Kursplan för Elektrisk isolering: principer och provning

Kursplan fastställd 2026-02-04 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnElectrical insulation: Fundamentals and testing
  • KurskodMTT036
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEPO
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeElektroteknik
  • InstitutionELEKTROTEKNIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk

    Engelska

  • Anmälningskod

    21136

  • Max antal deltagare

    70 (minst 10% av platserna reserveras för utbytesstudenter)

  • Blockschema

  • Sökbar för utbytesstudenter

    Ja

Poängfördelning

Modul
LP1
LP2
LP3
LP4
Sommar
Ej LP
Tentamensdatum
0126 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp

I program

Examinator

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från kravet

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från kraven

Kursspecifika förkunskaper

Kursspecifika förkunskapskrav till MPEPO i Antagningsordningen.
Rekommenderad förkunskap: Elektromagnetisk fältteori.

Syfte

Denna kurs ger en strukturerad introduktion till elektrisk isolering i moderna kraft- och elektrifieringssystem och utvecklar grundläggande förståelse för elektriska fält, isolationsbeteende, genombrottsmekanismer samt standardiserade högspänningsprovningsmetoder, i kombination med praktisk laborativ erfarenhet. Kursen behandlar isolationskrav och systemnivåutmaningar för centrala tillämpningar såsom kraftkablar, transformatorer, elfordon, kraftelektronik och energilagringssystem, med beaktande av hållbarhets- och miljöaspekter. Kursen lägger en teoretisk och praktisk grund för fortsatta studier och förbereder studenter för ingenjörsroller inom elektrisk provning, isolationsdesign och systemnivåbaserad isolationsbedömning.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Förklara grundläggande begrepp inom elektriska fält, materialpermittivitet och isoleringssystem.
  • Utföra analytiska beräkningar av elektriska fält i enkla geometrier (parallellplatta, koaxial och sfärisk).
  • Identifiera geometriska detaljer som orsakar fältförstärkning och föreslå enkla tekniska åtgärder för fältkontroll.
  • Beskriva elektronlaviner, Townsend-genomslag, Pasc hens lag samt grundläggande spännings–tids-karakteristik för gasisolering.
  • Förklara på en introducerande nivå hur genomslagsmekanismer skiljer sig mellan gaser, vätskor och fasta material.
  • Bedöma hur tryck, luftfuktighet, föroreningar och temperatur påverkar isoleringsprestanda.
  • Tillämpa grundläggande principer för isoleringssamordning, inklusive hållfasthetsnivåer och enkla överspänningsfall.
  • Förklara grunderna för blixtimpulser och enkel vågutbredning.
  • Beskriva överspänningsavledares funktion och grundläggande verkningssätt.
  • Identifiera huvudsakliga isoleringskomponenter i kablar, transformatorer, ställverk, luftledningar, nya elektrifieringssystem samt isoleringsfunktioner i digitala ställverk (IED:er, sensorer och kommunikationsgränssnitt).
  • Välja lämplig högspänningsprovningsutrustning för AC-, DC- och impulsprov.
  • Arbeta säkert i högspänningslaboratorium och följa etablerade provningsrutiner för AC-, DC- och impulsprovning.
  • Utvärdera enkla hållfasthets- och genomslagsprov, inklusive statistiska verktyg såsom U₅₀%, standardavvikelse, enkel sannolikhetsplottning och grundläggande atmosfärskorrektioner.
  • Tillämpa grundläggande IEC-principer för lågspännings-isoleringssamordning – luftavstånd, krypavstånd och fast isolering – för enkla konstruktionsuppgifter inom exempelvis EV-batterimoduler, elmotorer och kraftelektroniska omriktare.
  • Beskriva aktuella trender inom isoleringsteknik, inklusive säkerhets- och miljöaspekter såsom SF₆-fria alternativ.

Innehåll

Kursen är uppdelad i fem moduler som introducerar grundläggande principer för elektrisk isolering, basala genomslagsmekanismer, isoleringsprovning samt introducerande begrepp inom isoleringssamordning. Tyngdpunkten ligger på analytisk förståelse, praktiska laborationer och systemperspektiv på isoleringskrav i moderna kraft- och elektrifieringstillämpningar.

Huvudsakliga moment i föreläsningar och övningar:

A. Grundläggande teori för elektriska fält och dielektrika
  • Elektriska fält, potential, permittivitet och dielektriska egenskaper
  • Randvillkor och fältfördelning i enkla geometrier
  • Analytiska fältberäkningar (parallellplatta, koaxial och sfärisk geometri)
  • Geometriberoende fältförstärkning och grundläggande metoder för fältkontroll
  • Introducerande dimensionering av dielektriska spänningar i tekniska tillämpningar
B. Grunder i genomslag och dielektriskt beteende
  • Elektronlaviner, Townsend-genomslag och Pasc hens lag
  • Kvalitativa spännings–tids-karakteristiker och tidsfördröjning
  • Introducerande översikt av genomslagsmekanismer i vätskor och fasta material
  • Begrepp kring defekter och partiella urladdningar
  • Miljöparametrars inverkan (tryck, luftfuktighet, temperatur)
C. Elektrisk provning och mätteknik
  • Högspänningskällor: transformatorer, likriktare och impulsaggregat
  • Mätprinciper: kulgap, resistiva och kapacitiva delare, shuntar
  • Standardiserade AC-, DC- och impulsprov (hållfasthet och genomslag)
  • Grundläggande metoder för partiellurladdningsprovning
  • Introducerande statistisk utvärdering av provresultat (U50%, σ, sannolikhetsplottning, atmosfärskorrektioner)
  • Högspänningssäkerhet och säker drift av laboratorieuppställningar
D. Grundläggande isoleringssamordning och överspänningar
  • Hållfasthetsnivåer, luftavstånd, krypavstånd och säkerhetsmarginaler
  • Grunder i blixtimpulser och enkel vågutbredning
  • Vågmotstånd, reflektioner och överspänningsutbredning i kablar och luftledningar
  • Grundläggande funktion hos överspänningsavledare
  • Introducerande exempel på isoleringssamordning i kraftkomponenter
E. Isolering i kraftsystem, elektrifiering och digitala ställverk
  • Isoleringskrav för luftledningar, kablar, transformatorer och ställverk
  • Grundläggande isoleringsaspekter i EV-batterisystem, motorer och kraftelektroniska omriktare
  • Konceptuell förståelse av isoleringsfunktioner i digitala ställverk (IED, sensorer, kommunikationsgränssnitt)
  • Miljö- och hållbarhetsaspekter
Laborationer:

Två obligatoriska laborationsdemonstrationer ingår:
  1. Stötprovning: – Marxgeneratorn, högspänningsmätning och utvärdering av impulsprov.
  2. Överspänningar i kablar – vågmotstånd, överspänningsavledare samt mätning av impulsströmmar och -spänningar.
Studenterna ska förbereda sig i grupp inför varje laboration genom att gå igenom, diskutera och sammanfatta laborationens moment samt genomföra de tilldelade förberedelseuppgifterna. En förberedelsekontroll genomförs vid laborationens start, och gruppen har gemensamt ansvar för att uppfylla förberedelsekraven. Detaljerade instruktioner ges av laborationshandledare och i Lab PM.

Organisation

Kursen omfattar ca 22 föreläsningar, ca 18 övningar, två laborationer. 

Litteratur

Andreas Küchler, High Voltage Engineering, Fundamentals - Technology - Applications. ISBN 978-3-642-11992-7 eller ISBN 978-3-642-11993-4 (e-bok)

Examination inklusive obligatoriska moment

Godkända två laborationer
Skriftlig tentamen. Betygsskala: U, 3, 4 eller 5

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om riktat pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.

Elektrisk isolering: principer och provning | Chalmers