ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διπλωματική Εργασία Πειραματική διερεύνηση των χαρακτηριστικών της DC εκκένωσης κορώνα σε λείους αγωγούς σε ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου και αγωγού-πλάκας Καραχριστιανίδης Νικόλαος (6565) Σαπουντζόγλου Νικόλαος (6454) Επιβλέπων καθηγητής : Παντελής Ν. Μικρόπουλος Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 214

2 - 1 -

3 Περιεχόμενα Πρόλογος... 3 Ευχαριστίες Εισαγωγή Εκκενώσεις κορώνα Θετική κορώνα Αρνητική κορώνα Πειραματική διάταξη και διαδικασία Χώρος εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων Πειραματική διάταξη Περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας Πειραματικά Αποτελέσματα Τάση και πεδίο έναυσης Μέθοδος προσδιορισμού της τάσης έναυσης Υπολογισμός πεδίου έναυσης Ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου Διάκενο αγωγού-πλάκας Ρεύμα εκκένωσης κορώνα Ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου Διάκενο αγωγού-πλάκας Συμπεράσματα Παράρτημα Α Ατμοσφαιρικές συνθήκες Παράρτημα Β Τάση και πεδίο έναυσης Βιβλιογραφία

4 Πρόλογος Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται τα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα σε λείους αγωγούς σε ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου και σε διάκενου αγωγούπλάκας υπό συνεχή υψηλή τάση θετικής και αρνητικής πολικότητας. Η μελέτη βασίζεται σε πειραματικές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο χώρο του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων του Α.Π.Θ. Αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια, τα οποία περιγράφονται συνοπτικά ως ακολούθως. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στην έννοια του φαινομένου της εκκένωσης κορώνα μέσω μικρής ιστορικής ανασκόπησης, παρουσίασης των εφαρμογών της και των προβλημάτων που αυτή δημιουργεί και συνοπτικής περιγραφής της θετικής και της αρνητικής μορφής της. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται παρουσίαση του χώρου του εργαστηρίου που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα, αναλύονται οι διατάξεις των διακένων και της γεννήτριας υψηλής συνεχούς τάσης που χρησιμοποιήθηκαν και περιγράφεται λεπτομερώς η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων σε μορφή διαγραμμάτων και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν για το πώς μεταβάλλονται τα υπό μελέτη μεγέθη, δηλαδή, η τάσης έναυσης, το πεδίο έναυσης και το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα, με παραμέτρους την ακτίνα του αγωγού, την πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης και τέλος, το ύψος του αγωγού από την πλάκα για την περίπτωση του διακένου αγωγού-πλάκας. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη διεξαγωγή του πειράματος. Τέλος, στο παράρτημα Α δίνονται αναλυτικά συγκεντρωμένες σε πίνακες οι τιμές των πειραματικών μετρήσεων των ατμοσφαιρικών συνθηκών, ενώ στο Β δίνονται οι τιμές της τάσης και του πεδίου έναυσης όπως αυτές υπολογίστηκαν μέσω των μεθόδων που αναλύονται στο δεύτερο κεφάλαιο

5 Ευχαριστίες Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε θερμά τον καθηγητή του τμήματος κ. Π. Ν. Μικρόπουλο για την επίβλεψη της εργασίας, την άψογη συνεργασία και προθυμία που επέδειξε καθ όλη την διάρκεια της εκπόνησης, καθώς και για την εμπιστοσύνη που μας έδειξε αναθέτοντάς μας ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα. Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε, εξίσου θερμά, τον διδάκτορα του τμήματος κ. Β.N. Ζαγκανά για την πολύτιμη βοήθεια που μας προσέφερε, την υποστήριξη, την υπομονή και τη συνεχή καθοδήγησή του αλλά και τον κ. Δημήτρη Ζιάκα, ΕΕΔΙΠ του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, για την πολύτιμη βοήθειά του σε διάφορα τεχνικά θέματα

6 - 5 -

7 1. Εισαγωγή 1.1 Εκκενώσεις κορώνα Η λέξη κορώνα προέρχεται από αντιδανεισμό, από επιστροφή δηλαδή της λέξης ως δανείου στη γλώσσα από την οποία ξεκίνησε. Προέρχεται από τη λατινική λέξη «corona», η οποία με τη σειρά της προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη «κορώνη» ή «κουρούνα». Η λέξη αυτή χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή τοπικών φαινομένων ιονισμού σε διάκενα όπου το πεδίο παρουσίαζε αυξημένη ανομοιογένεια με συνεπακόλουθη δημιουργία ηλεκτρονικών στιβάδων στις περιοχές όπου η πεδιακή ένταση ήταν ικανή να τις διατηρήσει. Τα τοπικά αυτά φαινόμενα ιονισμού ονομάστηκαν «στεμματοειδής ή θυσανοειδής εκκένωση» ενώ αργότερα επικράτησε η ονομασία «μερικές εκκενώσεις» ή «εκκενώσεις κορώνα». Για μεγαλύτερες τιμές της τάσης τα φαινόμενα αυτά μπορεί να επεκταθούν και τελικά να προκαλέσουν τη διάσπαση του διακένου [1]. Η «εκκένωση κορώνα» (corona discharge) είναι ένα φαινόμενο γνωστό στην ανθρωπότητα εδώ και αρκετούς αιώνες και συχνά της αποδίδονταν υπερφυσικές ιδιότητες. Πρώτοι οι ναυτικοί παρατήρησαν την εκκένωση κορώνα, ως μια φωτεινή μπλε ή μωβ φλόγα που εμφανίζονταν στην κορυφή των καταρτιών και των ιστίων των πλοίων συνήθως μετά από μια καταιγίδα (εικόνα 1.1). Η εμφάνισή της θεωρούνταν καλός οιωνός από τους θεούς καθώς σηματοδοτούσε το τέλος της καταιγίδας. Οι αρχαίοι Έλληνες ονόμαζαν το φαινόμενο αυτό «φώτα των Διόσκουρων», όμως η ονομασία που τελικά επικράτησε είναι «φωτιά του Αγίου Έλμου» (St. Elmo s Fire ή Elmsfire στα Αγγλικά και Feux de St. Elme στα Γαλλικά) από τον Άγιο Έρασμο από τη Φόρμια που θεωρούνταν προστάτης των ναυτικών από τους ναυτικούς της Μεσογείου το 3-4 μ.χ. Αργότερα, Ισπανοί και Πορτογάλοι έδωσαν στο φαινόμενο την ονομασία «Ιερό Σώμα» (Corpo Santo) ενώ Ρώσοι και Έλληνες το αποκαλούσαν «Άγιοι Νικόληδες» προς τιμήν του δικού τους προστάτη των ναυτικών, του Αγίου Νικολάου [2]

8 Υπάρχουν πολλές αναφορές στη λογοτεχνία ανά τους αιώνες σχετικά με τη φωτιά του Αγίου Έλμου. Από αυτές ξεχωρίζουν οι παρακάτω. Ο Ορφέας κατά την Αργοναυτική εκστρατεία φαίνεται να παρατήρησε το φαινόμενο και ονόμασε τις φλόγες Κάστωρ και Πολυδεύκη, ονόματα που αργότερα ο Πτολεμαίος έδωσε στα πιο φωτεινά αστέρια του αστερισμού των Διδύμων, ενός αστερισμού με μεγάλη ναυτική σημασία. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον προκαλεί η αναφορά που κάνει ο Ιούλιος Καίσαρας στα απομνημονεύματά του για τις αιχμές των δοράτων της 5 ης λεγεώνας που έμοιαζαν να έχουν πάρει φωτιά κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας το μήνα Φεβρουάριο [2]. Πολλοί διάσημοι ναυτικοί και εξερευνητές όπως ο Χριστόφορος Κολόμβος και ο Μαγγελάνος, φυσιοδίφες όπως ο Κάρολος Δαρβίνος, συγγραφείς όπως ο Ουίλλιαμ Σαίξπηρ στο έργο του «Η Τρικυμία» (The Tempest) και ο Χέρμαν Μέλβιλ στο έργο του Μόμπυ-Ντικ (Moby-Dick) αλλά και επιστήμονες όπως ο Βενιαμίν Φραγκλίνος στο ταξίδι του με το πλοίο «HMS Beagle» και ο Νίκολα Τέσλα, παρατήρησαν και μελέτησαν τη φωτιά του Αγίου Έλμου [3]. Εικόνα 1.1: Η φωτιά του Αγίου Έλμου στα κατάρτια και τα ιστία των πλοίων. Εικόνες από την Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας των Η.Π.Α. [National Oceanic and Atmospheric Administration ΝΟΑΑ] - 7 -

9 Σήμερα εκτός από τα πλοία, οι εκκενώσεις κορώνα παρατηρούνται κυρίως στην ουρά, στη μύτη, στα φτερά και στις προπέλες αεροπλάνων, αερόπλοιων και ελικοπτέρων όταν αυτά διασχίζουν υψηλά φορτισμένες περιοχές της ατμόσφαιρας, σε τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό όπως οι κεραίες υψηλών συχνοτήτων και στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης [3]. Η εκκένωση κορώνα έχει ποικίλες βιομηχανικές εφαρμογές όπως η επεξεργασία των επιφανειών των πολυμερών με σκοπό να διευκολυνθεί η εκτύπωση, η βαφή, η σφράγιση και η επικάλυψή τους, οι ψεκαστήρες βαφής, οι υψηλής ταχύτητας συσκευές εκτύπωσης, τα ηλεκτροστατικά φίλτρα, τα οικιακά φίλτρα αέρα που καθαρίζουν τον αέρα μέσω του ιονισμού του, η παραγωγή όζοντος (Ο3) που χρησιμοποιείται για να σκοτώσει μικρόβια και να εξουδετερώσει διάφορους ατμοσφαιρικούς ρύπους, οι ανεμιστήρες στερεάς κατάστασης που βασίζονται στην αρχή της ηλεκτρο-αεροδυναμικής άντλησης, ενώ, τέλος, αποτελεί τη βάση λειτουργίας των μετρητών Geiger [1],[4]. Σε αντίθεση με τις παραπάνω χρήσιμες εφαρμογές του φαινομένου της εκκένωσης κορώνα, έρχονται οι επιπτώσεις της και τα προβλήματα που δημιουργεί. Έτσι, στις γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης προκαλεί αξιοσημείωτες απώλειες ισχύος, ραδιοφωνικά παράσιτα, ηχητικό θόρυβο, φθορά στους αγωγούς και γήρανση των στερεών και υγρών μονωτικών. Η φθορά αυτή επέρχεται από τη συνδυασμένη δράση των ιόντων της εκκένωσης που βομβαρδίζουν την επιφάνεια αγωγών και μονωτικών αλλά και από τις χημικές ενώσεις που σχηματίζονται από την εκκένωση ενώ παράλληλα παράγονται όζον (Ο3) και νιτρικά οξείδια (ΝΟx) που μπορούν να επιβαρύνουν την ανθρώπινη υγεία όπου οι γραμμές μεταφοράς διασχίζουν κατοικημένες περιοχές [1],[5]. Για τους παραπάνω λόγους, ο εξοπλισμός σε συστήματα μεταφοράς ενέργειας σχεδιάζεται έτσι ώστε να ελαχιστοποιεί την πιθανότητα σχηματισμού και την ένταση του φαινομένου. Βασική τεχνική αύξησης της τάσης έναυσης της εκκένωσης κορώνα είναι η αύξηση της απόστασης των αγωγών της κάθε φάσης. Επιπλέον, δύο ακόμα τεχνικές για την αύξηση της τάσης έναυσης είναι η αύξηση της διαμέτρου των αγωγών και η χρήση δέσμης αγωγών ανά φάση. Οι δύο αυτές τεχνικές αντισταθμίζουν την αύξηση του κόστους κατασκευής με τη μείωση των απωλειών κορώνα που προκύπτει από τη μείωση του ρεύματος κορώνα. Τέλος, σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατή η εξάλειψη τυχόν αιχμών χρησιμοποιούνται - 8 -

10 μεταλλικά τοροειδή για την κάλυψη τους, εξομαλύνοντας έτσι το ηλεκτρικό πεδίο και μειώνοντας την τιμή του πεδίου κάτω από το όριο έναυσης της εκκένωσης κορώνα [5]. Είναι πλέον σαφές ότι η γεωμετρία αλλά και η κατάσταση της επιφάνειας του αγωγού, το αν δηλαδή είναι λείος ή αν έχει αλλοιωθεί σε σημεία μεταβάλλοντας έτσι τοπικά τη γεωμετρία του, επηρεάζουν καθοριστικά τα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα. Οι καιρικές συνθήκες, δηλαδή, η πίεση, η θερμοκρασία και η υγρασία επηρεάζουν τη διηλεκτρική αντοχή του αέρα ενώ έχει παρατηρηθεί πως και η παρουσία σωματιδίων σκόνης αυξάνει τοπικά τις τιμές του ηλεκτρικού πεδίου. Σημαντικό όμως ρόλο, παίζει και η πολικότητα της εφαρμοζόμενης στον αγωγό τάσης όπως θα δειχθεί παρακάτω. 1.2 Θετική κορώνα Η πιο πρόσφορη διάταξη ηλεκτροδίων για τη μελέτη και κατανόηση των φυσικών μηχανισμών της εκκένωσης κορώνα είναι το διάκενο ημισφαιρικής απόληξης ακίδας-πλάκας. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιείται ακίδα μικρής ακτίνας καμπυλότητας και μικρά διάκενα στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση ενώ εφαρμόζεται συνεχής υψηλή τάση. Στην ανάλυση της εξέλιξης του φαινομένου διακρίνονται τρία στάδια [1]. Στο πρώτο στάδιο, η τάση ξεπερνάει ένα όριο που καθορίζεται από την πεδιακή ένταση στην περιοχή της ακίδας και τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται εκεί επιταχύνονται προς την άνοδο (ακίδα) δημιουργώντας ηλεκτρονικές στιβάδες και προκαλώντας τη ροή ρεύματος. Η τιμή της έντασης αυξάνει με την τάση καθώς σχηματίζονται περισσότερες και μεγαλύτερες στιβάδες. Όταν η τάση αυξηθεί αρκετά το ρεύμα παίρνει τη μορφή παλμών συχνότητας σχεδόν του 1 khz. Αυτό ονομάστηκε από τον Loeb [6] παλμική εκκένωση κορώνα. Ο μέσος όρος του ρεύματος αυξάνει καθώς αυξάνει η τάση, μέχρι η εκκένωση να γίνει αυτοσυντηρούμενη. Συνήθως, η παλμική κορώνα συνοδεύεται από σχηματισμό νηματίου που λέγεται «προκαταρτικός στρήμερ» (preonset streamer). Αφού η κορώνα καταστεί αυτοσυντηρούμενη, η μορφή της δεν αλλάζει και απλώς αυξάνει η ένταση καθώς η παλμική κορώνα γίνεται πιο έντονη και τα νημάτιά της - 9 -

11 μακρύτερα. Στο δεύτερο στάδιο της εξέλιξης του φαινομένου, σε ακόμη υψηλότερες τάσεις, τα νημάτια εξαφανίζονται και παραμένει μια εκκένωση «αίγλης» που ονομάζεται και «αίγλη Hermstein», προς τιμή αυτού που πρώτος τη μελέτησε [7]. Σε θετική πολικότητα της τάσης, η κορώνα εμφανίζεται με τη μορφή μιας ανοιχτογάλαζης αίγλης που σκεπάζει όλο τον αγωγό. Στο τελευταίο στάδιο για πολύ υψηλότερες τάσεις, λίγο χαμηλότερες της τάσης διάσπασης, θα ξαναφανούν τα νημάτια (pre-breakdown streamers) που επιμηκυνόμενα θα διασχίσουν το διάκενο προκαλώντας τη διάσπασή του. Αναλυτικότερα, ο μηχανισμός παλμικής κορώνας περιγράφεται ως εξής. Οι ηλεκτρονικές στιβάδες, εξαιτίας της γεωμετρίας τους και του θετικού χωρικού φορτίου της κεφαλής τους, προκαλούν πτώση της πεδιακής έντασης στην περιοχή της ακίδας και τελικά το σταμάτημα του ιονισμού. Επειδή όμως το θετικό χωρικό φορτίο είναι ομώνυμο με την ακίδα, απομακρύνεται από αυτή με συνεπακόλουθη αύξηση της τιμής της πεδιακής έντασης και επανέναρξη του ιονισμού άρα και ενός παλμού της κορώνα. 1.3 Αρνητική κορώνα Σε διάκενο ακίδας-πλάκας αρνητικής πολικότητας υπό συνεχή τάση, το ρεύμα που οφείλεται στην αρνητική κορώνα ρέει σε πολύ τακτικούς κανονικούς παλμούς, των οποίων η συχνότητα αυξάνει με την ένταση του ρεύματος και μειώνεται με την αύξηση της ακτίνας καμπυλότητας της ακίδας. Οι παλμοί αυτοί ονομάζονται «παλμοί Trichel» προς τιμή αυτού που τους ανακάλυψε [8]. Σε αρνητική πολικότητα τάσης, η κορώνα παρουσιάζεται με τη μορφή κόκκινων στιγμάτων σε διάφορα σημεία κατά μήκος του αγωγού, ενώ για υψηλότερες τάσεις αποκτά θυσανοειδή μορφή. Σύμφωνα με τους Trichel [8] και Loeb [6] το φαινόμενο εξηγείται με το παρακάτω μοντέλο. Φωτόνια ή και θετικά ιόντα που βρίσκονται κοντά στην αρνητική ακίδα επιταχύνονται προς αυτήν και προσκρούοντας πάνω της ελευθερώνεται ένα ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο αυτό επιταχυνόμενο προκαλεί τη δημιουργία ηλεκτρονικής στιβάδας μέσω ιονισμού κρούσης, ενώ φωτόνια από την περιοχή της στιβάδας εκλύουν νέα ηλεκτρόνια από την κάθοδο σχηματίζοντας - 1 -

12 έτσι νέες στιβάδες. Το φαινόμενο αυτό συνεχίζεται για αρκετές γενεές διαδοχικών ηλεκτρονικών στιβάδων με τη συχνότητα και το εύρος των παλμών ρεύματος να αυξάνουν. Τελικά, για πολύ υψηλότερες τάσεις, λίγο χαμηλότερες της τάσης διάσπασης, τα νημάτια που έχουν δημιουργηθεί, επιμηκυνόμενα θα διασχίσουν το διάκενο προκαλώντας τη διάσπασή του

13 2. Πειραματική διάταξη και διαδικασία 2.1. Χώρος εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων Το εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης περιλαμβάνει δύο χώρους δοκιμών υψηλών τάσεων με τους αντίστοιχους χώρους ελέγχου και μετρήσεων. Η διεξαγωγή του πειράματος έγινε στον κύριο χώρο δοκιμών υψηλών τάσεων (εικόνα 2.1), ο οποίος περικλείεται πλήρως μέσω γειωμένου μεταλλικού πλέγματος σε όλες τις διαστάσεις του για την αποφυγή της ακούσιας εισόδου του προσωπικού αλλά και για την μείωση του ηλεκτρομαγνητικού θορύβου στα υπό μέτρηση μεγέθη. Οι διαστάσεις του μεταλλικού αυτού κλωβού είναι: ύψος 6,5 m, μήκος 12 m και πλάτος 7 m [9]. Εικόνα 2.1: Κάτοψη εργαστηρίου υψηλών τάσεων ΑΠΘ [9]

14 Την είσοδο στο χώρο δοκιμών υψηλών τάσεων επιτρέπουν θύρες με προειδοποιητική πινακίδα σήμανσης κινδύνου αλλά και φωτεινές λυχνίες που υποδεικνύουν αν τα στοιχεία εξοπλισμού βρίσκονται υπό τάση ή όχι. Επιπλέον, υπάρχουν θυροδιακόπτες που διακόπτουν την τροφοδοσία τάσης σε περίπτωση ανοίγματος κάποιας θύρας και δεν επιτρέπουν την τροφοδοσία αν κάποια θύρα είναι ανοιχτή. Όλα τα μεταλλικά τμήματα του χώρου δοκιμών υψηλών τάσεων τα οποία δε φέρουν υψηλή τάση κατά τη διάρκεια των πειραμάτων είναι αξιόπιστα γειωμένα, συνδεδεμένα με την εγκατάσταση γείωσης του εργαστηρίου μέσω αγωγών γείωσης κατάλληλης διατομής. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν και τα μεταλλικά φύλλα στρώσης του δαπέδου του εργαστηρίου που αποσκοπούν στον περιορισμό της ανάπτυξης διαφοράς δυναμικού μεταξύ διαφορετικών σημείων γείωσης εξοπλισμού ή κυκλωμάτων υψηλής τάσης και ιδιαίτερα στον περιορισμό της βηματικής τάσης. Ακόμη, τα καλώδια που χρησιμοποιούνται στις μετρήσεις των υψηλών τάσεων είναι ομοαξονικά με αξιόπιστα γειωμένη τη θωράκισή τους. Σε κάθε περίπτωση τηρήθηκαν ελάχιστες αποστάσεις ασφαλείας από τον εξοπλισμό υπό υψηλή τάση. Αυτές υπολογίστηκαν σύμφωνα με την οδηγία της IEC 671-1, η οποία προτείνει για συνεχή υψηλή τάση με εύρος έως 1 MV αποστάσεις ασφαλείας τουλάχιστον μεγαλύτερες από 3,5 m/mv. Στο συγκεκριμένο πείραμα, καθώς η μέγιστη θεωρητική εν κενώ τάση εξόδου της ανορθωτικής διάταξης ήταν kv = 282,84 kv, η ελάχιστη απόσταση ασφαλείας υπολογίζεται σχεδόν 1 m, απαίτηση που εξασφαλιζόταν σε κάθε περίπτωση. 2.2 Πειραματική διάταξη Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων με στόχο την μελέτη των χαρακτηριστικών της DC εκκένωσης κορώνα σε λείους αγωγούς υπό συνεχή υψηλή τάση θετικής ή αρνητικής πολικότητας, χρησιμοποιήθηκαν δύο διάκενα: ένα ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου και ένα διάκενο αγωγού-πλάκας. Εξετάστηκε η επίδραση της ακτίνας του αγωγού και της πολικότητας της τάσης στην τάση και το πεδίο έναυσης αλλά και στο ρεύμα της εκκένωσης

15 κορώνα. Ειδικά για το διάκενο αγωγού-πλάκας εξετάστηκε επιπρόσθετα και η επίδραση του ύψους του αγωγού από την πλάκα στα παραπάνω μεγέθη. Η πρώτη διάταξη ήταν το ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου που φαίνεται στην εικόνα 2.2. Ο κύλινδρος είναι χαλύβδινος, ακτίνας 29.5 cm και συνολικού μήκους 2 m. Αποτελείται από το κεντρικό τμήμα μήκους 1 m και από δύο πλαϊνά τμήματα μήκους 5 cm το καθένα από τα οποία είναι μονωμένα σε σχέση με το κεντρικό τμήμα. Το κεντρικό τμήμα γειωνόταν μέσω μιας αντίστασης 1 kω στα άκρα της οποίας συνδέονταν ψηφιακό βολτόμετρο για την μέτρηση του ρεύματος που διέρρεε το διάκενο στο τμήμα αυτό και παλμογράφος για απεικόνιση των κυματομορφών του ίδιου ρεύματος (εικόνα 2.3). Τα δύο πλαϊνά τμήματα γειώνονταν για την απαλοιφή των φαινομένων άκρων εξασφαλίζοντας έτσι την ίδια ακτινική κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου σε όλο το μήκος του κεντρικού τμήματος. Στο εσωτερικό του κυλίνδρου τοποθετήθηκαν ομοαξονικά διαδοχικά έξι λείοι χαλύβδινοι αγωγοί, με ακτίνες.28 cm,.55 cm,.12 cm,.295 cm,.5 cm και.85 cm. Η στήριξη και η τάνυση των αγωγών έγινε με χρήση δύο τριπόδων φωτογραφικής μηχανής και με σκοινιά. Οι τρίποδες επέτρεπαν την τοποθέτηση των αγωγών με μεγάλη ακρίβεια στο μέσο του κυλίνδρου ενώ η τάνυσή τους με τα σκοινιά ήταν τις περισσότερες φορές απαραίτητη για να μη λυγίζουν στο κέντρο, λόγω του βάρους τους. (α) (β) Εικόνα 2.2: Στις φωτογραφίες (α) και (β) φαίνεται η διάταξη του ομοαξονικού διακένου αγωγούκυλίνδρου που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα

16 Εικόνα 2.3: Σχηματική απεικόνιση της πειραματικής διάταξης. Η δεύτερη διάταξη ήταν το διάκενο αγωγού-πλάκας που φαίνεται στην εικόνα 2.4. Η μεταλλική πλάκα που χρησιμοποιήθηκε έχει διαστάσεις 2 m μήκος και 1 m πλάτος. Κόπηκε σε τρία τμήματα, ένα κεντρικό μήκους 1 m και δυο πλαϊνά, μήκους.5 m το κάθε ένα, τα οποία τοποθετήθηκαν ώστε να συνθέτουν την αρχική πλάκα αλλά χωρίς να υπάρχει αγώγιμη επαφή μεταξύ τους. Όπως και στην προηγούμενη διάταξη, το κεντρικό τμήμα γειωνόταν μέσω μιας αντίστασης 1 kω στα άκρα της οποίας συνδεόταν ψηφιακό βολτόμετρο για τη μέτρηση του ρεύματος που διέρρεε το διάκενο στο τμήμα αυτό και παλμογράφος για απεικόνιση των κυματομορφών του ίδιου ρεύματος (εικόνα 2.3). Τα δύο πλαϊνά τμήματα γειώνονταν για την απαλοιφή των φαινομένων άκρων εξασφαλίζοντας έτσι την ίδια κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου σε όλο το μήκος του κεντρικού τμήματος. Πάνω από την πλάκα τοποθετήθηκαν ευθυγραμμισμένα με το μέσο της διαδοχικά οι έξι αγωγοί που χρησιμοποιήθηκαν και στη διάταξη του ομοαξονικού διακένου αγωγού-κυλίνδρου. Η στήριξη των αγωγών έγινε και σε αυτήν την περίπτωση με χρήση των δύο τριπόδων, ενώ η τάνυσή τους ήταν απαραίτητη για να μη λυγίζουν στο κέντρο, λόγω του βάρους τους. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν μονωτήρες στήριξης κάτω από τα πόδια των τριπόδων ώστε να εξαλειφθούν σπινθηρισμοί ή και διασπάσεις με το γειωμένο δάπεδο του εργαστηρίου όπως φαίνεται στην εικόνα 2.4. Με αύξηση του μήκους των τριπόδων, επιλεγόταν κάθε φορά ακριβώς το ύψος πάνω από το οποίο τοποθετούνταν ο αγωγός, από 5 cm έως και 5 cm σε βήματα των 5 cm. Με την αύξηση της ακτίνας του αγωγού, στα χαμηλά ύψη η ηλεκτρική διάσπαση προηγούνταν της έναυσης της εκκένωσης κορώνα. Στις περιπτώσεις αυτές, οι μετρήσεις ξεκινούσαν από το χαμηλότερο από τα προκαθορισμένα ύψη στο οποίο ήταν δυνατή η μέτρηση της έναυσης της εκκένωσης κορώνα

17 Εικόνα 2.4: Στη φωτογραφία φαίνεται η διάταξη του διακένου αγωγού-πλάκας που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα. Για την παραγωγή της επιθυμητής συνεχούς υψηλής τάσης χρησιμοποιήθηκε διβάθμια γεννήτρια Cockcroft-Walton (εικόνα 2.5). Η διάταξη, η οποία προτάθηκε αρχικά το 192 από τον Greinacher, χρησιμοποιήθηκε στη σημερινή της μορφή για πρώτη φορά το 1932 από τους βραβευμένους με Νόμπελ Φυσικής Cockcroft και Walton για την τροφοδοσία ενός επιταχυντή σωματιδίων. Χρησιμοποιείται ευρέως σε κυκλώματα παραγωγής συνεχούς υψηλής τάσης σχετικά χαμηλής ισχύος. Το κύριο πλεονέκτημα της διάταξης είναι ότι με τη χρήση σχετικά μικρών και φθηνών στοιχείων, χωρίς αυξημένες απαιτήσεις μόνωσης, μπορεί να παραχθούν ιδιαίτερα υψηλές τιμές συνεχούς υψηλής τάσης. Η διάταξη συνδυάζει δύο ανορθωτές και δύο πυκνωτές ανά βαθμίδα, όπως φαίνεται και στην εικόνα 2.5. Η αλλαγή της πολικότητας της τάσης στην έξοδο είναι εύκολο να αλλάξει με αντιστροφή των διόδων σε κάθε βαθμίδα. Όσον αφορά την καταπόνηση των στοιχείων, εάν θεωρηθεί ότι η τάση εξόδου του μετασχηματιστή είναι ημιτονοειδής με ενεργό τιμή U, η μέγιστη τάση που αναπτύσσεται στα άκρα κάθε πυκνωτή είναι 2 2 U εκτός από τον πυκνωτή της πρώτης βαθμίδας που συνδέεται στο δευτερεύον του μετασχηματιστή δοκιμής η τάση στα άκρα του οποίου είναι 2 U. Κάθε ανορθωτής της διάταξης καταπονείται με τάση 2 2 U κατά την ανάστροφη πόλωσή του [9]

18 (α) (β) Εικόνα 2.5: Διβάθμια ανορθωτική διάταξη Cockcroft-Walton με τάση εξόδου θετικής πολικότητας. (α) φωτογραφία από τον χώρο δοκιμών του εργαστηρίου υψηλών τάσεων ΑΠΘ. (β) σχηματικό διάγραμμα κυκλώματος της διάταξης. Το πρωτεύον του μετασχηματιστή δοκιμής αποτελείται από δύο όμοια τυλίγματα τα οποία μπορούν να συνδεθούν είτε εν σειρά είτε παράλληλα. Επιλέχθηκε η εν σειρά συνδεσμολογία εξασφαλίζοντας έτσι μεγαλύτερη ακρίβεια ρύθμισης της τάσης εξόδου ενώ η μέγιστη τιμή της ήταν τα 5 kv (rms), τα οποία δεν έπρεπε να ξεπεραστούν: η μέγιστη τάση που θα μπορούσε να αναπτυχθεί στα άκρα κάθε στοιχείου της διάταξης είναι = 14 kv, ίση με την τάση αντοχής όλων των στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν. Παρακάτω παρουσιάζονται συγκεντρωτικά τα όργανα των μετρήσεων και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία :» Μ/Σ δοκιμής τύπου TEO 1/1, 2x22V/1kV/22V, 5kVA, 4% του οίκου MWB.» Εναλλάξιμα στοιχεία υψηλής τάσης του οίκου MWB, τάσης αντοχής 14 kv (σε υψηλή συνεχή τάση). Χρησιμοποιήθηκαν: ένας πυκνωτής μέτρησης τύπου CM 1 pf, 1 kv(rms) για τη μέτρηση της τάσης δευτερεύοντος του Μ/Σ δοκιμής

19 τέσσερις κρουστικούς πυκνωτές τύπου CS 25 pf, 14 kv και τέσσερις ανορθωτές με αντίσταση προστασίας σε σειρά τύπου GS, 14 kv, 2 ma, 1 kω για τη συναρμολόγηση της διβάθμιας ανορθωτικής διάταξης. 2 x αντίσταση μέτρησης τύπου RM, 28 MΩ, 14 kv σαν ωμικός καταμεριστής τάσης για μέτρηση της τάσης εξόδου της ανορθωτικής διάταξης. μία αντίσταση τύπου RE 24 Ω, 6 W, 14 kv στην έξοδο της διάταξης για τον περιορισμό του ρεύματος κατά την εκφόρτιση των πυκνωτών με ανεβασμένο τον αυτόματο γειωτή αλλά και για μικρή εξομάλυνση της τάσης εξόδου με αύξηση της χρονικής σταθεράς εκφόρτισης του κυκλώματος RC. Μονωτήρες 14 kv τύπου IS, αγωγοί τύπου D και V, σύνδεσμοι K και βάσεις F(s) για σύνδεση και στήριξη των στοιχείων. Αυτόματος γειωτής τύπου ES και ηλεκτρόδιο τύπου EL.» Κουτί με αντίσταση 1 kω για τη μέτρηση της πτώσης τάσης πάνω της που προκαλεί το ρεύμα που διαρρέει το διάκενο.» Ομοαξονικά καλώδια διασύνδεσης των οργάνων και γειώσεων του εργαστηρίου.» Τράπεζα ελέγχου τύπου SRP.5/5E του οίκου MWB για τον έλεγχο της τάσης τροφοδοσίας του Μ/Σ δοκιμής μέσω του αυτομετασχηματιστή μεταβαλλόμενης τάσης εξόδου που διαθέτει και για την μέτρηση των τάσεων του χωρητικού και του ωμικού καταμεριστή. Συνδέονταν επίσης με τον αυτόματο γειωτή και τον κρατούσε ανοιχτό κατά τη διάρκεια του πειράματος.» Ψηφιακός παλμογράφος του οίκου LeCroy για λήψη και αποθήκευση παλμογραφημάτων.» Ψηφιακό πολύμετρο για μέτρηση την πτώση τάσης πάνω στην αντίσταση των 1 kω.» Παροχή πεπιεσμένου αέρα της εγκατάστασης του εργαστηρίου.» Κινητή γείωση προστασίας για την γείωση των πυκνωτών έπειτα από κάθε πείραμα πριν υπάρξει ανθρώπινη επαφή με τα εναλλάξιμα στοιχεία της διάταξης. Πρόκειται για μονωτική ράβδο μήκους 2 m στην άκρη της οποίας υπάρχει αγώγιμη γειωμένη απόληξη.» 6 λείοι χαλύβδινοι αγωγοί, με ακτίνες,28 cm,,55 cm,,12 cm,,295 cm,,5 cm και,85 cm.» Θερμόμετρο υγρής/ξηρής θερμοκρασίας και πιεσόμετρο υδραργύρου του εργαστηρίου.» Μονωτήρες στήριξης» Φωτογραφικοί τρίποδες

20 2.3 Περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας Στην αρχή του πειράματος ο προς μέτρηση αγωγός καθαριζόταν επιφανειακά με οινόπνευμα πριν την τοποθέτησή του στο διάκενο. Έπειτα, στηριζόταν καταλλήλως με χρήση των τριπόδων, οι οποίοι επέτρεπαν την τοποθέτησή του με μεγάλη ακρίβεια στο μέσο του κυλίνδρου ή της πλάκας. Επιπλέον, ο αγωγός τεντωνόταν με τη χρήση σκοινιών, ώστε να ήταν ευθύγραμμος και να μη λύγιζε σε όλο το μήκος του διακένου. Στη συνέχεια, συνδεόταν αγώγιμα με την έξοδο της ανορθωτικής διάταξης. Πριν από κάθε μέτρηση, λαμβάνονταν οι ενδείξεις της πίεσης καθώς και της θερμοκρασίας ξηρού και υγρού θερμομέτρου, μέσω των οποίων υπολογιζόταν η απόλυτη υγρασία. Οι ίδιες ενδείξεις λαμβάνονταν και με την ολοκλήρωση της κάθε μέτρησης και καταγραφόταν η μέση τιμή τους από την οποία υπολογιζόταν η σχετική πυκνότητα του αέρα συναρτήσει της πίεσης P (mmhg) και της θερμοκρασίας (ξηρού θερμομέτρου) T ( o C) από τη σχέση [9]: δ = P T (2.1) Στο σύνολο των μετρήσεων οι μέγιστες και ελάχιστες τιμές των παραπάνω μεγεθών ήταν mmhg για την πίεση, 18-2 C για τη θερμοκρασία ξηρού θερμομέτρου και 1,58-15,58 g/m 3 για την απόλυτη υγρασία ενώ για τη σχετική πυκνότητα του αέρα, δ, ήταν,996-1,19. Η εφαρμοζόμενη στον εσωτερικό αγωγό συνεχής υψηλή τάση αυξανόταν με βήμα της τάξης του 1 kv 2 kv ξεκινώντας από μια τιμή αρκετά χαμηλότερη της αναμενόμενης τάσης έναυσης. Σε κάθε βήμα καταγραφόταν η τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης, η τιμή του ρεύματος που διέρρεε το διάκενο και αποθηκευόταν στιγμιότυπο της κυματομορφής του ρεύματος στον παλμογράφο. Από τα ζεύγη τάσης-ρεύματος προέκυψαν οι καμπύλες οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν στο κεφάλαιο 3 για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του

21 φαινομένου της εκκένωσης κορώνα. Αξίζει να σημειωθεί ότι η ένδειξη του βολτομέτρου δεν ήταν σταθερή. Για το λόγο αυτό, καταγραφόταν η μέγιστη και η ελάχιστη ένδειξη του βολτομέτρου και χρησιμοποιούνταν η μέση τιμή τους για τον υπολογισμό του ρεύματος. Με την αύξηση της εφαρμοζόμενης τάσης παρατηρούνταν σε κάποια τάση απότομη αύξηση της τάσης στο βολτόμετρο, ενώ ταυτόχρονα πύκνωση των παλμών στον παλμογράφο. Αυτό φαίνεται στις εικόνες 2.6 και 2.7 για θετική και αρνητική επιβαλλόμενη τάση αντίστοιχα για αγωγό ακτίνας.295 cm και σε ύψος 15 cm. Περαιτέρω αύξηση της τάσης οδηγούσε σε αύξηση της συχνότητας και του ύψους των παλμών. Η διαδικασία συνεχιζόταν και η τάση αυξάνονταν μέχρι που επερχόταν η ηλεκτρική διάσπαση του διακένου ή μέχρι το σημείο όπου η τάση στο δευτερεύον του Μ/Σ δοκιμής έφτανε τα 45 kv (rms), δηλαδή το 9% της μέγιστης τάσης εξόδου του Μ/Σ. Στο τέλος της μέτρησης, διακόπτονταν η τροφοδοσία και ελέγχονταν ξανά οι ατμοσφαιρικές συνθήκες. Πριν από την επαφή με τα εναλλάξιμα στοιχεία υψηλής τάσης, για την αλλαγή της πολικότητας της τάσης εξόδου, όλοι οι πυκνωτές γειώνονταν με την κινητή γείωση για την πλήρη εκφόρτισή τους. Το διάκενο καθαριζόταν από πιθανά φορτία με χρήση πεπιεσμένου αέρα

22 Εικόνα 2.6: Απεικόνιση ψηφιακού παλμογράφου για αγωγό υπό θετική εφαρμοζόμενη τάση ακτίνας.295 cm σε ύψος 15 cm πάνω από την πλάκα για 69.4 kv, 7 kv και 7.4 kv αντίστοιχα (τάση έναυσης U i = kv)

23 Εικόνα 2.7: Απεικόνιση ψηφιακού παλμογράφου για αγωγό υπό αρνητική εφαρμοζόμενη τάση ακτίνας.295 cm σε ύψος 15 cm πάνω από την πλάκα για 69.8 kv, 7 kv και 71 kv αντίστοιχα (τάση έναυσης U i = kv)

24 3. Πειραματικά Αποτελέσματα 3.1 Τάση και πεδίο έναυσης Μέθοδος προσδιορισμού της τάσης έναυσης Ως τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα ορίζεται η εφαρμοζόμενη τάση για την οποία παρατηρείται απότομη αύξηση του ρεύματος που διαρρέει το διάκενο. Για τον προσδιορισμό της θα μπορούσαν να εφαρμοστούν τρεις πιθανές μέθοδοι. Πρώτη μέθοδος είναι η χρήση των παλμών ρεύματος που εμφανίζονται στον παλμογράφο όπου κατά την έναυση φαίνεται να πυκνώνουν και να ανυψώνονται όπως περιγράφηκε στο 2 ο κεφάλαιο. Στο σημείο αυτό, κατά κανόνα ξεκινούσε να γίνεται αισθητή τόσο οπτικά όσο και ακουστικά η εκκένωση κορώνα γύρω από τον αγωγό. Δεύτερη μέθοδος προσδιορισμού της τάσης έναυσης, είναι μέσω της πειραματικής καμπύλης αγωγιμότητας Ι/U (ns) τάσης U (kv) με τον άξονα της αγωγιμότητας σε λογαριθμική κλίμακα (εικόνα 3.1). Από το διάγραμμα αυτό, γίνεται εύκολα αντιληπτή μια απότομη αύξηση της αγωγιμότητας που αντιστοιχεί στην έναυση του φαινομένου. Όμως, αυτή η μέθοδος, εξαιτίας της δυσκολίας να παρθούν πολύ μικρά βήματα στην αύξηση της τάσης κατά την πειραματική διαδικασία από την τράπεζα ελέγχου, οδήγησε στην εύρεση δύο πιθανών σημείων τάσης έναυσης, το τελευταίο σημείο πριν το «άλμα», Ui1, και το πρώτο μετά το «άλμα», Ui2, με τη διαφορά τους να είναι της τάξεως του 1.5 kv (εικόνα 3.1)

25 1 θετική κορώνα r o =.295 cm 1 I/U (ns) U i,1 =66.3 kv U i,2 =67.8 kv U (kv) Εικόνα 3.1: Μεταβολή της αγωγιμότητας της αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Ι/U (ns), με την εφαρμοζόμενη τάση, U (kv), για διάκενο αγωγού-πλάκας με αγωγό ακτίνας r o=.55 cm και σε ύψος h=1 cm πάνω από την πλάκα. Τρίτη μέθοδος προσδιορισμού της τάσης έναυσης είναι και πάλι μέσω της πειραματικής καμπύλης αγωγιμότητας Ι/U (ns) τάσης U (kv). Η καμπύλη αυτή παρουσιάζει ένα «γόνατο» που σηματοδοτεί την απότομη αύξηση της αγωγιμότητας σε αντιστοιχία με το «άλμα» που παρουσιάζει στην εικόνα 3.1. Από την καμπύλη αυτή, επιλέγονταν κάθε φορά περίπου δέκα σημεία αμέσως μετά το «γόνατο» στα οποία χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της γραμμικής προσέγγισης (linear fit) ώστε να προκύψει η εξίσωση της ευθείας. Στη συνέχεια, υπολογίζονταν το σημείο τομής της ευθείας αυτής με τον άξονα της τάσης, δηλαδή για I/U= ns, κι έτσι προσδιοριζόταν με ακρίβεια η τάση έναυσης, Ui. Η παραπάνω μέθοδος προσδιορισμού της τάσης έναυσης είναι αυτή που χρησιμοποιήθηκε, καθώς θεωρήθηκε η πιο αξιόπιστη και ακριβής. Ένα παράδειγμα εφαρμογής της απεικονίζεται στην εικόνα

26 2 1.6 θετική κορώνα γραμμική προσέγγιση r o =.295 cm I/U (ns) y =.1152x R² = U i =66.67 kv U (kv) Εικόνα 3.2: Μεταβολή της αγωγιμότητας της αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Ι/U (ns), με την εφαρμοζόμενη τάση, U (kv), για διάκενο αγωγού-πλάκας με αγωγό ακτίνας r o=.55 cm και σε ύψος h=1 cm πάνω από την πλάκα Υπολογισμός πεδίου έναυσης Ως πεδίο έναυσης της εκκένωσης κορώνα ορίζεται η τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του αγωγού που αντιστοιχεί στην τιμή της τάσης έναυσης. Σε ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου είναι γνωστή η ακτινική κατανομή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο διάκενο και δίνεται από τη σχέση :

27 U Ε g (r) = r ln ( R ) r o (3.1) όπου U η εφαρμοζόμενη τάση, r η απόσταση από το κέντρο του εσωτερικού αγωγού, ro η ακτίνα του εσωτερικού αγωγού και R η ακτίνα του εξωτερικού κυλίνδρου. Για την εύρεση του πεδίου έναυσης, Ei, εφαρμόζεται η σχέση (3.1) για την αντίστοιχη τάση έναυσης Ui : U i Ε i = r o ln ( R ) r o (3.2) Από τη βιβλιογραφία είναι γνωστό ότι σε ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου υπό συνεχείς ή βραδέως μεταβαλλόμενες τάσεις το πεδίο έναυσης της εκκένωσης κορώνα εξαρτάται από την ακτίνα του εσωτερικού αγωγού αλλά και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για την εκτίμηση της τιμής του πεδίου έναυσης λείων αγωγών συχνά χρησιμοποιείται η εμπειρική σχέση που έχει προταθεί από τον Peek [9] : Ε i = δ ( δ r o ) (3.3) όπου ro η ακτίνα του εσωτερικού αγωγού και δ η σχετική πυκνότητα του αέρα, η οποία δίνεται συναρτήσει της πίεσης P (mmhg) και της θερμοκρασίας T ( o C), από τη σχέση (2.1). Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η σχέση του Peek αγνοεί την επίδραση της υγρασίας και της πολικότητας της επιβαλλόμενης τάσης και δίνει ικανοποιητικά αποτελέσματα του πεδίου έναυσης μόνο σε περιορισμένα διαστήματα ακτίνας αγωγού και σχετικής πυκνότητας αέρα

28 Για διάκενα αγωγού-πλάκας, η σχέση (3.1) τροποποιείται με την αντικατάσταση της ακτίνας R του εξωτερικού κυλίνδρου από το μέγεθος 2 h, όπου h το ύψος πάνω από το οποίο βρίσκεται το κέντρο του αγωγού σε σχέση με το επίπεδο της πλάκας : Ε g (r) = U r ln ( 2 h r o ) (3.4) Για την εύρεση του πεδίου έναυσης, Ei, εφαρμόζεται η σχέση (3.4) για την αντίστοιχη τάση έναυσης Ui : Ε i = U i r o ln ( 2 h r o ) (3.5) Για έναν πιο ακριβή υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου στο διάκενο αγωγού-πλάκας χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πακέτο COMSOL Multiphysics 4.3.a, τα αποτελέσματα του οποίου σχολιάζονται σε επόμενη ενότητα Ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου Οι τάσεις έναυσης που προέκυψαν με βάση τη διαδικασία που αναλύθηκε στην ενότητα για το ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου, τόσο υπό θετική όσο και υπό αρνητική πολικότητα της τάσης για τις διάφορες ακτίνες αγωγών, παρουσιάζονται στην εικόνα

29 14 12 θετική κορώνα αρνητική κορώνα 1 U i (kv) r o (cm) Εικόνα 3.3: Μεταβολή της τάσης έναυσης θετικής (μαύρα σημεία) και αρνητικής (κόκκινα σημεία) εκκένωσης κορώνα, U i (kv), με την ακτίνα του αγωγού, r o (cm) ομοαξονικό διάκενο. Οι τιμές του πεδίου έναυσης που προέκυψαν από τη σχέση (3.2) που παρουσιάστηκε στην ενότητα για τον υπολογισμό της τιμής της έντασης του πεδίου έναυσης, για το ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου τόσο υπό θετική όσο και υπό αρνητική πολικότητα της τάσης για τις διάφορες ακτίνες αγωγών, παρουσιάζονται στην εικόνα 3.4. Από τα διαγράμματα των εικόνων 3.3 και 3.4 παρατηρείται ότι όσο μεγαλώνει η ακτίνα του αγωγού αυξάνεται η τάση έναυσης, ενώ το πεδίο έναυσης μειώνεται. Επίσης, υπό αρνητική πολικότητα οι τιμές της τάσης και του πεδίου έναυσης της εκκένωσης κορώνα είναι γενικά μικρότερες σε σχέση με τις αντίστοιχες τιμές υπό θετική πολικότητα τάσης. Τέλος, σημειώνεται ότι η σχέση του Peek πλησιάζει πολύ τις πειραματικές τιμές, ιδιαίτερα για τους μικρότερους σε ακτίνα αγωγούς, με την μέγιστη απόκλιση να εμφανίζεται και για τις δύο πολικότητες της τάσης στον μεγαλύτερο αγωγό (ακτίνα.85 cm) με τιμές 2.3% και 5.4% για θετική και αρνητική πολικότητα αντίστοιχα

30 1 9 8 θετική κορώνα αρνητική κορώνα σχέση του Peek E i (kv/cm) r o (cm) Εικόνα 3.4 : Μεταβολή του πεδίου έναυσης θετικής (μαύρα σημεία) και αρνητικής (κόκκινα σημεία) εκκένωσης κορώνα, Ε i (kv), με την ακτίνα του αγωγού, r o (cm) ομοαξονικό διάκενο. Με διακεκομμένη μαύρη γραμμή παρουσιάζονται οι τιμές που προκύπτουν από τη σχέση (3.3) του Peek Διάκενο αγωγού-πλάκας Οι τάσεις έναυσης που προέκυψαν με βάση τη διαδικασία που αναλύθηκε στην ενότητα για το διάκενο αγωγού-πλάκας παρουσιάζονται στην εικόνα 3.5 για κάθε αγωγό και συγκεντρωτικά στην εικόνα

31 U i (kv) U i (kv) θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.28 cm 35 θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.55 cm 3 2 U i (kv) 18 U i (kv) h (cm) h (cm) 55 θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.12 cm 15 1 θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.295 cm U i (kv) 4 U i (kv) h (cm) h (cm) θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.5 cm θετική κορώνα αρνητική κορώνα r o =.85 cm h (cm) h (cm) Εικόνα 3.5: Μεταβολή της τάσης έναυσης θετικής (μαύρα σημεία) και αρνητικής (κόκκινα σημεία) εκκένωσης κορώνα, U i (kv), με το ύψος h (cm) για κάθε ακτίνα αγωγού διάκενο αγωγού-πλάκας

32 ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm U i (kv) h (cm) Εικόνα 3.6: Μεταβολή της τάσης έναυσης θετικής (μαύρο χρώμα) και αρνητικής (κόκκινο χρώμα) εκκένωσης κορώνα, U i (kv), με το ύψος h (cm) συγκεντρωτικά για όλους τους αγωγούς διάκενο αγωγού-πλάκας. Οι ευθείες προέκυψαν με γραμμική προσέγγιση. Από τις εικόνες 3.5 και 3.6 συμπεραίνεται ότι με την αύξηση της ακτίνας του αγωγού αυξάνεται η τάση έναυσης, όπως παρατηρήθηκε και στην εικόνα 3.3 για το ομοαξονικό διάκενο. Η τάση έναυσης αυξάνεται επίσης και με την αύξηση του μήκους του διακένου, ιδιαίτερα στους αγωγούς μεγαλύτερης ακτίνας. Ακόμη, όπως και στην εικόνα 3.3, φαίνεται και εδώ η αρνητική εκκένωση κορώνα να έχει γενικά μικρότερη τάση έναυσης από τη θετική. Οι τιμές του πεδίου έναυσης που προέκυψαν από τη σχέση (3.4) για το διάκενο αγωγούπλάκας παρουσιάζονται για κάθε αγωγό στην εικόνα 3.7 και συγκεντρωτικά στην εικόνα 3.8. Στα διαγράμματα της εικόνας 3.7 δίνονται επίσης και οι αντίστοιχες τιμές έναυσης του ομοαξονικού διακένου αγωγού-κυλίνδρου για την ίδια ακτίνα αγωγού για θετική και αρνητική πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης με μαύρο και κόκκινο χρώμα αντίστοιχα

33 E i (kv/cm) E i (kv/cm) θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.28 cm 9 85 θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.55 cm 1 8 E i (kv/cm) 95 E i (kv/cm) h (cm) h (cm) 7 65 θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.12 cm 6 57 θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.295 cm 6 E i (kv/cm) h (cm) h (cm) θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.5 cm 5 48 θετική κορώνα αρνητική κορώνα Ομοαξονικό θετική Ομοαξονικό αρνητική r o =.85 cm E i (kv/cm) h (cm) h (cm) Εικόνα 3.7: Μεταβολή του πεδίου έναυσης θετικής (μαύρα σημεία) και αρνητικής (κόκκινα σημεία) εκκένωσης κορώνα, Ε i (kv), με το ύψος h (cm) διάκενο αγωγού-πλάκας

34 E i (kv/cm) ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h (cm) Εικόνα 3.8: Συγκεντρωτικό διάγραμμα πεδίου έναυσης Ε i (kv) ύψους h (cm) για όλους τους αγωγούς διάκενο αγωγού-πλάκας. Τα μαύρα σημεία αντιστοιχούν σε θετική πολικότητα της τάσης ενώ τα κόκκινα σε αρνητική. Οι ευθείες προέκυψαν με γραμμική προσέγγιση. Στις εικόνες 3.7 και 3.8 παρατηρείται μείωση του πεδίου έναυσης με την αύξηση της ακτίνας του αγωγού, όπως ήταν αναμενόμενο. Φαίνεται επίσης πως η αρνητική εκκένωση κορώνα έχει γενικά χαμηλότερο πεδίο έναυσης από τη θετική. Τέλος, το πεδίο έναυσης γενικά αυξάνεται με την αύξηση του ύψους, με την αύξηση αυτή να είναι ελαφρώς εντονότερη στους αγωγούς μεγαλύτερης ακτίνας (εικόνα 3.8). Στην εικόνα 3.9 παρουσιάζονται συγκεντρωτικά οι τιμές του πεδίου έναυσης κανονικοποιημένου ως προς το πεδίο έναυσης που αντιστοιχεί στο μέγιστο ύψος (h=5 cm) για όλους τους αγωγούς. Παρατηρείται ότι για δεκαπλασιασμό του ύψους η αύξηση του πεδίου έναυσης δεν υπερβαίνει το 1%

35 E i / E i(h=5 cm) (p.u.).95 ro=.28 cm ro=.55 cm.9 ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h (cm) E i / E i(h=5 cm) (p.u.).95 ro=.28 cm.9 ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h (cm) (α) (β) Εικόνα 3.9: Συγκεντρωτικό διάγραμμα πεδίου έναυσης κανονικοποιημένου ως προς το πεδίο στο μέγιστο ύψος (h=5 cm), Ε i / E i (h=5 cm) (p.u.) ύψους h (cm) για κάθε ακτίνα αγωγού, (α) για θετική πολικότητα της τάσης και (β) για αρνητική διάκενο αγωγού-πλάκας. Ένας λόγος της αύξησης του πεδίου έναυσης με την μείωση της ακτίνας του αγωγού αλλά και την αύξηση του ύψους του από τη γειωμένη πλάκα, είναι η ανομοιογένεια που παρουσιάζει η κατανομή του γεωμετρικού πεδίου όσο απομακρυνόμαστε από την επιφάνεια του αγωγού. Όπως φαίνεται και από τη σχέση του Peek (3.3), σε αγωγούς με μικρότερη ακτίνα, δηλαδή, για μεγαλύτερη ανομοιογένεια του γεωμετρικού πεδίου γύρω από τον αγωγό, το πεδίο έναυσης της εκκένωσης κορώνα λαμβάνει μεγαλύτερες τιμές. Το συμπέρασμα αυτό φαίνεται και στην εικόνα 3.4 για το ομοαξονικό διάκενο. Στο διάκενο αγωγού-πλάκας, για τη μελέτη της επίδρασης του ύψους h στην ανομοιογένεια του πεδίου, βρέθηκε με προσομοίωση του διακένου στο λογισμικό πακέτο COMSOL Multiphysics 4.3.a, η κατανομή του μοναδιαίου (p.u.) γεωμετρικού πεδίου κοντά στην επιφάνεια του αγωγού για όλα τα ύψη και τις ακτίνες των αγωγών. Ένα από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης αυτής, για ύψη h=5 cm και h=5 cm και για αγωγό ακτίνας ro=.55 cm, παρουσιάζεται στην εικόνα 3.1. Από την εικόνα αυτή εύκολα προκύπτει πως με την αύξηση του ύψους h αυξάνει και η ανομοιογένεια του πεδίου

36 1 r o =.55 cm h=5 cm h=5 cm E / E max (p.u.) r (m) Εικόνα 3.1: Κατανομή του γεωμετρικού πεδίου γύρω από τον αγωγό ακτίνας r o=.55 cm με παράμετρο την απόστασή του από την πλάκα, h. Με r συμβολίζεται η ακτινική απόσταση από την επιφάνεια του αγωγού. Στον πίνακα 3.1 που ακολουθεί παρουσιάζονται οι τιμές του μοναδιαίου γεωμετρικού πεδίου στην επιφάνεια του αγωγού, Emax, για το διάκενο αγωγού-πλάκας όπως αυτές προέκυψαν από την επεξεργασία με το λογισμικό πακέτο αλλά και οι αντίστοιχες τιμές που προέκυψαν από την αναλυτική σχέση (3.4)

37 r o(cm) h (cm) Emax (V / m V) COMSOL Αναλυτική σχέση Πίνακας

38 απόκλιση (%) Η σύγκριση των τιμών του πίνακα 3.1 παρουσιάζεται στην εικόνα Η μέγιστη απόκλιση που παρατηρείται στις τιμές του μοναδιαίου γεωμετρικού πεδίου στην επιφάνεια του αγωγού ανάμεσα στα αποτελέσματα της προσομοίωσης και της αναλυτικής σχέσης (3.4) δεν υπερβαίνει το 2 %. Επομένως, η σχέση (3.5) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του πεδίου έναυσης της εκκένωσης κορώνα ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h (cm) Εικόνα 3.11: Απόκλιση τιμών του μοναδιαίου γεωμετρικού πεδίου στην επιφάνεια του αγωγού μεταξύ προσομοίωσης και αναλυτικής σχέσης (3.4) σε σχέση με το ύψος h (cm) για όλους τους αγωγούς διάκενο αγωγού-πλάκας

39 3.2 Ρεύμα εκκένωσης κορώνα Ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου Στις εικόνες 3.12 και 3.13 παρουσιάζονται τα διαγράμματα τάσης ρεύματος και αγωγιμότητας ρεύματος όπως προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία για ομοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm U (kv) Εικόνα 3.12: Πειραματικές καμπύλες τάσης U (kv) ρεύματος I (μa) για κάθε ακτίνα αγωγού ομοαξονικό διάκενο. Τα μαύρα σημεία αντιστοιχούν σε θετική πολικότητα τάσης ενώ τα κόκκινα σε αρνητική

40 ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm 5 ro=.5 cm ro=.85 cm U/U i (p.u.) Εικόνα 3.13: Πειραματικές καμπύλες υπέρτασης U/U i (p.u.) ρεύματος I (μa) για κάθε ακτίνα αγωγού ομοαξονικό διάκενο. Τα μαύρα σημεία αντιστοιχούν σε θετική πολικότητα τάσης ενώ τα κόκκινα σε αρνητική. Παρατηρείται από την εικόνα 3.12 ότι για δεδομένη εφαρμοζόμενη τάση όσο μεγαλώνει η ακτίνα του αγωγού το ρεύμα διακένου μειώνεται. Αυτό οφείλεται σε κάποιο βαθμό στην τάση έναυσης που αυξάνει με την αύξηση της ακτίνας του αγωγού (εικόνα 3.6). Ακόμη, φαίνεται πως εν γένει για δεδομένη ακτίνα αγωγού το ρεύμα του διακένου είναι μεγαλύτερο για αρνητική πολικότητα τάσης απ ότι για θετική. Από την εικόνα 3.13 φαίνεται ότι για δεδομένη τιμή υπέρτασης U/Ui το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα είναι μεγαλύτερο για αγωγούς μεγαλύτερης ακτίνας. Όπως φαίνεται στην εικόνα 3.14, η επίδραση της ακτίνας του αγωγού, της πολικότητας της εφαρμοζόμενης τάσης και των ατμοσφαιρικών συνθηκών στο ρεύμα της εκκένωσης κορώνα μπορούν να εκτιμηθούν ικανοποιητικά, ακόμη και για σχετικά υψηλές τιμές της υπέρτασης, μέσω της εξής εμπειρικής σχέσης [5] :

41 I R 2 ln ( R r ) 2 π ε μ i U i 2 = 8.8 (U U i 1) ( U U i.5) (3.6) όπου R η ακτίνα του εξωτερικού κυλίνδρου στην περίπτωση του ομοαξονικού διακένου, ro η ακτίνα του αγωγού και μi η κινητικότητα των ιόντων, που δίνεται, ανάλογα με την πολικότητά τους, από τις σχέσεις : μ + i = δ.84 { μ i = δ 1.25, δ 1} (3.7) μ i = δ 1, δ > 1 Στις εκτιμήσεις του ρεύματος που προέκυψαν από τις εμπειρικές σχέσεις (3.6) και (3.7) (εικόνα 3.14) παρατηρήθηκαν αποκλίσεις των αρνητικών σημείων από τα αντίστοιχα θετικά. Επειδή με την αύξηση της υγρασίας η μείωση της κινητικότητας των αρνητικών ιόντων είναι μεγαλύτερη από των θετικών, η απόκλιση αυτή πιθανόν να οφείλεται στο γεγονός ότι οι σχέσεις (3.7) εξήχθησαν για απόλυτη υγρασία H=11 g/m 3 ενώ ο μέσος όρος της απόλυτης υγρασίας στα πειράματα ήταν τόσο για αρνητική πολικότητα της επιβαλλόμενης τάσης όσο και για θετική, H=13 g/m 3. Η διαφορά αυτή όμως στην τιμή της απόλυτης υγρασίας αν και δεν είναι μεγάλη φαίνεται να επηρεάζει τα πειραματικά αποτελέσματα. Για τη νέα τιμή της απόλυτης υγρασίας βρέθηκε η τιμή της κινητικότητας των αρνητικών ιόντων για την οποία εφαρμόζοντας την πειραματική σχέση (3.6) δεν υπήρχαν σημαντικές αποκλίσεις μεταξύ των θετικών και αρνητικών σημείων (εικόνα 3.15). Οι νέες σχέσεις παρουσιάζονται παρακάτω. μ + i = δ.84 { μ i = δ 1.25, δ 1} (3.8) μ i = δ 1, δ > 1-4 -

42 Τυχόν περεταίρω αποκλίσεις της προσέγγισης, όπως φαίνεται στην εικόνα 3.14, είναι πιθανό να οφείλονται πρωτίστως στη δυσκολία ακριβούς μέτρησης της ακτίνας R του κυλίνδρου και δευτερευόντως στο γεγονός ότι η σχέση δεν λαμβάνει υπόψη την επίδραση της υγρασίας στην κινητικότητα των ιόντων. I R 2 ln(r/r o ) / (2 π ε ο μ i U i 2 ) ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm σχέση (3.6) U/U i (p.u.) Εικόνα 3.14: Κανονικοποιημένο ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της υπέρτασης U/U i (p.u.) ομοαξονικό διάκενο. Τα μαύρα σημεία αντιστοιχούν σε θετική πολικότητα τάσης ενώ τα κόκκινα σε αρνητική

43 I R 2 ln(r/r o ) / (2 π ε ο μ i U i 2 ) ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm σχέση (3.6) U/U i (p.u.) Εικόνα 3.15: Κανονικοποιημένο ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της υπέρτασης U/U i (p.u.) ομοαξονικό διάκενο. Τα μαύρα σημεία αντιστοιχούν σε θετική πολικότητα τάσης ενώ τα κόκκινα σε αρνητική Διάκενο αγωγού-πλάκας Στις εικόνες 3.16 έως και 3.19 παρουσιάζονται τα διαγράμματα τάσης ρεύματος και υπέρτασης ρεύματος όπως προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία για διάκενο αγωγούπλάκας

44 h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U (kv) U (kv) (α) (β) h=5cm h=1cm h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm h=5cm h=1cm h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm U (kv) U (kv) (γ) (δ) h=1cm h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm h=1cm h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm U (kv) U (kv) (ε) (στ) Εικόνα 3.16: Ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της εφαρμοζόμενης τάσης για κάθε ύψος για αγωγούς ακτίνας (α),(β).28 cm, (γ),(δ).55 cm και (ε),(στ).12 cm για θετική (μαύρα σημεία) και αρνητική (κόκκινα σημεία) τάση διάκενο αγωγού-πλάκας

45 h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm h=15cm h=2cm h=25cm h=3cm h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm U (kv) U (kv) (α) (β) 9 8 h=25cm h=3cm 9 8 h=25cm h=3cm 7 h=35cm 7 h=35cm h=4cm h=45cm h=5cm h=4cm h=45cm h=5cm U (kv) U (kv) (γ) (δ) 7 h=35cm 7 h=35cm 6 h=4cm 6 h=4cm 5 h=45cm h=5cm 5 h=45cm h=5cm U (kv) U (kv) (ε) (στ) Εικόνα 3.17: Ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της εφαρμοζόμενης τάσης για κάθε ύψος για αγωγούς ακτίνας (α),(β).295 cm, (γ),(δ).5 cm και (ε),(στ).85 cm για θετική (μαύρα σημεία) και αρνητική (κόκκινα σημεία) τάση διάκενο αγωγού-πλάκας

46 h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (α) (β) h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (γ) (δ) h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=1 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (ε) (στ) Εικόνα 3.18: Ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της εφαρμοζόμενης υπέρτασης για κάθε ύψος για αγωγούς ακτίνας (α),(β).28 cm, (γ),(δ).55 cm και (ε),(στ).12 cm για θετική (μαύρα σημεία) και αρνητική (κόκκινα σημεία) τάση διάκενο αγωγού-πλάκας

47 h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=15 cm h=2 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (α) (β) h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=25 cm h=3 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (γ) (δ) h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm h=35 cm h=4 cm h=45 cm h=5 cm U/U i (p.u.) U/U i (p.u.) (ε) (στ) Εικόνα 3.19 : Ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της εφαρμοζόμενης υπέρτασης για κάθε ύψος για αγωγούς ακτίνας (α),(β).295 cm, (γ),(δ).5 cm και (ε),(στ).85 cm για θετική (μαύρα σημεία) και αρνητική (κόκκινα σημεία) τάση διάκενο αγωγού-πλάκας

48 Από τα παραπάνω διαγράμματα των εικόνων γίνεται φανερό πως, για δεδομένη τιμή τάσης, U, ή και υπέρτασης, U/Ui, με την αύξηση του ύψους από την πλάκα το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα μειώνεται. Όπως και στο ομοαξονικό διάκενο, από τα διαγράμματα τάσης-ρεύματος, παρατηρείται ότι για δεδομένη τάση U και συγκεκριμένο ύψος h το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα μειώνεται με την αύξηση της ακτίνας του αγωγού και ότι για αρνητική πολικότητα τάσης το ρεύμα είναι εν γένει μεγαλύτερο απ ότι για θετική. Ακόμη, για δεδομένη τιμή υπέρτασης, U/Ui, το ρεύμα της εκκένωσης κορώνα είναι μεγαλύτερο για αγωγούς μεγαλύτερης ακτίνας. Αυτά μπορούν να παρατηρηθούν και στα παρακάτω διαγράμματα τάσης-ρεύματος και υπέρτασης-ρεύματος για δεδομένο ύψος, h (εικόνα 3.2) ro=.28 cm ro=.55 ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h=5 cm ro=.28 cm ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm h=5 cm U (kv) (α) U (kv) (β) 7 h=5 cm 7 h=5 cm ro=.28 cm 2 ro=.55 ro=.12 cm 1 ro=.295 cm ro=.5 cm ro=.85 cm U/U i (p.u.) (γ) 4 3 ro=.28 cm 2 ro=.55 cm ro=.12 cm ro=.295 cm 1 ro=.5 cm ro=.85 cm U/U i (p.u.) (δ) Εικόνα 3.2: Ρεύμα εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της εφαρμοζόμενης τάσης (α),(β) και συναρτήσει της υπέρτασης (γ),(δ), για όλους τους αγωγούς για θετική (μαύρα σημεία) και αρνητική (κόκκινα σημεία) τάση διάκενο αγωγού-πλάκας