Μία διερεύνηση του ιονισμού με κρούσεις προ και κατά τη διάσπαση σε στερεά ηλεκτρομονωτικά, στον ατμοσφαιρικό αέρα, υπό κρουστικές τάσεις 1,2/50μs, μέσω μετρήσεων των μερικών εκκενώσεων με ηλεκτρονικό υπολογιστή

Abstract

This thesis is the investigation of the events before and during breakdown of electrical insulators, in air, under impulse voltages 1.2 / 50μs through measurements of partial discharges via computer. The paper includes six chapters.Initially, there is a brief reference concerning the microscopic and quantum theory for the phenomena before and during breakdown in the conjunction of solid electrically insulator - solid under various forms of stress. The purpose of this work is the investigation of those phenomena to the combination of solid electrically - atmospheric air breakdown. As a test voltage selects the impulse voltage 1.2 / 50ms, and the solid insulation used were pertinax and transformers΄ paper. To express an unfavorable situation test electrodes were pin-plate.The third section gives the measurement procedures via computer and set as a measured magnitude of the temporal change in voltage in a measuring capacitor, the total increase of Dum voltage from the start of partial discharges up cleavage.The results of the measurements given in chapter four is the characteristics Δum=f(Uk,Ek), DQ = f (Uk, Ek) and ΔW = f (Uk, Ek). Particular importance has the typical ΔQ=f(Uk,Ek), which is approximated mathematically by the relationship: Δ and can be considered that yields the ionization impacts in the aging and degradation of electrical insulating materials. From the characteristic? W = f (Uk, Ek) appears during breakdown of solid electrically emitted radiation in the range of soft X-ray. It also appears that aging near the breakdown voltage associated with ultraviolet radiation. These radiations recorded through the attack of the photographic film.Comments on the experimental and theoretical results mentioned above are given in the fourth chapter. In conclusion it seems that the effects are the same as those in the combination oil. This thesis proposes equivalent circuits which perform the theory of macroscopic and quantum theory before and during breakdown.The fifth chapter analyzes a representative event which occurrenced (partial discharges) due to foreign deposits in porcelain insulators MV distribution network.The sixth chapter provides summary contribution of working in research and practical applications.As part of this work was implemented program using the Visual Basic programming language, which is given in Annex I. The use of this program is the calculation of sizes: a)ΔW the energy of free electrons, b) electric charge ΔQ, c) the number of free electrons N collected from the anode, d) the speed of free electrons ν, e) their mobility μ, the specific electrical conductivity of the solid σ, f) of the current density J, g) the frequency f of the emitted radiation and h) of the wavelength λ. The calculation of these sizes can be specified for both materials investigated in this work, pertinax and transformers’ paper. At the end also an example is given of use of the above size calculation program for each of the two test materials.

Η εργασία αυτή αποτελεί μία διερεύνηση των φαινομένων προ και κατά τη διάσπαση στερεών ηλεκτρομονωτικών, στον ατμοσφαιρικό αέρα, υπό κρουστικές τάσεις 1,2/50μs, μέσω μετρήσεων των μερικών εκκενώσεων με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η εργασία περιλαμβάνει έξι κεφάλαια.Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη αναφορά στη μακροσκοπική και κβαντική θεωρία για τα φαινόμενα προ και κατά τη διάσπαση στο συνδυασμό στερεού ηλεκτρομονωτικού υπό διάφορες μορφές τάσεων, από όπου καταδεικνύεται ο σκοπός της εργασίας αυτής, στο δεύτερο κεφάλαιο, που είναι η διερεύνηση του εν λόγω φαινόμενου στο συνδυασμό στερεό ηλεκτρομονωτικό – ατμοσφαιρικός αέρας. Ως τάση δοκιμής επιλέχθηκε η κρουστική τάση 1,2/50μs, τα δε στερεά μονωτικά που χρησιμοποιήθηκαν ήταν το πέρτιναξ και το χαρτί μετασχηματιστών. Για να εκφραστεί η δυσμενέστερη περίπτωση των πρακτικών εφαρμογών τα ηλεκτρόδια εφαρμογής της τάσης ήταν ακίδα-πλάκα.Στο τρίτο κεφάλαιο δίνονται οι διαδικασίες των μετρήσεων μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή και καθορίζεται ως μετρούμενο μέγεθος η συνολική αύξηση της τάσης Δum κατά την εκδήλωση αλμάτων δυναμικού.Τα αποτελέσματα των μετρήσεων που δίνονται στο κεφάλαιο τέσσερα είναι κατά κύριο λόγο, οι χαρακτηριστικές Δum= f(Uk, Ek), ΔQ= f(Uk, Ek) και ΔW= f(Uk, Ek). Ιδιαίτερη σημασία έχει η χαρακτηριστική ΔQ=f(Uk, Ek), η οποία είναι εκθετικής μορφής και η οποία προσεγγίζεται μαθηματικά με τη σχέση: Δ , που θεωρείται πως αποδίδει τον ιονισμό με κρούσεις κατά τη γήρανση και διάσπαση των ηλεκτρομονωτικών υλικών. Από τη χαρακτηριστική ΔW= f(Uk, Ek) φαίνεται πως κατά τη διάσπαση του στερεού ηλεκτρομονωτικού εκπέμπεται ακτινοβολία στην περιοχή των μαλακών ακτίνων Χ. Φαίνεται επίσης ότι η γήρανση πλησίον της τάσης διάσπασης σχετίζεται με υπεριώδεις ακτινοβολίες. Οι παραπάνω ακτινοβολίες καταγράφηκαν και μέσω της προσβολής του φωτογραφικού φιλμ. Τα σχόλια επί των πειραματικών και των θεωρητικών αποτελεσμάτων που προαναφέρθηκαν δίνονται στο τέταρτο κεφάλαιο. Συμπερασματικά φαίνεται ότι τα φαινόμενα που εκδηλώνονται στα στερεά ηλεκτρομονωτικά σε περιβάλλον ατμοσφαιρικού αέρα υπό κρουστικές τάσεις 1,2/50 μs είναι ίδια με εκείνα στο συνδυασμό ηλεκτρομονωτικό έλαιο μετασχηματιστών. Στην εργασία προτείνονται ισοδύναμα κυκλώματα τα οποία αποδίδουν τη μακροσκοπική και κβαντική θεωρία προ και κατά τη διάσπαση. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται ένα αντιπροσωπευτικό περιστατικό εκδήλωσης σπινθηρισμών (μερικών εκκενώσεων) λόγω ξένων επικαθήσεων σε μονωτήρες πορσελάνης μέσης τάσης στο δίκτυο διανομής. Ενώ στο έκτο κεφάλαιο δίνεται περιληπτικά η συνεισφορά της εργασίας στην έρευνα και τις πρακτικές εφαρμογές.Στα πλαίσια της εργασίας αυτής υλοποιήθηκε πρόγραμμα με την χρήση της γλώσσας προγραμματισμού Visual Basic, στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, το οποίο δίνεται στο Παράρτημα Ι. Με την χρήση του προγράμματος γίνεται ο υπολογισμός των μεγεθών: α) της ενέργειας ΔW των ελεύθερων ηλεκτρονίων, β) του ηλεκτρικού φορτίου ΔQ, γ) του αριθμού των ελεύθερων ηλεκτρονίων Ν που συλλέχθηκαν από την άνοδο, δ) της ταχύτητας των ελεύθερων ηλεκτρονίων ν, ε) της κινητικότητάς τους μ, της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του στερεού σ, στ) της πυκνότητας του ρεύματος J, ζ) της συχνότητας f, της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και η) του μήκους κύματος λ. Ο υπολογισμός αυτών των μεγεθών είναι δυνατός για τα δύο υλικά που ερευνήθηκαν στην παρούσα εργασία, το πέρτιναξ και το χαρτί μετασχηματιστών. Στο τέλος δίνεται επίσης ένα παράδειγμα χρήσης του προγράμματος υπολογισμού των παραπάνω μεγεθών για καθένα από τα δύο υπό εξέταση υλικά.