Μη γραμμικά φαινόμενα σε μονωτές και επαφές διακοπτών υψηλών τάσεων μέσω αναλογικών / ψηφιακών μετατροπέων

Abstract

Από την βιβλιογραφία διαπιστώνεται ότι έχει γίνει εκτενές ερευνητικό έργο σχετικά με τα μη γραμμικά φαινόμενα στα στερεά ηλεκτρομονωτικά υλικά και σας στατικές ηλεκτρικές επαφές, από όπου φαίνεται ότι η εκδήλωση των φαινομένων αυτών επηρεάζει την ομαλή λειτουργία και τη διάρκεια ζωής των παραπάνω κατασκευών. Η διερεύνηση των φαινομένων αυτών βασίστηκε αρχικά σε κλασσικές ηλεκτρικές μετρήσεις και οπτικές παρατηρήσεις. Η κβαντομηχανική θεώρηση των φυσικών φαινομένων έδωσε τη δυνατότητα σε ερευνητές να εμβαθύνουν στα φαινόμενα που παρατηρούνται σε στερεά ηλεκτρομονωτικά υλικά και στατικές ηλεκτρικές επαφές. Έτσι ένας σημαντικός αριθμός ερευνών οδήγησε στην καλύτερη κατανόηση των φαινομένων που εξελίσσονται σε πολύ μικρούς χρόνους και οδήγησε στη βελτίωση των σχετικών θεωριών. Παρ' όλο που το μέχρι σήμερα ερευνητικό έργο είναι πολύ σημαντικό και βοήθησε ιδιαίτερα στην κατανόηση των παραπάνω φαινομένων, τα πειραματικά αποτελέσματα που αφορούν τα άλματα δυναμικού και τις κρούσεις φορτίου, καθώς και της πτώσης τάσης σε στατικές ηλεκτρικές επαφές, έχουν γίνει, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, με την ακρίβεια ενός ηλεκτρονικού παλμογράφου, ο οποίος είναι ουσιαστικά ένα βιομηχανικό όργανο μέτρησης (κλάση 2,5). Η μέθοδος μέτρησης των μη γραμμικών φαινομένων που εφαρμόστηκε στην παρούσα εργασία (μέσω υπολογιστή και A/D μετατροπέων υψηλής ταχύτητας δειγματοληψίας) παρουσιάζει αρκετά πλεονεκτήματα έναντι της μέτρησης με ηλεκτρονικό παλμογράφο. Η μεγάλη ακρίβεια που παρουσιάζουν οι μετρήσεις (12 bit) σε συνδυασμό με την υψηλή ταχύτητα δειγματοληψίας (100-10 μετρήσεις/sec ή 40-10 μετρήσεις/sec, ανάλογα με τον χρησιμοποιούμενο A/D μετατροπέα) είναι καθοριστική τόσο σε μετρήσεις για ερευνητικούς σκοπούς όσο και σε μετρήσεις για δοκιμές και ελέγχους της λειτουργίας εντός των προδιαγραφών, των ηλεκτροτεχνικών κατασκευών. Όπως προκύπτει στην παρούσα εργασία από τις μετρήσεις των μερικών εκκενώσεων στα στερεά ηλεκτρομονωτικά υλικά, τα άλματα δυναμικού που εμφανίζονται στην οθόνη του υπολογιστή, εναρμονίζονται με αυτά που δίνονται στη βιβλιογραφία μέσω ηλεκτρονικού παλμογράφου. Όμως η μεγάλη ακρίβεια στις μετρήσεις μέσω A/D μετατροπέα σε συνδυασμό με υπολογιστή, έκανε ορατή μία ταλάντωση στην έναρξη των αλμάτων δυναμικού. Έτσι ανιχνεύτηκε πειραματικά η αυτεπαγωγή που αναφέρεται στην βιβλιογραφία, η οποία οφείλεται τόσο στο κύκλωμα μέτρησης όσο και στο εκάστοτε δοκίμιο λόγω της εκδήλωσης των μερικών εκκενώσεων. Από το συνδυασμό των πειραματικών αποτελεσμάτων της παρούσης εργασίας και εκείνων της σχετικής βιβλιογραφίας περί της ανωτέρω αυτεπαγωγής προτείνεται στα πλαίσια της εργασίας αυτής μία βελτίωση του ισοδύναμου κυκλώματος της διάταξης που δίνεται στη βιβλιογραφία. Σύμφωνα με τη βελτίωση αυτή, το ισοδύναμο κύκλωμα έχει συμπληρωθεί με την αυτεπαγωγή που προαναφέρθηκε, ενώ όλα τα στοιχεία είναι μεταβλητά ώστε να αποδίδεται έτσι η γήρανση του υλικού. Ακόμη, κατά την εφαρμογή της μεθόδου ανίχνευσης της εκπεμπόμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με χρήση φωτογραφικού φιλμ, χρησιμοποιήθηκε έγχρωμο φιλμ για πρώτη φορά. Από το μωβ χρώμα που παρουσιάζεται κατά την προσβολή του έγχρωμου φωτογραφικού φιλμ και την ενέργεια του ελεύθερου ηλεκτρονίου που υπολογίζεται στα αντίστοιχο παλμογράφημα, φαίνεται ότι η εκπεμπόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κατά την γήρανση επεκτείνεται μέχρι τις υπεριώδεις ακτίνες. Η παρατήρηση αυτή εναρμονίζεται με άλλες μετρήσεις που δίνονται στη βιβλιογραφία. Από τα παλμογραφήματα των αλμάτων δυναμικού για στερεά ήλεκτρο μονωτικά υλικά με τα ίδια ονομαστικά στοιχεία, μπορεί κανείς να καταλήξει στη μεταξύ τους αξιολόγηση από το μέγεθος της συνολικής αύξησης του δυναμικού (λόγω μερικών εκκενώσεων) σε ένα πυκνωτή μέτρησης σε σειρά με το δοκίμιο. Για το σκοπό αυτό προτείνεται στα πλαίσια της εργασίας αυτής ο ορισμός ενός συντελεστή αλμάτων δυναμικού (δ). Η μέθοδος αυτή είναι δυνατόν να εφαρμοστεί και σε πλήρεις κατασκευές (όπως π.χ. σε μετασχηματιστές, διακόπτες υψηλών τάσεων, κ.λ.π.), γιατί κάθε κατασκευή είναι ως προς τη μονωτική συμπεριφορά της μία χωρητικότητα προς γη στην οποία εκδηλώνονται μερικές εκκενώσεις. Από τις μετρήσεις στις στατικές ηλεκτρικές επαφές που έγιναν στα πλαίσια της εργασίας αυτής διαπιστώνεται η ταύτιση των αποτελεσμάτων με εκείνα των ερευνών που έχουν γίνει μέχρι σήμερα σχετικά με τα μη γραμμικά φαινόμενα. Όμως λόγω της μεγάλης ακρίβειας που έχουν οι μετρήσεις μέσω A/D μετατροπέα, δίνονται λεπτομερέστερες πληροφορίες για τα μη γραμμικά φαινόμενα. Η μεγάλη αυτή ακρίβεια των μετρήσεων δίνει, όπως προκύπτει από τα πειραματικά αποτελέσματα της εργασίας αυτής, τη δυνατότητα της καλύτερης ποιοτικής αξιολόγησης μεταξύ επαφών με τα ίδια ονομαστικά στοιχεία, με το κατά πόσο έντονα είναι τα μη γραμμικά φαινόμενα που εκδηλώνονται. Για το σκοπό αυτό προτείνεται ο ορισμός ενός συντελεστή μη γραμμικής συμπεριφοράς των στατικών ηλεκτρικών επαφών.