangens delta, eller förlustfaktor,

är ett mått på dielektriska förluster i isolationen. Hög tangens delta kan vara ett tecken

på fukt i genomföringen vilket försämrar dess elektriska egenskaper [18].

Silikongummisolant (eng. Silicone rubber isolator): Verkar fuktavvisande och har en

rillprofil för att skapa längre avstånd mellan två strömledande delar på genomföringen.

Se figur 8 för hur en rillprofil kan vara utformad. Avståndet som rillprofilen skapar

brukar benämnas kryplängd [8]. Isolanter kan tillämpas på båda sidor av fästflänsen

beroende på omgivande miljö och kundens eventuella krav på krypsträcka längs hela

isolationen.

Figur 8. Exempel på rillprofil för en isolant till GSA-AA [22].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 24 (47)

Yttre terminal (eng. Outer terminal): Är den komponent på genomföringen som

förbinder genomföringen med kraftledningen.

5.1.2 Processkartläggning

En förståelse för processflödet, inte bara för GSA-AA utan generellt för genomföringar av

typen RIP, är en förutsättning för det fortsatta arbetet. Information vad gäller processflöde för

RIP-genomföringar har samlats in via observationer och intervjuer med operatörer och

produktionssamordnare. I processkartläggningen, se figur 9, görs ingen djupdykning i detaljer

eller större utsträckning vad gäller variationer utan helheten i tillverkningsprocessen avses.

Tillverkningsprocessen inleds med lindning av kondensatorkropp som sker i en

lindningsmaskin där papper och aluminiumfoliebelägg lindas runt en elektrisk ledare med

syfte att skapa en kondensatorkropp. Formning och gjutning innebär att en gjutform

(stålform) monteras utanpå kondensatorkroppen. Sedan placeras gjutformen i ett gjutkärl som

fylls med epoxiplast. Därefter står gjutformen i värme och vakuum i ett antal dygn för att

sedan fyllas med en härdbar epoxiharts. När kroppen är färdiggjuten och härdad demonteras

gjutformen och kroppen skickas till ett externt företag för svarvning där önskad form

åstadkommes. Efter svarvning skickas kroppen i vissa tillämpningar till ytterligare ett externt

Figur 9. Processkarta över tillverkningen av RIP-genomföringar.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 25 (47)

företag för målning där en speciell lack appliceras på kroppen för att skydda mot

fuktinträngning. När kroppen är målad skickas den tillbaka till ABB Components och

processen montering av fästfläns vilket innebär att fästfläns och dess mättutag monteras på

kroppen. När mätuttaget är på plats tillämpas ett nakenprov. Nakenprovet är ett inledande

elektriskt prov för att kvalitetssäkra att gjutning av kropp uppfyller de krav som är ställda. En

undermålig gjutning med till exempel luftfickor innebär, med största sannolikhet, att

genomföringen inte klarar de elektriska krav som är ställda på kroppen. Ett underkänt

nakenprov tyder på undermålig gjutning och kroppen och det rör som kroppen lindas på kan

kasseras i ett tidigt skede. Ur ett ekonomiskt perspektiv är detta fördelaktigt eftersom

processen stoppas och startas om istället för att senare bli underkänd i rutinprovet. Vid

godkänt nakenprov tar montering av övriga komponenter vid för att åstadkomma en komplett

genomföring. När alla komponenter är monterade och genomföringen är helt sluten

genomförs gelning. I gelprocessen fylls genomföringen med silikongel som fungerar som

tätning mellan kropp och isolant men även för att skydda kroppen mot fuktangrepp. När

gelning är utförd och gelen har härdat ska genomföringen rutinprovas. Rutinprovet är ett

omfattande elektriskt prov som testar alla de elektriska krav som ställs på genomföringen och

dess funktionalitet. Vid godkänt rutinprov skickas genomföringen till packning och

distribution till kund.

5.1.3 Konkurrensanalys (Benchmarking)

5.1.3.1 MGC Moser-Glaser

MGC Moser-Glaser tillverkar väggenomföringar av typen RIP. Teknologin bakom

genomföringarna som de även har patent på kallas Duresca®. Företaget beskriver produkten

som kompakt och underhållsfri. Genomföringarna är uppbyggda på samma princip som

ABB:s väggenomföringar, det vill säga en elektrisk ledare omsluts av hartsimpregnerat papper

med belägg av aluminiumfolie i syfte att säkerställa en jämn spänningsfördelning. De

elektriska egenskaper MGC:s väggenomföringar kan hantera är märkspänningsnivåer på

24−245 kV och strömnivåer på 630−6300 A [23].

5.1.3.2 HSP Hochspannungsgeräte GmbH

HSP är ett dotterbolag till Siemens som fokuserar på genomföringar med RIP-teknik. Deras

väggenomföring av typen RIP kallas SEW och de elektriska egenskaper som SEW kan

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 26 (47)

hantera är märkspänningsnivåer på 52−800 kV och strömnivåer upp till 4000 A [24]. Utifrån

ritningar och annan dokumentation framgår att HSP har en del nytänkande när det gäller

design som kan vara ett alternativ för ABB Components vad gäller vidareutveckling av

väggenomföringar. I bilaga B illustreras designen och vad den innebär.

5.1.3.3 RHM International

RHM International är ett amerikanskt bolag som tillverkar genomföringar för vägg-

applikationer. Teknologin och patentet bakom genomföringarna kallas HV DryShield®. HV

DryShield® är uppbyggd utifrån en kondensatorkropp med PTFE (polytetrafluoreten, även

kallad teflon) istället för epoxiharts som RIP-teknik innebär. Teknologin är nytänkande och

framförallt miljövänlig. Företaget beskriver genomföringarna som helt säkra vad gäller risk

för explosion, underhållsfria och att isolationsmaterialet är fullt återvinningsbart. De

elektriska egenskaper RHM:s väggenomföringar kan hantera är märkspänningsnivåer på

40,5−245 kV och strömnivåer på 100−3150 A [25].

5.1.3.4 ABB Micafil

ABB Micafil är ett bolag inom ABB-koncernen som tillverkar RIP-genomföringar. ABB

Micafil är inget konkurrerande bolag med ABB Components men då designen på Micafils

genomföringar skiljer sig från ABB Components genomföringar har de tagits med i denna

sammanställning. Micafil beskriver sig själva som världsledande när det gäller RIP-

genomföringar och har sitt säte i Zürich, Schweiz. Deras väggenomföringar av typen RIP

kallas RMI, RMF och RMFF beroende på tillämpning. De elektriska egenskaper Micafils

väggenomföringar klarar av är märkspänningsnivåer på 24−300 kV och strömnivåer upp till

5000 A. De beskriver genomföringarna som kompakta, underhållsfria och att de inte kräver

övervakning. Genomföringarna kan transporteras och installeras i alla tänkbara vinklar. För

att fylla tomrum som kan uppstå mellan kondensatorkropp och till exempel isolanter har de

utvecklat en gel i vätskeform som efter härdning bildar en komprimerbar torr fyllning. Gelen

benämns MICAGEL [26].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 27 (47)

5.2 Framtagning av lösningskoncept

5.2.1 Kravspecifikation

ABB Components har högt ställda krav när det gäller kvalitén på sina produkter. För att

generera lösningskoncept som överensstämmer med företagets filosofi vad gäller produkter

med bra kvalité har en kravspecifikation, se tabell 1, skapats tillsammans med handledaren på

ABB Components. För att harmonisera med rapportens omfattning när det gäller tekniska

aspekter har den ursprungliga kravspecifikationen skrivits om till en förenklad version (tabell

1) anpassad för denna rapport. Se bilaga C för ursprunglig kravspecifikation.

Enligt den förenklade kravspecifikationen ska genomföringen vara konstruerad för

tillämpning i väggar. För att fästa genomföringen i väggen ska ett montageplan konstrueras.

Ett montageplan kan ses som en platta med uttag för skruvförband vilket sedan används för

att fästa genomföringen i väggen. Kondensatorkroppen ska impregneras med harts och varken

transformatorolja eller någon form av gas får tillämpas. Den ska ha silikongummiisolanter på

båda sidor av jordade planet (väggen) och överslagssträcka på respektive sida ska vara minst

3235 mm. Den ska klara av en spänningsnivå på 420 kV (AC) och en strömnivå på 2000 A.

Genomföringen ska klara ett temperaturområde på -40°C - +60°C. Den ska även kunna

tillämpas utomhus och vara ”fukttät” vilket innebär en sluten volym utan risk för fuktangrepp

Tabell 1. Kravspecifikation

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 28 (47)

på kroppen. Genomföringen ska hålla hög kvalité och vara montagevänlig. Prisnivån på

genomföringen ska hållas så låg som möjligt.

5.2.2 Idégenerering – Brainstorming

Utifrån brainstormingen skapades fyra tänkbara koncept som det fortsatta arbetet i förstudien

kommer att behandla. Koncepten och kort vad de innebär förklaras nedan.

Koncept 1 – Genomföring med GGFL-fläns: En genomföring inspirerat av företagets

gasisolerade genomföringar av typen GGFL kan vara ett alternativ.

Koncept 2 – Genomföring utan fästfläns: En vanlig tillämpning för väggenomföringar

är att ha en fästfläns som fungerar som infästning i vägg och för att förbinda två

isolantsidor. Ett alternativ kan vara att utnyttja isolanter för att skapa ett montageplan

för infästning i vägg och därigenom eliminera behovet av en fästfläns.

Koncept 3 – Genomföring med lindningsrör: Idag kan kondensatorkroppen lindas både

på lindningsrör och ledarrör. En flexibel och ibland kostnadseffektiv lösning kan vara

att linda kondensatorkroppen på ett lindningsrör istället för ett ledarrör.

Koncept 4 – Genomföring ”GSBL”: ABB Components tillverkar en genomföring som

kallas GSBL. GSBL räknas som en väggenomföring för likström (DC) och kan, med

viss modifiering, vara en alternativ lösning.

5.3 Lösningskoncept

5.3.1 Koncept 1 – Genomföring med GGFL-fläns

Koncept 1 är inspirerat av ABB Components gasisolerade väggenomföringar som kallas

GGFL. Gasisolerade genomföringar av typen GGFL isolerar elektriska fältstyrkor med hjälp

av svavelhexafluorid (SF6-gas) vilket innebär en avsaknad av kondensatorkropp till skillnad

från hartsimpregnerade genomföringar som isoleras med hjälp av en kondensatorkropp.

Skillnaden mellan konceptet och en GGFL är således att konceptet innebär en kondensator-

kropp men har i övrigt samma utförande som en GGFL. I figur 10 illustreras hur konceptet är

uppbyggt och dess ingående komponenter. För att underlätta förståelsen vad gäller

komponenter har toppstycke och isolant tagits bort på vänster sida om fästflänsen i figur 10.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 29 (47)

Figur 10. Koncept 1 – Utförande utan toppstycke och isolant på vänster sida om fästflänsen.

Konceptet är symmetriskt på båda sidor om fästflänsen vilket innebär att utförandet är lika på

båda sidor. Konceptet utgår från en solid kopparledare (elektrisk ledare med diameter 96 mm)

där kondensatorkroppen har lindats direkt på ledaren. Vad gäller kroppens diameter och

sluttande längd är referensobjekt en GSB420 vilket är en transformatorgenomföring för 420

kV (AC). Botten- och toppflänsen på isolanten förbinder konceptets olika komponenter

genom skruvförband och skapar således en sluten volym mellan fästflänsen och isolanter och

mellan toppstycken och isolanter. Toppstycken kan ses som lock och försluter genomföringen

i vardera ände och skapar således en helt sluten genomföring.

I figur 11 illustreras konceptet i dess helhet och fästflänsen som är placerad i mitten på

genomföringen. Genom att placera fästflänsen i mitten på genomföringen skapas

förutsättningar att ha två överslagssträckor med samma längd. Ena sidan på fästflänsen har

dimensionerats upp (diameter 700 mm) för att skapa ett montageplan för infästning i vägg.

Isolanter som används i konceptet är isolanter av samma typ som används i genomföringar av

typen GSB420.

En ritning har skapats utifrån CAD-modellen och en del av ritningen illustreras i figur 12. Se

bilaga D för komplett ritning. Syftet med ritningen är att skapa kännedom om konceptets

Figur 11. Koncept 1 – Konceptet i dess helhet och fästflänsen på mitten.

Figur 11. Koncept 1 – Konceptet i dess helhet och fästflänsen på mitten.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 30 (47)

Figur 12. Koncept 1 – Dimensioner.

dimensioner samt hur det är konstruerat genom att tillämpa projektions- och snittvyer. Enligt

ritningen innebär konceptet en genomföring med total längd 7857 mm. Genomföringens

överslagssträcka (FOD) är 3235 mm på vardera sida om fästflänsen. Fästflänsen är 400 mm

bred och är den komponent på genomföringen med störst diameter, 700 mm.

5.3.2 Koncept 2 – Genomföring utan fästfläns

Koncept 2 är ett resultat av bland annat konkurrensanalysen där ett konkurrerande företag

utnyttjar ena isolanten för att skapa ett montageplan för infästning i vägg. Se bilaga B för

konkurrerande lösning som har lagt grunden till konceptet. Vad gäller rör och kondensator-

kropp är uppbyggnaden densamma som koncept 1, det vill säga en solid kopparledare

(elektrisk ledare med diameter 96 mm) och en kropp med dimensioner utifrån GSB420.

Skillnaden mellan koncepten vad gäller ledare och kondensatorkropp är att kroppens- och

ledarens totala längd behöver anpassas till lösningen som konceptet innebär. I figur 13

illustreras hur konceptet är uppbyggd och dess ingående komponenter. För att underlätta

förståelsen vad gäller komponenter har toppstycke och isolant tagits bort på vänster sida i

figuren. Konceptet är symmetriskt på båda sidor om fästflänsen.

Figur 13. Koncept 2 – Utförande utan toppstycke och isolant på vänster sida.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 31 (47)

I koncept 2 tillämpas ingen fästfläns, istället utnyttjas isolanter för att skapa ett montageplan

för infästning i vägg. För att åstadkomma ett montageplan utan fästfläns krävs en

omkonstruktion av isolanterna. Omkonstruktionen går ut på att förlänga bottenflänsarna och

dimensionera upp en av flänsarna för att på så vis skapa ett montageplan för infästning i vägg.

Se figur 14 för en isolants bottenfläns och hur den ena bottenflänsen har dimensionerats upp

för att användas som montageplan för infästning i vägg. En förlängning av bottenflänsarna är

en förutsättning om man tar bort fästflänsen eftersom man behöver ett visst spel mellan

infästningen och isolantsidorna [A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 13 maj 2015].

Ett ritningsunderlag har skapats även i detta koncept och ritningens helhet illustreras i bilaga

E. Enligt figur 15 innebär konceptet en genomföring med en total längd på 7768 mm.

Genomföringens överslagssträcka (FOD) är 3235 mm på vardera sida om väggen.

Bottenflänsarna på isolanterna skapar tillsammans en bredd på 600 mm och den största

diametern på genomföringen är 700 mm.

Figur 16. Koncept 2 – Till vänster; toppstyckets utförande, till höger; identifiering av hålrum.

Figur 14. Koncept 2 – Konceptet i dess helhet och lösningen utan fästfläns.

Figur 15. Koncept 2 – Dimensioner.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 32 (47)

Figur 16. Koncept 3 – Konceptets utförande.

Figur 17. Koncept 3 – Snittfigur för illustrering av lindningsrörets position.

5.3.3 Koncept 3 – Genomföring med lindningsrör

Som tidigare beskrivet kan kondensatorkroppen lindas på ett lindningsrör istället för direkt på

elektriska ledaren. Skillnaden blir att ledaren kan monteras i ett senare skede vilket skapar en

flexibel lösning där ledaren kan varieras beroende på kundens krav och önskemål [A.

Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 13 maj 2015]. Konceptet och dess utförande som

illustreras i figur 16 är framförallt inspirerat av transformatorgenomföringar som ABB

Components tillverkar där principen med lindningsrör används [A. Axelsson, ABB, muntlig

kommunikation, 13 maj 2015]. Utåt sett skiljer sig inte koncept 3 och koncept 1 och således

beskrivs inte komponenterna mer ingående utan läsaren hänvisas till koncept 1.

För att linda en kondensatorkropp är ett rör en nödvändig komponent men utförandet på röret

är av mindre vikt. Det medför att ett enklare aluminiumrör utan elektriska krav är ett

alternativ så länge en elektrisk ledare monteras i ett senare skede [A. Axelsson, ABB, muntlig

kommunikation, 13 maj 2015]. I snittfiguren, figur 17, illustreras hur konceptet är uppbyggt

och hur lindningsröret förhåller sig till övriga komponenter.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 33 (47)

Figur 18. Koncept 3 – Dimensioner.

Figur 19. Koncept 4 – Konceptets komponenter utan isolant och toppstycke till vänster.

I figur 18 framgår att konceptets totala längd är 9908 mm med en överslagsträcka på 4230

mm på vardera sida om fästflänsen. Fästflänsen är 400 mm bred och konceptets största

diameter är 800 mm. Se bilaga F för ritningsunderlagets helhet.

5.3.4 Koncept 4 – Genomföring ”GSBL”

Koncept 4 är uppbyggd utifrån en solid kopparledare (diameter 96 mm). Konstruktionen vad

gäller kondensatorkroppen skiljer sig från de tidigare koncepten. Kroppen har inga sluttande

längder utan innebär en kondensatorkropp med samma diameter längs hela kroppens

isolerande papperslager. I figur 19 illustreras kondensatorkroppens utförande och de

komponenter som konceptet innefattar. Fästflänsen är placerad i mitten, likt de andra

koncepten, och toppstycken tillämpas i vardera ände för förslutning av genomföringen. I

konceptet är isolanterna extruderade direkt på kondensatorkroppen till skillnad från tidigare

koncept där de monteras som en separat komponent. Extrudering innebär att isolanten

(silikongummirillor) skapas direkt på kroppen genom ett extrudermunstycke. Extrudering

direkt på kondensatorkroppen är en metod som ABB Composites i Piteå använder sig av [A.

Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 12 maj 2015]. Vid extrudering av isolanter placeras

färdiggjuten kondensatorkropp med monterad fästfläns i en maskin som sedan extruderar

isolanten med en cirkulär rörelse för att skapa en isolant och rillprofil som önskas [A.

Holmberg, ABB, muntlig kommunikation, 12 maj 2015].

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 34 (47)

Figur 20. Koncept 4 – Fästfläns monterad.

Figur 21. Koncept 4 – Konceptet i dess helhet och dimensioner.

Diameter på kondensatorkroppen är enligt GSB420 för att säkerställa att kondensatorkroppen

klarar en isolationsnivå upp till 420 kV (AC). Det som styr längden på kroppen är dels krav

på överslagssträcka men även bredden på fästflänsen. I figur 20 illustreras fästflänsen i dess

utförande monterad på kondensatorkroppen och med isolanter extruderade på vardera sida.

Ett ritningsunderlag har skapats och en del av det illustreras i figur 21. Ritningsunderlaget i

dess helhet illustreras i bilaga G. I figur 21 illustreras konceptet i dess helhet och att konceptet

innebär en genomföring med en total längd på 7256 mm. Genomföringens överslagssträcka

(FOD) är 3235 mm på vardera sida. Bredden på fästflänsen är 408 mm och konceptets största

diameter på genomföringen är 720 mm.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 35 (47)

5.4 Identifiering av begränsningar i tillverkningsprocesser

För att kartlägga tänkbara faktorer som har eller kan ha inverkan på ABB Components

möjligheter vad gäller vidareutveckling av väggenomföringar av typen RIP är en kartläggning

av nuvarande maskinpark, traverser etc. som används i tillverkningsprocesser en

nödvändighet. Det är en mängd olika produktionstekniska faktorer som styr vad som i

slutändan leder till en tillverkningsduglig produkt. I kartläggningen görs ingen djupdykning i

detaljer som till exempel lyftverktyg, verktyg för montage, transporter etc. utan målet är att

identifiera de faktorer som anses ha störst påverkan vad gäller vidareutveckling. Som tidigare

beskrivet har tillverkningsprocessen sin början genom att en kondensatorkropp lindas och det

är också där kartläggningen tar vid.

Begränsningar; Lindningsprocessen

ABB Components har ett flertal maskiner för lindning av kondensatorkroppar men endast två

alternativ har potential att klara de dimensioner som koncepten innebär. Tänkbara alternativ

vad gäller lindningsmaskiner är Lindningsmaskin 1 och Lindningsmaskin 2. Lindnings-

processen sker horisontellt i maskinerna. Följande begränsningar finns i respektive

lindningsmaskin:

Lindningsmaskin 1:

- Möjlig papperslängd på kondensatorkropp: 6 200 mm

- Möjlig längd på lindningsrör/ledarrör: 6 500 mm

- Möjlig lindningsdiameter på kondensatorkropp: 500 mm

- Möjlig diameter på lindningsrör/ledarrrör: Ingen nämnvärd begränsning då

anpassningsbart verktyg tillverkas om nödvändigt.

- Travers för i- och urtagning av kondensatorkropp: Lyftkapacitet: 2 000 kg, Lyfthöjd: 9

800 mm

Lindningsmaskin 2:

- Möjlig papperslängd på kondensatorkropp: 12 000 mm

- Möjlig längd på lindningsrör/ledarrör: 13 500 mm

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 36 (47)

- Möjlig lindningsdiameter på kondensatorkropp: 850 mm

- Möjlig diameter på lindningsrör/ledarrrör: Ingen nämnvärd begränsning då

anpassningsbart verktyg tillverkas om nödvändigt.

- Travers för i- och urtagning av kondensatorkropp: Lyftkapacitet: 8 000 kg, Lyfthöjd: 9

600 mm.

Begränsningar; Formnings- och gjutningsprocessen

Formning utförs genom att färdiglindad kondensatorkropp placeras vertikalt eller horisontellt

i verkstaden med hjälp av travers. Styrande faktorer huruvida vertikalt eller horisontellt läge

tillämpas är längden på kroppen samt dess vikt tillsammans med monterad gjutform. Är

kroppen för lång kan formning inte utföras vertikalt på grund av begränsad lyfthöjd. För att

generera lyfthöjd har ABB Components installerat en så kallad formningshiss. Formnings-

hissen är en sänkbar hiss som kan sänkas ner i verkstadsgolvet för att generera längre lyfthöjd.

Se bilaga H för illustration av formningshissens funktion. Vad gäller gjutning finns det två

tänkbara alternativ. Antingen kan gjutning ske i singelgjutkärl av typen ”S1-S12” eller

singelgjutkärl av typen ”autoklav”. Det som skiljer singelgjutkärlen är framförallt innermåtten

på kärlen vilket begränsar hur lång gjutform som kan placeras inuti gjutkärlet.

Tillvägagångssättet vid tillämpning av respektive singelgjutkärl skiljer sig åt men detta

diskuteras inte i denna rapport då innermåtten på gjutkärlen anses vara den mest primära

begränsningen. Begränsningar i formnings- och gjutningprocessen är:

Gjutformar:

- Nya gjutformar kommer att krävas då koncepten innebär nya dimensioner på

kondensatorkroppen [H. Ekstrand, ABB, muntlig kommunikation, 20 maj 2015].

Formning (vertikalt):

- Möjlig nedsänkningslängd på formningshiss: Cirka 6 300 mm

- Möjlig diameter på kondensatorkropp i formningshiss: Cirka 630 mm

- Maximal last i formningshiss: 2 000 kg

- Travers för formning vertikalt: Lyftkapacitet: 5 000 kg, Lyfthöjd: 9 800 mm

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 37 (47)

Formning (horisontellt):

- Horisontell formning är en improviserad lösning som inte kommer att användas i

framtiden [H. Ekstrand, ABB, muntlig kommunikation, 20 maj 2015]. Processen sker

på verkstadsgolvet utan några nämnvärda begränsningar, mer än traversens kapacitet.

- Travers för formning horisontellt: Lyftkapacitet: 5 000 kg, Lyfthöjd: 9 800 mm

Gjutning i singelgjutkärl ”S1-S12”:

- Invändiga mått singelgjutkärl ”S1-S12”: Ø600 mm, Höjd 6 900 mm

- Utvändiga mått singelgjutkärl ”S1-S12”: Ø850 mm, Höjd 7 895 mm

- Travers för gjutning i ”S1-S12: Lyftkapacitet: 5 000 kg, Lyfthöjd: 9 800 mm

Gjutning i singelgjutkärl ”autoklav”:

- Invändiga mått singelgjutkärl ”autoklav”: Höjd: 9 300 mm, Bredd: 1 500 mm, Djup: 1

500 mm.

- Utvändiga mått singelgjutkärl ”autoklav”: Utelämnas då yttermåtten inte begränsar

processen.

- Travers för gjutning i singelgjutkärl ”autoklav”: Lyftkapacitet: 5 000 kg, Lyfthöjd: 9

800 mm

Pågående utbyggnad vid formning- och gjutprocessen:

En investering vad gäller formning och gjutning är i inledningsfasen vilket kommer öka

kapaciteten vid formning och gjutning. Nya begränsningar blir:

Ny formningshiss:

- Möjlig nedsänkningslängd på formningshiss: Cirka 3 000 mm

- Möjlig diameter på kondensatorkropp i formningshiss: Cirka 850 mm

- Maximal last i formningshiss: 4 000 kg

- Travers för formning vertikalt: Lyftkapacitet: 6 300 kg, Lyfthöjd: 10 390 mm

Nya singelgjutkärl ”S1-12”:

- Innermått: Höjd: 7 400 mm, Diameter: 770 mm

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 38 (47)

- Yttermått: Höjd: 8 000 mm, Diameter: 985 mm

Nya singelgjutkärl ”autoklav”:

- Innermått: Höjd: 10 000 mm, Diameter: 850 mm

- Yttermått: Utelämnas då yttermåtten inte begränsar processen.

Ny travers för gjutprocessen:

- Lyftkapacitet: 6 300 kg, Lyfthöjd: 10 390 mm

Svarvning (och eventuell målning)

Svarvning utförs idag externt men en investering för att svarva på företaget är i

inledningsfasen. Svarven innebär möjligheter att kunna svarva kondensatorkroppar med

dimensioner [T. Eriksson, ABB, muntlig kommunikation, 25 maj 2015]:

- Möjlig längd på kondensatorkropp i svarv: 12 000 mm

- Möjlig diameter på kondensatorkropp i svarv: 800 mm. En diameter på

kondensatorkroppen över 600 mm anses däremot inte produktivt.

Målning kommer inte att vara aktuellt med koncepten som har genererats fram

[A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 13 maj 2015].

Begränsningar; Montage av fästfläns

Vad gäller montering av fästfläns är ett alternativ möjligt, UHV-linen. På UHV-linen monteras

de största genomföringarna som ABB Components tillverkar vilket innebär en

genomföringslängd på 24 000 mm och en diameter på 1 200 mm. Nedan listas tänkbara

begränsningar som spelar in när det gäller montage av fästfläns:

Montage av fästfläns, UHV-linen:

- Möjlig längd på genomföring i montaget: Cirka 30 000 mm

- Möjlig diameter på genomföring i montaget: Cirka 1 200 mm

- Travers för montage av fläns: Lyftkapacitet 6 300 kg, Lyfthöjd: Cirka 3 400 mm

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 39 (47)

Begränsningar; Provning (Nakenprov & Rutinprov)

Vad gäller elektriska prov är det en rad elektriska faktorer som styr vad som i slutändan är

möjligt att prova. Det kan vara allt från specifika krav på olika elektriska prov från kundens

sida till kapaciteten på traverser [R. Andersson, ABB, muntlig kommunikation, 25 maj 2015].

En kartläggning av eventuella begränsningar vad gäller elektriska prov anses därför för

avancerad för nivån som förstudien kräver. ABB Components har kapaciteten att prova

genomföringar med spänningsnivåer upp till 1 700 kV (AC) och anses därför inte begränsade

vad gäller elektriska prov för koncepten som har genererats fram [R. Andersson, ABB,

muntlig kommunikation, 20 maj 2015].

Begränsningar; Montering av övriga komponenter

Alternativ vad gäller montering av övriga komponenter är UHV-linen och således blir

begränsningarna detsamma som avsnitt Montage av fästfläns – UHV-linen.

Begränsningar; Gelningsprocessen

Gelning utförs vertikalt i montaget genom att genomföringen placeras i en palett. Se bilaga I

för illustration av genomföring i palett och hur maximal längd som kan tillämpas förhåller sig

till paletten. Nedan listas tänkbara begränsningar i processen för gelning:

- Maximal längd som kan tillämpas i palett: Cirka 2 050 mm

- Maximal bredd som kan tillämpas i palett: Cirka 510 mm

- Travers för placering av genomföring i palett: Lyftkapacitet 6 300 kg, Lyfthöjd: 9 700

mm

Begränsningar; Packning

När det gäller packning av genomföring har företaget idag ett alternativ för dimensionerna

som koncepten innebär, Stora packningen. Tänkbara faktorer som spelar in när det gäller

packning är:

- Möjlig längd på genomföring i packningsutrymmet: Företaget har packat en

genomföring på cirka 18 000 mm men anser att en något längre kapacitet är möjlig.

- Travers för packning av genomföring: Lyftkapacitet: 2x10 000 kg, Lyfthöjd: Cirka 20

000 mm

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 40 (47)

6 Diskussion

6.1 Värdering av resultat

Målet med förstudien är att ta fram tänkbara lösningskoncept för väggenomföringar av typen

RIP som klarar spänningsnivåer upp till 420 kV (AC) samt kartlägga tänkbara faktorer i

tillverkningsprocesser som begränsar tillverkning och vidareutveckling av lösningskoncepten.

För att uppfylla målet med förstudien har fyra olika lösningskoncept tagits fram som sedan

lagt grunden till kartläggningen av tänkbara faktorer som begränsar ABB Components vad

gäller tillverkningsprocesser.

Lösningskoncepten är inspirerade av produkter som finns på företaget idag men även av

koncept som konkurrenter har. Principen i alla koncept har varit att utgå från en tidigare

dimensionsberäknad kondensatorkropp för att säkerställa att isolationsnivåer upp till 420 kV

(AC) hålls. Referensobjekt vad gäller dimensioner har framförallt varit en produkttyp som

kallas GSB420 vilket är en transformatorgenomföring för 420 kV (AC) som ABB

Components tillverkar. En viss modifikation av kondensatorkroppen i koncepten har varit

nödvändig då GSB420 är en transformatorgenomföring. En transformatorgenomföring har en

överslagssträcka i luft (kallas luftsida) och en i transformatorn där den omsluts av

transformatorolja (kallas oljesida) medan en väggenomföring har två överslagssträckor i luft

[A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 13 maj 2015].

Genom att tillämpa kända dimensioner skapas förutsättningar att koncepten klarar av den

spänningsnivå som är ett krav enligt kravspecifikationen i avsnitt 5.2.1. Kravet på en

genomföring som klarar av en strömnivå på 2000 A uppnås genom att tillämpa en koppar-

ledare som ABB Components idag använder i liknande koncept. I koncepten har framförallt

solida kopparledare använts men även en ihålig. Skillnaden blir framförallt strömnivån som

kan tillämpas men även prisnivån. En solid kopparledare medför ett högre pris men i gengäld

skapar man förutsättning att genomföringen klarar högre strömnivåer [A. Axelsson, ABB,

muntlig kommunikation, 13 maj 2015]. Enligt kravspecifikationen är minsta tillåtna

överslagssträcka (flashover distance, FOD) 3235 mm på vardera sida och att isolanter av

silikongummi ska användas. För att uppnå detta har GSB420-isolanter eller likvärdiga

alternativ som ABB Components har idag och minst genererar en överslagssträcka på 3235

mm använts. Enligt kravspecifikationen ska koncepten vara utformade för tillämpning i vägg

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 41 (47)

och detta uppnås genom att alla koncept har ett montageplan för infästning i väggen placerade

i mitten på koncepten. Varken gas eller olja tillämpas i koncepten och kondensatorkroppen

impregneras med epoxiharts. Alla komponenter som tillämpas i koncepten finns hos ABB

Components idag vilket säkerställer att krav som temperaturområde och att den ska kunna

tillämpas utomhus uppfylls. Vidare används skruvförband mellan alla komponenter och

toppstycken (lock) för att skapa en sluten volym utan risk för fuktinträngning vilket är ett krav

enligt kravspecifikationen.

Alla fyra lösningskoncept anses vara så pass genomtänkta och realistiska att de kan ligga till

grund för ABB Components fortsatta utvecklingsarbete vad gäller väggenomföringar av typen

RIP. Vissa aspekter behöver däremot tas hänsyn till vad gäller lösningskoncepten. Det första

är att förstudien inte har fokuserat på att ta fram tillverkningsdugliga komponenter. Detta

kräver att respektive koncept och dess ingående komponenter behöver vidare förädling för att

säkerställa att respektive koncept i slutändan klarar de krav som är ställda, framförallt

elektriska krav som anses vara de mest komplexa. Det krävs bland annat en fullständig

beräkning av kondensatorkroppens utförande för att säkerställa att isolationsnivåer upp till

420 kV (AC) hålls. Referensobjekt har som tidigare beskrivet varit framförallt en

transformatorgenomföring för 420 kV (AC) men då utförandet på kondensatorkroppen skiljer

sig vid tillämpning i vägg behöver utförandet vad gäller kroppen ses över. Utifrån en regelrätt

beräkning av kondensatorkroppens dimensioner kan sedan en mer pålitlig kartläggning av

tänkbara begränsningar utföras vilket är en förutsättning vid ”skarpt läge”.

Utifrån vetskapen om att en mer tillförlitlig kroppsberäkning är en förutsättning kan

dimensionerna på koncepten som har tagits fram i förstudien vara aningen missvisande. Detta

medför problematik inte minst då bland annat Lindningsmaskin 1 har en begränsning som är i

närheten av de dimensioner på kondensatorkroppen som koncepten innebär. Samma

problematik återfinns på flera ställen då begränsningar som har identifierats många gånger är

marginella. Detta gör att kartläggningen av tänkbara begränsningar blir svårtydlig för att

komma fram till några konkreta och tillförlitliga slutsatser. Dimensionerna som koncepten

innebär får istället anses som riktlinjer vad gäller ungefärliga dimensioner som en

väggenomföring för 420 kV (AC) kan tänkas innebära. Vetskapen om ungefärliga

dimensioner kan däremot medföra en ökad medvetenhet hos ABB Components vad gäller

deras resurser och framförallt vad som är möjligt att tillverka idag.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 42 (47)

Vad gäller konstruktionen av de olika lösningskoncepten får även det ses som riktlinjer för

vad som är möjligt vad gäller tänkbara konstruktionsalternativ. Bedömningen görs att varje

koncept har sina för- och nackdelar men möjligheten att kombinera olika lösningar för att

finna en slutgiltig lösning är fullt möjlig då koncepten på många sätt liknar varandra.

Resultatet av kartläggningen av begränsningar i tillverkningsprocesser och rapporten i dess

helhet anses klarlägga att ABB Components har både resurser och framförallt den kunskap

som krävs för vidareutveckling av väggenomföringar av typen RIP. Begränsningar har

identifierats men ofta har det funnits alternativa vägar att gå. Till exempel finns begränsningar

vad gäller vilken lindningsmaskin som eventuellt kan tänkas tillämpas men även i gjutkärl

och gjutformar. Ofta har det funnits andra lösningar som anses fungera, om än mindre

lämpliga. Ett exempel på en begränsning som man kan komma runt är horisontell formning

som inte anses vara en lämplig lösning men som idag används då begränsningar i

formningshissens maximala last sätter stopp för vad som kan formas vertikalt. Byggnation av

en ny formningshiss kommer att medföra att horisontell formning reduceras helt vilket

innebär en förbättring i processen vad gäller formning.

En begränsande faktor som ABB Components behöver beakta är paletten som används för

gelning. Utifrån mätningar och observationer i verkstaden framgår att en ny palett är en

nödvändighet om ABB Components har som mål att utföra gelprocessen vertikalt. Ett

alternativ kan vara att se över gelprocessen för att se om den kan göras horisontellt istället.

Görs gelningen horisontellt försvinner palettbegränsningar men även traversens begränsningar

vad gäller lyfthöjd. En annan begränsning som har identifierats är att koncepten och dess

kondensatorkropp kräver nya gjutformar för att kunna gjutas. Gjutformarna styrs av

kondensatorkroppens dimensioner vilket medför att en korrekt beräknad kondensatorkropp

återigen är en nödvändighet. ABB Components anses i övrigt ha de förutsättningar som krävs

för att kunna vidareutveckla och utöka sin produktportfölj av väggenomföringar av typen RIP.

Viss begränsning finns men dessa bedöms som möjliga att åtgärda utan en investering av

större storlek.

6.2 Fortsatt arbete

Vad gäller det fortsatta utvecklingsarbetet på ABB Components är rekommendationen först

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 43 (47)

och främst att utvärdera varje lösningskoncept och grundligt kartlägga dess för- och

nackdelar. Genom detta skapas en förutsättning att finna den lösning som anses vara den mest

lämpliga. Vid utvärdering av koncepten är rekommendationen att inte se över enbart

konstruktionen av koncepten utan även tillverkningsprocessen till följd av respektive koncept.

Rapporten har inte behandlat produktionsflödet i någon större utsträckning men via

observationer och intervjuer har en uppfattning kommit till insikt att det finns en viss

förbättringspotential vad gäller det tänkbara flödet i produktionen. I bilaga K illustreras ett

tänkbart produktionsflöde som skulle kunna bli realiserbart med något av koncepten i

förstudien. Utifrån bilaga K inses att flödet inte är optimalt då det går väldigt mycket fram

och tillbaka mellan de olika processerna. Framförallt kan processen för gelning (nummer 7 i

bilaga K) som idag utförs vertikalt ses över. Om gelningsprocessen görs mobil, det vill säga

flyttbar, skulle produktionsflödet antagligen bli bättre och innebära mindre transporter

invändigt. Dessutom försvinner begränsningar både vad gäller palett och även lyfthöjder på

traverser.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 44 (47)

7 Slutsatser

Fokus i förstudien har varit att generera lösningskoncept samt utvärdera om begränsningar

finns i tillverkningsprocesser eller om det är möjligt för ABB Components att tillverka

väggenomföringar av de dimensioner som krävs vad gäller spänningsnivåer upp till 420 kV

(AC). Resultatet har med stor sannolikhet påvisat att det är möjligt för ABB Components att

tillverka väggenomföringar av dessa dimensioner. Punkterna nedan sammanfattar resultatet:

De föreslagna lösningskoncepten ska ses som tänkbara alternativ för hur en

väggenomföring av typen RIP för 420 kV (AC) kan konstrueras.

Alla lösningskoncept kräver vidare förädling.

Förädling av koncepten skulle med största sannolikhet medföra en möjlig tillverkning

av väggenomföringar av typen RIP för 420 kV (AC).

Begränsningar finns i tillverkningsprocesser men innebär inga större investeringar.

Nya gjutformar är en nödvändighet om kondensatorkropp enligt lösningskoncepten

ska kunna gjutas.

Nya paletter är en nödvändighet om gelning ska kunna utföras vertikalt.

Produktionsflödet bör ses över för att se om det är möjligt att reducera icke-

värdeskapande processer (till exempel transport av genomföring till och från gelning).

En mobil gelanläggning kan medföra flexibilitet vad gäller produktionsflödet och

därigenom minska på icke-värdeskapande processer som till exempel transporter.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 45 (47)

8 Referenser

[1] ABB, Kort om ABB (Internet)

Citerad 2015-04-11

Hämtad från: http://new.abb.com/se/om-abb/kort

[2] ABB, Historik (Internet)

Citerad 2015-04-12

Hämtad från: http://new.abb.com/se/om-abb/kort/historik

[3] ABB, Vår verksamhet (Internet)

Citerad 2015-04-12

Hämtad från: http://new.abb.com/se/om-abb/verksamhet

[4] ABB, Components (Internet)

Citerad 2015-05-04

Hämtad från: http://www.abb.se/cawp/seabb361/e95d4a113f75970dc1256c8a00369a61.aspx

[5] Sumper A, Baggini A. Electrical Energy Efficiency. US: John Wiley & Sons Inc; 2012.

[6] ABB Review, Special report: Transformers (Internet)

Citerad 2015-04-15

Hämtad från:

http://www09.abb.com/global/scot/scot271.nsf/veritydisplay/c3791bac5b25bd10c1257ab8003

7553b/$file/ABB%20SR%20Transformers-121031.pdf

[7] Wadhwa, C.L. High Voltage Engineering. New Delhi: New Age International Limited,

Publishers, 2007

[8] ABB AB. ABB Composite Insulators; Design for reliable performance (Broschyr). Piteå:

ABB AB Composites; 2010

[9] IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. IEEE Trans Dielectr Electr

Insul 2014;21(1):c4-c4.

[10] ABB AB. Gas insulated wall bushing, type GGFL. Technical guide (Broschyr) Ludvika:

ABB AB Components; 2015.

[11] Europeiska kommissionen. Information för operatörer och teknisk personal som arbetar

med utrustning innehållande fluorerade växthusgaser (Broschyr). Luxemburg: Byrån för

Europeiska officiella publikationer; 2009.

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 46 (47)

[12] ABB AB. Comparision between porcelain and silicone rubber for use as outdoor

insulation on high voltage bushings: Product information (Broschyr) Ludvika: ABB Power

Technology Products AB Components; 1998

[13] Bergman B, Klefsjö B. Kvalitet från behov till användning. 5., uppdaterade och utök.

uppl. Lund: Studentlitteratur; 2012.

[14] Johannesson H, Persson J, Pettersson D. Produktutveckling: effektiva metoder för

konstruktion och design. 2. uppl. Stockholm: Liber; 2013.

[15] Intergovernmental Panel on Climate Change, (IPPC). Climate Change 2001: The

Scientific Basis.

Citerad 2015-05-02

Hämtad från: http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/pdf/WG1_TAR-FRONT.pdf

[16] ABB, Ökad transformatorsäkerhet och pålitlighet med torra genomföringar

Citerad 2015-05-04

Hämtad från:

http://www.abb.se/industries/ap/db0003db004058/47cd63d02166ee71c1257d6b002fa77b.asp

x

[17] Ullman DG. The Mechanical design process. 4. ed. Boston: McGraw-Hill; 2010.

[18] High Voltage Engineering and Testing, 2007 14th Institution of Engineering and

Technology International School on [Elektronisk resurs]. 2007.

[19] Goh H. Epoxy resins. ICIS Chemical Business 2013 Jul;284(2):107.

[20] Ulrich KT, Eppinger SD. Produktutveckling: konstruktion och design. 1. uppl. Lund:

Studentlitteratur; 2014.

[21] Saunders M, Lewis P, Thornhill A. Research methods for business students. 5. ed.

Harlow: Financial Times Prentice Hall; 2009.

[22] ABB AB. Wall bushings, type GSA-AA. Technical guide (Broschyr). Ludvika: ABB AB

Components; 2013

[23] MGC Moser-Glaser AG. Duresca® – Wall bushings. Manual for Installation (Broschyr

på Internet). Schweiz: MGC Moser-Glaser AG; 2012

Citerad 2015-04-21

Hämtad från: http://www.mgc.ch/images/stories/pdf/mgc_duresca_emanual.pdf

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 47 (47)

[24] HSP Hochspannungsgeräte Gmbh. The HSP Product Spectrum. (Broschyr på Internet).

Troisdorf-Spich: HSP Hochspanningsgeräte Gmbh; 2012

Citerad 2015-04-22

Hämtad från: https://www.hspkoeln.de/upload/downloads/Produktuebersicht_e.pdf

[25] RHM International LCC. Wall Bushings: STB Series: 40.5-252 kV: Combined Wall

bushings with Current Transformer: STB-L Series: 40.5-252 kV (Broschyr på Internet).

Brookline: RHM International LLC; 2014

Citerad 2015-04-23

Hämtad från: http://www.rhmintl.com/documents/RHM_WallBushing_lores.pdf

[26] ABB AB. Transformer Bushings: AirRIP TKF 24-550 kV. Product Information

(Broschyr). Zürich: ABB Switcherland Ltd; 2012

Bilaga A

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga A: GWP-faktor

Nedan visas en tabell över GWP-faktor och uppehållslängd för olika växthusgaser.

Tabell 1. GWP-faktor och uppehållslängd för växthusgaser [15].

Bilaga B

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga B: Konkurrerande lösning – HSP

Traditionellt används en fästfläns på mitten av genomföringen som bland annat fungerar som

montageplan för infästning i väggen [A. Axelsson, ABB, muntlig kommunikation, 13 maj

2015]. HSP däremot har en lösning där de utnyttjar isolanter och dess bottenfläns för att skapa

ett montageplan för infästning i väggen. På så vis undviker man behovet av en fästfläns. I

figuren nedan illustreras hur HSP konstruerar lösningen [22]:

Figur 1. Konkurrerande lösning [24].

Bilaga C

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (4)

Bilaga C: Ursprunglig kravspecifikation

Den ursprungliga kravspecifikationen som förstudien har utgått från visas nedan:

Figur 1. Sid 1 i ursprungliga kravspecifikationen.

Bilaga C

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 2 (4)

Figur 2. Sid 2 i ursprungliga kravspecifikationen.

Bilaga C

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 3 (4)

Figur 3. Sid 3 i ursprungliga kravspecifikationen.

Bilaga C

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 4 (4)

Figur 4. Sid 4 i ursprungliga kravspecifikationen.

Bilaga D

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga D: Ritning – Koncept 1: ”GGFL-fläns”

Figur 1. Ritning – Koncept 1.

Bilaga E

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga E: Ritning – Koncept 2: ”Utan fästfläns”

Figur 1. Ritning – Koncept 2

This document is issued by means of a computerized system.The digitally stored original is electronically approved. Theapproved document has a date entered in the `Approved'-field.

A manual signature is not required.

The information contained in this document has to kept strictlyconfidential. Any unautorized use, reproduction, distributionor disclosure to third parties are strictly forbidden.ABB reservs all rights regarding Intellectual Property Rights.

© Copyright 2013 ABB. All rights reserved.A B C

23

45

6

DCBA

65

43

21

140

140

32

35 F

OD

32

35 F

OD

7260

(7768)

700

560

300

300

(1)

Ko

nce

pt u

tan

mitte

nflä

ns

No. S

hts

.D

ocum

ent no.

1A

Sheet no.

Ord

er

Revis

ion

--

Language

Used in p

roduct

Appro

ved b

y

Koncept uta

n m

itte

nfläns

20

15

-05

-13

Jen

s C

arlsson

Take o

ver

depart

ment

Modifie

d b

y

PP

CO

/BK

20

15

-05

-13

Jen

s C

arlsson

Title

Responsib

le d

epart

ment

Pre

pare

d

Ko

nce

pt u

tan

mitte

nflä

ns:

Lin

dnin

g: D

ire

kt p

å le

da

rrör

96

, L

än

gd

77

68 m

m K

on

den

sa

tork

rop

p: L

än

gd

70

80 m

m, ytte

rdia

me

ter

och

slu

tta

nd

e lä

ng

d e

nlig

t G

SB

42

0.

Mitte

nflä

ns: In

ge

n m

itte

nflä

ns, u

tnyttja

r is

ola

ntfllä

ns

för

infä

stn

ing

i v

äg

g.

Isola

nte

r: G

SB

42

0 L

ock: S

am

ma

som

på

GS

B4

20

Att tä

nka

på

: O

-rin

gsspå

r i is

ola

ntflä

nsa

r fö

r fixerin

g a

v k

rop

p.

De

tta

me

dfö

r g

eln

ing p

å v

ard

era

isola

nts

ida

.

Bilaga F

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga F: Ritning – Koncept 3: ”Med lindningsrör”

Figur 1. Ritning – Koncept 3.

Bilaga G

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga G: Ritning – Koncept 4: ”GSBL”

This document is issued by means of a computerized system.The digitally stored original is electronically approved. Theapproved document has a date entered in the `Approved'-field.

A manual signature is not required.

The information contained in this document has to kept strictlyconfidential. Any unautorized use, reproduction, distributionor disclosure to third parties are strictly forbidden.ABB reservs all rights regarding Intellectual Property Rights.

© Copyright 2013 ABB. All rights reserved.A B C

23

45

6

DCBA

65

43

21

7256

408

140

140

720

3235 F

OD

3235 F

OD

(6878)

(1)

Koncept "G

SB

L"

No. S

hts

.D

ocum

ent no.

1A

Sheet no.

Ord

er

Revis

ion

--

Language

Used in p

roduct

Appro

ved b

y

Koncept "G

SB

L"

20

15

-05

-21

Je

ns C

arlsso

n

Take o

ver

depart

ment

Modifie

d b

y

PP

CO

/BK

20

15

-05

-18

Je

ns C

arlsso

n

Title

Responsib

le d

epart

ment

Pre

pare

d

Koncept "G

SB

L":

Ledarr

ör:

96, Längd 7

256 m

m K

ondensato

rkro

pp: Längd 6

840 m

m, ytterd

iam

ete

rsom

en G

SB

420 u

tan s

luttnin

g.

Mitte

nfläns: M

odifie

rad för

att p

assa

(GS

BL-inspirera

d)

Isola

nte

r: "

Skega"

med F

OD

3235 m

m Lock: M

odifie

rad för

att p

assa

(GS

BL-inspirera

d)

Att tänka p

å:

Ingen g

eln

ing b

ehövs.

Figur 1. Ritning – Koncept 4.

Bilaga H

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga H: Formningshiss

För att generera mer lyfthöjd vid formning vertikalt har ABB Components installerat en så

kallad formningshiss. Principen går ut på att när montage av gjutform är klar monteras

singelgjutkärl ”S1-S12” utanpå gjutformen. För att singelgjutkärlet ”S1-S12 ska komma över

gjutformen används formningshissen för att sänka ner gjutformen genom verkstadsgolvet.

Sedan placeras singelgjutkärl ”S1-S12” på angiven plats för gjutning.

Figur 1. Formningshiss för formning vertikalt.

Bilaga I

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga I: Gjutning med singelgjutkärl ”autoklav”

På bilden ser man en formad kondensatorkropp som är placerad i singelgjutkärl ”autoklav”.

Figur 1. Gjutning av kondensatorkropp.

Bilaga J

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga J: Palett för gelning av genomföring

Med hjälp av travers placeras genomföringen i en palett för att sedan fyllas med silikongel.

Maximal längd som kan

tillämpas i palett: 2050 mm.

”Från kanten på fästflänsen

till änden på genomföringen,

se figur 1 för principen”

Maximal bredd

som kan tillämpas

i palett: 510 mm

Figur 1. Transformatorgenomföring placerad i palett.

Figur 2. Möjliga dimensioner för genomföring i palett.

Bilaga K

Rev 04, 2015-06-08 J. Karlsson 1 (1)

Bilaga K: Tänkbart produktionsflöde

Tänkbart produktionsflöde för koncepten efter byggnation av ny svarv.

Figur 1. Tänkbart flöde för koncepten