Επιφανειακή διηλεκτρική αντοχή μονωτικών υλικών σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο υπό κρουστικές υψηλές τάσεις
Authors: Λαζαρίδης Λάζαρος 
Published: January 2014

Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η επιφανειακή διηλεκτρική αντοχή μονωτικών επιφανειών σε ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο υπό κρουστικές υψηλές τάσεις με έμφαση στην επίδραση της απόλυτης υγρασίας. Η σπουδαιότητα της έρευνας που αφορά αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρικών εκκενώσεων και διηλεκτρικών επιφανειών είναι πολύ μεγάλη, όχι μόνο από θεωρητική σκοπιά αλλά και λόγω των πολλών και σημαντικών πρακτικών εφαρμογών. Τα συστήματα εξωτερικών μονώσεων καταπονούνται συχνά από υπερτάσεις που εμφανίζονται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, συνεπώς ο βέλτιστος σχεδιασμός τους απαιτεί τη γνώση της επιφανειακής διηλεκτρικής συμπεριφοράς των μονωτήρων υπό αυτές τις συνθήκες. Ο μηχανισμός επιφανειακής διάσπασης είναι ιδιαίτερα σύνθετος, με πολλούς και συχνά αντικρουόμενους παράγοντες επίδρασης. Η επίδραση των ατμοσφαιρικών συνθηκών στις επιφανειακές εκκενώσεις είναι ένα αντικείμενο το οποίο ακόμη δεν έχει διερευνηθεί συστηματικά. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, διερευνήθηκε ο μηχανισμός επιφανειακής διάσπασης λείων κυλινδρικών μονωτικών επιφανειών που γεφυρώνουν διάκενο αέρα ράβδου - πλάκας μήκους 12 cm υπό κρουστικές υψηλές τάσεις, λαμβάνοντας υπόψη ως παραμέτρους επίδρασης το υλικό της μονωτικής επιφάνειας, το εύρος, την κυματομορφή και την πολικότητα της επιβαλλόμενης τάσης και ιδιαίτερα την απόλυτη υγρασία. Τα κυριότερα συμπεράσματα στα οποία καταλήγει η διατριβή συνοψίζονται ως εξής. Η αρχική κορώνα παρουσία μονωτήρα στο διάκενο εμφανίζεται νωρίτερα, υπό χαμηλότερη τάση έναυσης και με μικρότερο φορτίο, λόγω της ενίσχυσης του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή κοντά στην ακίδα. Ωστόσο, σε συνθήκες οριακής εμφάνισης διαπιστώθηκε μείωση του πεδίου έναυσης με τη διηλεκτρική σταθερά του υλικού, γεγονός που μπορεί να αποδοθεί σε ενίσχυση του φωτοϊονισμού γύρω από την ακίδα. Υπό θετικές εξωτερικές κρουστικές τάσεις η τάση διάσπασης μειώνεται παρουσία μονωτήρα. Η διάσπαση συνδέεται στενά με τη δευτερεύουσα κορώνα, ο ηλεκτρικός σπινθήρας αναπτύσσεται μακριά από την επιφάνεια του μονωτήρα, συμπεριφορά χαρακτηριστική για τα πολυμερή υλικά αλλά όχι για την περίπτωση της πορσελάνης. Υπό θετικές εσωτερικές κρουστικές τάσεις, η τάση διάσπασης αυξάνεται παρουσία μονωτήρα. Η διάσπαση συνδέεται στενά με τη διάσχιση του διακένου από τα νημάτια της εκκένωσης. Υπό θετικές κρουστικές τάσεις αύξηση της απόλυτης υγρασίας οδηγεί σε αύξηση της τάσης διάσπασης. Η αναχαιτιστική επίδραση της υγρασίας στη διάσπαση είναι παρόμοια με αυτή στο απλό διάκενο αέρα όταν ο σπινθήρας αναπτύσσεται μακριά από την μονωτική επιφάνεια, ωστόσο εμφανίζεται ασθενέστερη όταν αυτός ακολουθεί την μονωτική επιφάνεια. Γενικότερα, σε συστήματα μονώσεων όπου ο σπινθήρας κατά τη διάσπαση ακολουθεί τη μονωτική επιφάνεια η ισχύουσα διαδικασία διόρθωσης της τάσης διάσπασης σε κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες θα μπορούσε να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας ένα μειωμένο συντελεστή επίδρασης της υγρασίας. Υπό αρνητικές κρουστικές τάσεις, η τάση διάσπασης μειώνεται παρουσία μονωτήρα, γεγονός που οφείλεται στο χαμηλότερο μέσο πεδίο που απαιτείται για την πλήρη διάσχιση του διακένου από τα νημάτια της εκκένωσης. Η ανάπτυξη της αρνητικής κορώνα ευνοείται από την παρουσία της μονωτικής επιφάνειας, ο σπινθήρας κατά τη διάσπαση ακολουθεί την επιφάνεια του μονωτήρα. Η επίδραση της απόλυτης υγρασίας στην τάση διάσπασης είναι ασήμαντη, η ισχύουσα διαδικασία διόρθωσης της τάσης διάσπασης σε κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες κρίνεται ικανοποιητική.