ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗΣ ΚΑΙ ΥΛΙΚΩΝ RTV SIR ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ KAI ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΔΙΑΡΡΟΗΣ

Transcript

1 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΠΟΡΣΕΛΑΝΗΣ ΚΑΙ ΥΛΙΚΩΝ RTV SIR ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ KAI ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΔΙΑΡΡΟΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ του ΚΥΡΙΑΚΟΥ Γ. ΣΙΔΕΡΑΚΗ Διπλωματούχου Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ 186 ΔΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2006

2

3 Στην Ελευθερία μου που μπορεί και με «παλεύει» ακόμη Στους γονείς μου Γιώργο και Χρυσούλα και στον αδελφό μου Μανόλη

4 Πρόλογος Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Πανεπιστημίου Πατρών καθώς και σε χώρους του Τομέα Δικτύων Μεταφοράς Κρήτης Ρόδου, υπό την επίβλεψη του Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Δημοσθένη Αγορή. Οφείλω να ευχαριστήσω θερμά όλους όσους συνέβαλλαν στην πραγματοποίηση και ολοκλήρωση της διατριβής αυτής. Πιο συγκεκριμένα, τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Δημοσθένη Αγορή, για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε, καθώς και την ανελλιπή καθοδήγηση και υποστήριξη καθ όλη την διάρκεια εκπόνησης της διατριβής, τον Καθηγητή κ. Τσανάκα Δημήτριο, για τις εύστοχες παρατηρήσεις και συμβουλές του καθώς και την Λέκτορα κ. Πυργιώτη Ελευθερία για την υποστήριξη και τις συμβουλές της. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τα υπόλοιπα μέλη της επταμελούς επιτροπής, τους Καθηγητές κ. Σπύρου, κ. Σταθόπουλο, κ. Δανίκα και κ. Μικρόπουλο για τις εύστοχες παρατηρήσεις και προτάσεις τους. Επίσης οφείλω να ευχαριστήσω το προσωπικό του Τομέα Δικτύων Μεταφοράς Κρήτης Ρόδου για την πραγματικά πρωτόγνωρη ανταπόκριση και υποστήριξη την οποία πλούσια μου προσέφεραν, καθώς και τον τότε Προϊστάμενο του Τομέα κ. Ι. Στεφανάκη για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την υποστήριξη που μου προσέφερε. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθηγητή κ. S. Gubanski, για τις πολύ καλές προτάσεις και συμβουλές του, καθώς και την δυνατότητα που μου έδωσε, να βρεθώ και να εργαστώ στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Chalmers University of Technology στην Σουηδία. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου, Γιώργο και Χρυσούλα, τον αδελφό μου Μανόλη και την γυναίκα μου Ελευθερία για την υποστήριξη και συμπαράσταση που μου προσέφεραν όλα αυτά τα χρόνια. Κυριάκος Γ. Σιδεράκης Δεκέμβριος 2006

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά Περιεχόμενα της διατριβής... 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΤΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ 2.1 Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων Επιπτώσεις του φαινομένου Μέθοδοι αντιμετώπισης Το πρόβλημα της ρύπανσης στην Ελλάδα Μονωτήρες από σύνθετα πολυμερή υλικά Η περίπτωση των υποσταθμών Επικαλύψεις από RTV SIR...22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΙΚΑΛΥΨΕΙΣ ΑΠΟ RTV SIR ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ 3.1 Εισαγωγή Σύνθεση επικαλύψεων από RTV SIR Το βασικό πολυμερές Διαδικασία σύνθεσης του υλικού Βελτιωτικές προσμίξεις Η ιδιότητα της υδροφοβίας στο silicone rubber Υδροφοβία στο Silicone Rubber Απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας Μηχανισμοί ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας Μέθοδοι παρακολούθησης της συμπεριφοράς μονωτήρων Υ.Τ...69 i

6 3.5 Μέτρηση του ρεύματος διαρροής...73 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 4.1 Εισαγωγή Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής Σύστημα μέτρησης Πεδίο μετρήσεων Μετρήσεις σε μονωτήρες πορσελάνης Συσχέτιση των μετρήσεων σε μονωτήρες πορσελάνης με τα καταγεγραμμένα σφάλματα στο σύστημα Κρήτης Μετρήσεις σε μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR Καταγραφή των μετεωρολογικών συνθηκών Συσχέτιση της συμπεριφοράς των μονωτήρων με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες Η επίδραση των βροχοπτώσεων Ο μηχανισμός της συμπύκνωσης Η περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης 400kV Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση του δρόσου Υγροσκοπική συμπεριφορά των επιφανειακών ρύπων Συνολική αξιολόγηση της συμπεριφοράς των μονωτήρων στο περιβάλλον της Κρήτης.159 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ 5.1 Εισαγωγή Μέθοδοι αξιολόγησης των κυματομορφών Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση ii

7 υδρόφοβων υλικών Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR Αξιολόγηση των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση του RTV SIR..209 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΥΛΙΚΩΝ RTV SIR ΣΕ ΘΑΛΑΜΟ ΥΔΑΤΟΝΕΦΩΣΗΣ ΑΛΑΤΟΣ 6.1 Εισαγωγή Εργαστηριακή διερεύνηση της ευσταθείας της υδροφοβίας των υλικών RTV SIR Δοκιμές επιτανχυνόμενης γήρανσης Επιλογή και προετοιμασία των δοκιμίων Ο θάλαμος υδατονέφωσης άλατος Καταγραφή του ρεύματος διαρροής Μέτρηση της επιφανειακής υδροφοβίας Συμπεριφορά των επικαλύψεων RTV SIR σε εργαστηριακές συνθήκες Καταγραφή της επιφανειακής δραστηριότητας Μεταβολή της επιφανειακής υδροφοβίας Μεταβολές στην επιφάνεια των υλικών Αξιολόγηση της συμπεριφοράς των επικαλύψεων RTV SIR Επίδραση των εκκενώσεων corona Επίδραση εκκενώσεων ξηρών ζωνών Η σημασία της θερμικής συμπεριφοράς των επικαλύψεων Σύγκριση της συμπεριφοράς των επικαλύψεων με ΑΤΗ Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 7.1 Συμπεράσματα iii

8 7.2Προτάσεις για το μέλλον ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 8.1 Βιβλιογραφία ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΥΜΒΟΛΩΝ ΑΚΡΩΝΥΜΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α Εγκατάσταση συσκευών μέτρησης του ρεύματος διαρροής στους υποσταθμούς Ηράκλειο ΙΙ και Λινοπεραμάτων iv

9 I. Εισαγωγή Κεφάλαιο 1. Εισαγωγή 1.1 Γενικά Το φαινόμενο της ρύπανσης των μονωτήρων, αποτελεί ίσως την σημαντικότερη επίδραση του περιβάλλοντος, στην λειτουργία υπαίθριων εγκαταστάσεων Υψηλής Τάσης. Ως πρόβλημα καταγράφηκε ήδη από τα πρώτα βήματα ανάπτυξης τέτοιων συστημάτων και έκτοτε αποτελεί μια από τις συνήθεις αιτίες σφαλμάτων, σε Συστήματα Μεταφοράς και Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας, ανά τον κόσμο. Όπως είναι φυσικό, η προσπάθεια αντιμετώπισης του φαινομένου, έχει απασχολήσει πλήθος μηχανικών και ερευνητών, στο πλαίσιο αρχικά της κατανόησης του τρόπου ανάπτυξης και εξέλιξης του και στην συνέχεια θέσπισης μεθόδων προστασίας των συγκεκριμένων συστημάτων, από την δράση αυτού. Υπάρχει πλήθος προτεινόμενων μεθόδων, μεταξύ των οποίων φαίνεται να ξεχωρίζει η χρήση συνθετικών πολυμερών υλικών για την κατασκευή του κελύφους (housing) των μονωτήρων, αντί των παραδοσιακά χρησιμοποιούμενων κεραμικών. Βασικό πλεονέκτημα στην περίπτωση αυτή, είναι η υδρόφοβη συμπεριφορά της επιφάνειας, η οποία δεν επιτρέπει την ύγρανση αυτής και ως εκ τούτου την εξέλιξη του φαινομένου. Όμως, η συμπεριφορά αυτή είναι αποτέλεσμα μιας ασθενούς εσωτερικής δομής, και ως εκ τούτου, η σχετικά περιορισμένη διάρκεια ζωής των υλικών αυτών, η οποία βάσει της διεθνούς βιβλιογραφίας, κυμαίνεται από 3 ως 20 χρόνια, αποτελεί το σημαντικότερο μειονέκτημα. Το ακριβές διάστημα λειτουργίας εξαρτάται από πλήθος παραμέτρων, όπως η σύνθεση των υλικών, η σχεδίαση των μονωτήρων, καθώς και η ένταση, η διάρκεια και η αλληλουχία διαφόρων περιβαλλοντικών δράσεων, όπως η UV ακτινοβολία, η βροχόπτωση, ο άνεμος κτλ. Στο πλαίσιο αυτό, η δραστηριότητα των περισσότερων ερευνητών του χώρου, έχει προσανατολιστεί προς την συγκέντρωση της απαιτούμενης πληροφορίας, βάσει της οποίας θα είναι δυνατή η πρόβλεψη της διάρκειας ζωής των υλικών. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης της συμπεριφοράς υλικών RTV SIR (Room Temperature Vulcanized Silicone Rubber), τα οποία χρησιμοποιούνται με την μορφή επικαλύψεων μονωτήρων, 1

10 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων στον Ελληνικό χώρο και ιδιαίτερα στο περιβάλλον της Κρήτης. Τα υλικά τοποθετήθηκαν σε μονωτήρες πορσελάνης 150kV, υποσταθμών του Συστήματος Μεταφοράς Κρήτης και για την παρακολούθηση της συμπεριφοράς τους χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλες διατάξεις μέτρησης του ρεύματος διαρροής. Οι μετρήσεις έλαβαν χώρα σε δύο υποσταθμούς, στον Υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, με ημερομηνία έναρξης μετρήσεων τον Απρίλιο του 2000 και στον Υποσταθμό 150kV του Α.Η.Σ. Λινοπεραμάτων, με αντίστοιχα ημερομηνία έναρξης των μετρήσεων τον Νοέμβριο του Η πληροφορία η οποία συγκεντρώθηκε έδωσε την δυνατότητα συγκριτικής αξιολόγησης της συμπεριφοράς των μονωτήρων με επικάλυψη, σε σχέση με τους αντίστοιχους μονωτήρες πορσελάνης χωρίς επικάλυψη. Προέκυψε ότι για το διάστημα παρακολούθησης, τα υλικά RTV SIR επέδειξαν σαφώς ανώτερη συμπεριφορά από αυτήν των μονωτήρων χωρίς επικάλυψη, ιδιαίτερα στο διάστημα έντονης δραστηριότητας, το οποίο στην περίπτωση της Κρήτης, ξεκινά τον Αύγουστο και διαρκεί μέχρι και τον Οκτώβριο. Στο διάστημα αυτό η πιθανότητα υπερπήδησης ενός μονωτήρα πορσελάνης, λόγω ρύπανσης, είναι ιδιαίτερα αυξημένη. Αντίθετα, στην περίπτωση που τοποθετηθούν επικαλύψεις, επιτυγχάνεται σε σημαντικό βαθμό η καταστολή της επιφανειακής δραστηριότητας, παρά το γεγονός ότι οι μονωτήρες με επικάλυψη, από την στιγμή τοποθέτησης, δεν πλύθηκαν ξανά. Παράλληλα, το ενδιαφέρον για την περίπτωση των επικαλύψεων μετακινείται στην χειμερινή περίοδο, όπου σε αντίθεση με το καλοκαίρι, καταγράφηκε δραστηριότητα σε επίπεδο συγκρίσιμο με αυτό της πορσελάνης. Η συμπεριφορά αυτή αναδεικνύει την επίδραση των περιβαλλοντικών παραμέτρων. Η διερεύνηση αυτών, έδειξε ότι η καταγραφή δραστηριότητας στις επικαλύψεις, σχετίζεται με την ταυτόχρονη παρουσία ασθενούς βροχόπτωσης, η οποία διαταράσσει την κατάσταση της επιφάνειας μεταβάλλοντας την συμπεριφορά της σε υδρόφιλη. Κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει την περίοδο του καλοκαιριού, αφού τότε η ύγρανση της επιφάνειας λαμβάνει χώρα μέσω της υγροσκοπικής συμπεριφοράς των ρύπων και του μηχανισμού της συμπύκνωσης. Η ποσότητα του νερού η οποία εναποτίθεται στην περίπτωση αυτή είναι περιορισμένη και ως εκ τούτου μη ικανή να μεταβάλει 2

11 I. Εισαγωγή την επιφανειακή συμπεριφορά. Πάντως, το ενδεχόμενο παροδικής απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας, είναι αναμενόμενο σε συνθήκες πραγματικής λειτουργίας. Στην περίπτωση αυτή, όπως προέκυψε από την διερεύνηση των κυματομορφών του ρεύματος, αναπτύσσονται φαινόμενα αντίστοιχα αυτών σε μονωτήρες χωρίς επικάλυψη, ήτοι διασπάσεις ξηρών ζωνών. Παράλληλα βέβαια καταγράφηκε και η παρουσία διασπάσεων, οι οποίες σχετίζονται περισσότερο με την παρουσία σταγόνων νερού, σε τμήματα της επιφάνειας όπου δεν έχει απολεσθεί η υδρόφοβη συμπεριφορά. Παρά ταύτα, η συνολική συμπεριφορά των επικαλύψεων στο περιβάλλον της Κρήτης, για το διάστημα παρακολούθησης, είναι σαφώς ανώτερη από αυτή των μονωτήρων χωρίς επικάλυψη, δικαιολογώντας απόλυτα την επιλογή της συγκεκριμένης μεθόδου αντιμετώπισης της ρύπανσης και του σχετικού κόστους της εφαρμογής. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι το περιβάλλον της Κρήτης και ιδιαίτερα ο τρόπος με τον οποίο εξελίσσεται το φαινόμενο της ρύπανσης, ευνοεί την λειτουργία των υλικών αυτών. Παράλληλα με την διερεύνηση των υλικών σε πραγματικές συνθήκες, η αξιολόγηση των υλικών επεκτάθηκε και σε εργαστηριακές συνθήκες. Για τις τρεις συνθέσεις υλικών που χρησιμοποιούνται στην Κρήτη, πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, με σκοπό την διερεύνηση της συμπεριφοράς των υλικών σε δυσμενέστερες συνθήκες. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων έδειξαν ότι η αρχική απώλεια της υδροφοβίας, οφείλεται κατά κύριο λόγο στο φαινόμενο corona και ιδιαίτερα στην ανάπτυξη εκκενώσεων, ως αποτέλεσμα της ενίσχυσης του ηλεκτρικού πεδίου, σε σταγόνες που αναπτύσσονται στην επιφάνεια του υλικού. Στο στάδιο αυτό, παράμετροι όπως η ποιότητα της επιφάνειας αλλά και η σύνθεση των υλικών φαίνεται να έχουν σημαντικό ρόλο και αξίζει να διερευνηθούν περαιτέρω. Επιπλέον αξίζει να σημειωθεί ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση, η απώλεια της υδροφοβίας, έλαβε χώρα κατά μήκος ενός καναλιού από το άνω στο κάτω άκρο του δοκιμίου, ενώ η υπόλοιπη επιφάνεια διατήρησε υδρόφοβα χαρακτηριστικά, κάτι όμως που οφείλεται εν μέρει και στην κυλινδρική γεωμετρία των δοκιμίων. 3

12 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Από εκεί και μετά αναπτύσσεται δραστηριότητα αντίστοιχη αυτής των ξηρών ζωνών, η οποία υποστηρίζει την θερμική γήρανση των υλικών. Στο στάδιο αυτό, στην περίπτωση των επικαλύψεων, έχει ιδιαίτερη σημασία η θερμική συμπεριφορά των υλικών, κάτι το οποίο εξαρτάται από το είδος, τα χαρακτηριστικά και την ποσότητα των ενισχυτικών προσμίξεων που χρησιμοποιούνται. Για τις συνθέσεις που διερευνήθηκαν στην περίπτωση αυτή, προέκυψε ότι η χρήση ΑΤΗ (Alumina Trihydrate) προσφέρει υψηλότερο βαθμό προστασίας από ότι η Silica. Απαιτείται όμως η περαιτέρω διερεύνηση συνθέσεων, με διαφορετική ποσότητα και χαρακτηριστικά των δύο προσμίξεων. 1.2 Περιεχόμενα της διατριβής Η παρούσα διατριβή αποτελείται από 8 κεφάλαια ως εξής: Το κεφάλαιο 1 αποτελεί την εισαγωγή, όπου με λίγα λόγια περιγράφεται το πλαίσιο στο οποίο εντάσσεται η παρούσα εργασία και τα σημαντικότερα αποτελέσματα που προέκυψαν από αυτή. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια σύντομη αναφορά στην διαθέσιμη σήμερα πληροφορία σχετικά με το φαινόμενο της ρύπανσης, τις επιδράσεις που αυτό έχει και τις συνήθεις μεθόδους αντιμετώπισης, κάνοντας ιδιαίτερη αναφορά στην χρήση συνθετικών πολυμερών υλικών. Το κεφάλαιο 3 επικεντρώνεται στις επικαλύψεις από RTV SIR. Παρουσιάζεται η δομή του βασικού πολυμερούς, ο τρόπος σύνθεσης και τα χαρακτηριστικά που ενδιαφέρουν στην περίπτωση αυτή, η σύνθεση στην μορφή επικαλύψεων (coatings), αλλά και η συμπεριφορά της επιφάνειας, υπό το πρίσμα της συμπεριφοράς των υλικών σε υπαίθριες εφαρμογές Υψηλών Τάσεων. Επίσης καταγράφονται οι σημαντικότερες παράμετροι ηλεκτρικής και περιβαλλοντικής καταπόνησης των υλικών, η ερευνητική δραστηριότητα στο πλαίσιο αυτό καθώς και τα αποτελέσματα αυτής. Τέλος γίνεται αναφορά στις μεθόδους παρακολούθησης μονωτήρων Υψηλής Τάσης, όσον αφορά το φαινόμενο της 4

13 I. Εισαγωγή ρύπανσης, με ιδιαίτερη έμφαση στην μέτρηση του ρεύματος διαρροής, που χρησιμοποιείται στην περίπτωση αυτή. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων του ρεύματος διαρροής σε πραγματικές συνθήκες. Αρχικά γίνεται αναφορά στο σύστημα μέτρησης και στις τοποθεσίες διεξαγωγής των μετρήσεων. Στην συνέχεια αξιολογείται η συμπεριφορά τόσο των μονωτήρων πορσελάνης, όσο και των αντίστοιχων μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR. Η καταγεγραμμένη συμπεριφορά και στις δύο περιπτώσεις συσχετίζεται με τις επικρατούσες περιβαλλοντικές συνθήκες, με ιδιαίτερη αναφορά στους μηχανισμούς ύγρανσης, οι οποίοι φαίνεται να έχουν ιδιαίτερο ρόλο στην περίπτωση αυτή. Στο κεφάλαιο 5, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα ανάλυσης των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής, τόσο στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, όσο και στην περίπτωση των επικαλύψεων. Για την ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν ο Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier (FFT), διαγράμματα Τάσης Ρεύματος καθώς και Wavelets στην περίπτωση των επικαλύψεων. Τα χαρακτηριστικά των κυματομορφών συσχετίσθηκαν με την αντίστοιχη συμπεριφορά της επιφάνειας ενώ επιπλέον χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη ενός νευρωνικού δικτύου, με σκοπό την αυτόματη αξιολόγηση νεότερων κυματομορφών. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται οι παράμετροι και τα αποτελέσματα της εργαστηριακής δοκιμής των υλικών σε θάλαμο υδατονέφωσης. Βάσει των μετρήσεων του ρεύματος διαρροής, της μέτρησης της στατικής γωνίας επαφής και των μεταβολών στην επιφάνεια των υλικών, αξιολογείται η συμπεριφορά τους, σε αναφορά διαφόρων χαρακτηριστικών όπως η ποιότητα της επιφάνειας αλλά και ιδιαίτερα ο τύπος της ενισχυτικής πρόσμιξης που χρησιμοποιείται. Στο κεφάλαιο 7 παρατίθενται τα συμπεράσματα, όσον αφορά την συμπεριφορά των επικαλύψεων από RTV SIR, σε σχέση με αυτή των μονωτήρων πορσελάνης, τόσο σε πραγματικές όσο και εργαστηριακές 5

14 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων συνθήκες. Επιπλέον προτείνονται βελτιώσεις όσον αφορά την παρακολούθηση των υλικών σε πραγματικές συνθήκες, αλλά και επιπλέον εργαστηριακή διερεύνηση των υλικών, έχοντας ως αναφορά τις συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες. Στο κεφάλαιο 8 παρατίθεται η βιβλιογραφία, ενώ επιπλέον στο παράστημα Α παρουσιάζονται φωτογραφίες από τους χώρους εγκατάστασης των συσκευών μέτρησης του ρεύματος διαρροής. 6

15 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων Κεφάλαιο 2 Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων 2.1 Βασικά στάδια εξέλιξης Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων, αποτελεί την συνηθέστερη αιτία σφαλμάτων, σε υπαίθριες εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων [1-4]. Γενεσιουργός αιτία είναι η συγκέντρωση στην επιφάνεια των μονωτήρων, από τον άνεμο ή άλλους μηχανισμούς (όξινη βροχή κ.α.), ρύπων, που έχουν ή μπορούν να αποκτήσουν ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το επιφανειακό φιλμ το οποίο προκύπτει, επιτρέπει την ροή ρεύματος, γνωστό και ως ρεύμα διαρροής, καταλήγοντας, όπως θα φανεί παρακάτω, μέχρι και στην υπερπήδηση (flashover) του μονωτήρα. Συνήθως, ο μηχανισμός του φαινομένου θεωρείται ως μια διαδικασία έξι σταδίων [2,5], ως εξής: Στάδιο 1: Όπως ήδη αναφέρθηκε, στην επιφάνεια ενός μονωτήρα είναι πιθανή η συγκέντρωση μιας ποσότητας ρύπων, οι οποίοι μεταφέρονται κυρίως από τον άνεμο και εναποτίθενται υπό την δράση της δύναμης F p. Η δύναμη αυτή αποτελεί την συνισταμένη τριών επιμέρους δυνάμεων, σύμφωνα με την εξίσωση 2.1. Fp = FW + Fg + FE (2.1) Όπου F w : είναι η δύναμη του ανέμου και σχετίζεται ουσιαστικά με την αεροδυναμική συμπεριφορά του μονωτήρα και το μέγεθος των μεταφερόμενων σωματιδίων F g : είναι η δύναμη της βαρύτητας, και F Ε : αφορά την δράση του ηλεκτρικού πεδίου σε φορτισμένα (electrostatic) ή μη σωματίδια (dielectrophoretic) και ενδιαφέρει μόνο στην περίπτωση λειτουργίας υπό συνεχή τάση. Επιπλέον του ανέμου, αναφέρονται στην βιβλιογραφία [1,2] άλλοι δύο μηχανισμοί, με τους οποίους επίσης είναι δυνατή η μεταφορά 7

16 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων ρύπων. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι η όξινη βροχή και η εναπόθεση περιττωμάτων από μεγάλα πτηνά (bird droppings). Στάδιο 2: Ανάλογα με το περιβάλλον λειτουργίας, στην επιφάνεια ενός μονωτήρα, μπορούν να βρεθούν πολλών τύπων ρύποι. Το βασικό χαρακτηριστικό που ενδιαφέρει, όσον αφορά την εξέλιξη του μηχανισμού της ρύπανσης, είναι η επιφανειακή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Διακρίνουμε έτσι δύο κατηγορίες, την ενεργό ρύπανση, όπου οι ρύποι είναι ήδη αγώγιμοι ή μπορούν να αποκτήσουν αγωγιμότητα μετά από διάλυση στο νερό και την αδρανή ρύπανση, η οποία δεν είναι αγώγιμη. Τυπικά παραδείγματα ρύπων παρουσιάζονται στον πίνακα 2.1. Πίνακας 2.1 Τυπικά παραδείγματα ρύπων Ρύποι Κατάσταση Πηγή Σιδηροπυρίτης Ορυχεία και FeS Μεταλλεύματα 2, Ενεργός, δεν σχετικές μαγνητίτης απαιτεί διάλυση βιομηχανίες Fe 3 O 4 Αέρια σε κατάσταση διαλύματος SO 2, H 2 S, NH 3 Ενεργός, είναι ήδη σε διάλυση Όξινη βροχή Ιοντικά άλατα Περιττώματα πουλιών NaCl, Na 2 CO 3, MgCl 2,CaSO 4 Ενεργός, απαιτεί διάλυση Ενεργός, δεν απαιτεί διάλυση Θάλασσα, έρημος κτλ Περιοχές διέλευσης μεγάλων πουλιών Στάχτη Συμπεριφέρεται ανάλογα με την πηγή Πηλός Αδρανής Η συνήθης περίπτωση, όπου υπάρχει πρόβλημα στην συμπεριφορά ενός μονωτήρα, είναι η παρουσία αλάτων, τα οποία με την διάλυση τους στο νερό δημιουργούν ένα αγώγιμο ηλεκτρολυτικό διάλυμα. Απαιτείται συνεπώς η ύγρανση της επιφάνειας, η οποία είναι δυνατή, ως αποτέλεσμα μηχανισμών όπως: 8

17 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων Η συμπύκνωση (δρόσος, ομίχλη κτλ) Η βροχόπτωση Η υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων Η μοριακή διάχυση Στάδιο 3: Όταν στην επιφάνεια του μονωτήρα έχει δημιουργηθεί το αγώγιμο στρώμα των ρύπων, δεδομένης της εφαρμοζόμενης τάσης, είναι δυνατή η ροή ρεύματος. Η ηλεκτρική συμπεριφορά των ρύπων, κατά το στάδιο αυτό, μπορεί να χαρακτηριστεί ως ωμική, δηλαδή, η παρουσία ρεύματος συνεπάγεται την κατανάλωση ενέργειας, υπό την μορφή των απωλειών Joule. Έτσι στο επιφανειακό στρώμα ρύπων εξελίσσονται ταυτόχρονα δύο μηχανισμοί, που μπορούν να επηρεάσουν την τιμή της επιφανειακής αγωγιμότητας. Αφενός υπάρχει ο μηχανισμός της ύγρανσης, ο οποίος τείνει να αυξήσει την υπάρχουσα ποσότητα ύδατος και αφετέρου λόγω των απωλειών Joule παρατηρείται εξάτμιση ύδατος, δηλαδή ξήρανση. Στάδιο 4: Η τιμή της αγωγιμότητας που τελικά προκύπτει, η οποία είναι συνάρτηση του βαθμού διάλυσης των ρύπων, εξαρτάται τόσο από την ποσότητα των ρύπων, αλλά και από την αντίρροπη δράση των δύο παραπάνω μηχανισμών. Δεδομένου ότι σε πραγματικές συνθήκες, τόσο η κατανομή των ρύπων, όσο και η ύγρανση της επιφάνειας, δεν είναι ομοιόμορφες, προκύπτει ότι η τιμή της επιφανειακής αγωγιμότητας μεταβάλλεται κατά το μήκος ερπυσμού. Όμως ακόμη και αν υποτεθεί ότι έχουμε ομοιόμορφη κατανομή ρύπων και ύγρανσης, η ίδια η γεωμετρία του μονωτήρα δημιουργεί εστίες αυξημένης θέρμανσης, όπου δηλαδή ο μηχανισμός της ξήρανσης υπερισχύει. Δημιουργούνται έτσι περιοχές μειωμένης αγωγιμότητας, οι οποίες μάλιστα επεκτείνονται περιμετρικά του μονωτήρα, δεδομένου ότι ξεκινούν από ένα τμήμα της περιμέτρου, εξαναγκάζουν την αύξηση της πυκνότητας ρεύματος στο υπόλοιπο. Έχουν δηλαδή την μορφή ζώνης και ως εκ τούτου χαρακτηρίζονται ως ξηρές ζώνες (dry bands). 9

18 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στάδιο 5: Έτσι, λόγω της αντίρροπης δράσης των μηχανισμών ύγρανσης και ξήρανσης, αλλά και της γεωμετρίας του μονωτήρα, η επιφάνεια του μονωτήρα μπορεί να θεωρηθεί ως μια ομάδα ωμικών αντιστάσεων σε σειρά, των οποίων η τιμή είναι συνάρτηση της θέσης τους. Η κατάσταση αυτή, οδηγεί στην ανακατανομή της τάσης κατά μήκος του μονωτήρα, η οποία τώρα εξαρτάται από τις περιοχές υψηλής αντίστασης (ξηρές ζώνες) και όχι από την σχεδίαση του μονωτήρα, όπως ισχύει σε ξηρές συνθήκες. Πλέον η καταπόνηση εστιάζεται κυρίως κατά μήκος των ξηρών ζωνών, αφού έχουν υψηλότερη αντίσταση και όταν αυτή υπερβεί την αντοχή του αέρα που τις περιβάλει, παρατηρούνται τοπικές υπερπηδήσεις (dry band arcing). Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η επιφανειακή δραστηριότητα σε μονωτήρες πορσελάνης κατά την διάσπαση ξηρών ζωνών. Σχήμα 2.1 Ηλεκτρική διάσπαση ξηρών ζωνών σε μονωτήρες πορσελάνης Στάδιο 6: Η δραστηριότητα αυτή, η οποία αρχικά εστιάζεται στις ξηρές ζώνες, μπορεί όταν οι συνθήκες το ευνοούν, να επεκταθεί με αποτέλεσμα την συνολική υπερπήδηση (flashover) του μονωτήρα. Στο σχήμα 2.2 φαίνονται τα στάδια εξέλιξης του φαινομένου της ρύπανσης. Επίσης στο σχήμα 2.3 καταγράφεται η υπερπήδηση ενός μονωτήρα πορσελάνης κατά την διάρκεια δοκιμής τεχνητής ρύπανσης. 10

19 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων Σχήμα 2.2 Η εξέλιξη του φαινομένου της ρύπανσης σε στάδια Σχήμα 2.3 Υπερπήδηση μονωτήρα πορσελάνης σε δοκιμή τεχνητής ρύπανσης [3] 11

20 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 2.2 Επιπτώσεις του φαινομένου Η πιο γνωστή και ίσως πιο σημαντική επίπτωση του φαινομένου της ρύπανσης, είναι οι διακοπές τροφοδότησης, οι οποίες προκύπτουν σε περίπτωση υπερπήδησης. Οι διακοπές αυτές μπορεί να είναι μεγάλης διάρκειας, δεδομένου ότι για το χρονικό διάστημα κατά το οποίο οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για το φαινόμενο, δεν είναι δυνατή η επανηλέκτριση της γραμμής μεταφοράς ή του υποσταθμού όπου παρατηρήθηκε το πρόβλημα. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί, ότι μια υπερπήδηση δεν συνεπάγεται απαραίτητα και καταστροφή του μονωτήρα, αφού όπως φάνηκε παραπάνω, το φαινόμενο εξελίσσεται στην επιφάνεια του. Ακόμη όμως και όταν η εξέλιξη του φαινομένου δεν οδηγήσει σε υπερπήδηση, παρουσιάζονται προβλήματα, τα οποία επίσης απασχολούν. Τέτοια είναι τα παρακάτω: Διάβρωση της μεταλλικής υποδομής [2] Το πρόβλημα της διάβρωσης, λόγω του ρεύματος διαρροής και της ηλεκτρόλυσης που παρατηρείται, εμφανίζεται ιδιαίτερα στην περίπτωση συστημάτων που λειτουργούν με συνεχή τάση (HVDC). Αποτέλεσμα είναι η μείωση της μηχανικής αντοχής των μονωτήρων. Στην περίπτωση συστημάτων εναλλασσόμενης τάσης (HVAC) επίσης παρατηρείται πρόβλημα, όταν η επιφανειακή δραστηριότητα συνεπάγεται την ύπαρξη μιας DC συνιστώσας στο ρεύμα διαρροής. Στην περίπτωση αυτή παρατηρείται επίσης ελάττωση της μηχανικής αντοχής των μονωτήρων. Στο σχήμα 2.4 φαίνεται ένας μονωτήρας cap and pin από γυαλί, όπου λόγω της διάβρωσης έχει ελαττωθεί η διάμετρος του στελέχους (pin). Πυρκαγιές [2] Παρατηρούνται όταν χρησιμοποιείται ξύλινη υποδομή και οφείλονται στην ροή ρεύματος μέσα στο ξύλο και ιδιαίτερα στην εμφάνιση τόξων, είτε στα σημεία επαφής μεταλλικών τμημάτων με το ξύλο, είτε μέσα στο ξύλο λόγω ανομοιόμορφης ύγρανσης. Βασική προϋπόθεση είναι η παροχή αρκετής ποσότητας αέρα. 12

21 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων Στο σχήμα 2.5 φαίνεται ένας στύλος του δικτύου διανομής των 20kV, ο οποίος έχει καταστραφεί σε σημαντικό βαθμό, από πυρκαγιά λόγω ρύπανσης. Σχήμα 2.4 Μείωση της διατομής του στελέχους ενός Cap and pin μονωτήρα από γυαλί λόγω διάβρωσης Σχήμα 2.5 Καταστροφή στύλου του δικτύου διανομής 20kV από πυρκαγιά λόγω ρύπανσης. 13

22 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Όχληση [2,6] Η επιφανειακή ηλεκτρική δραστηριότητα, που μπορεί να οφείλεται είτε στην διάσπαση των ξηρών ζωνών είτε στο φαινόμενο corona μπορεί να προκαλέσει σημαντική όχληση σε περιοίκους, όταν η όδευση μιας γραμμής μεταφοράς περιλαμβάνει και κατοικημένες περιοχές. Η οπτική όχληση μπορεί να είναι αισθητή ήδη από πολύ χαμηλά επίπεδα ρύπανσης, ενώ η ηχητική, προϋποθέτει υψηλότερα επίπεδα δραστηριότητας. Παρεμβολές [2,6] Στην περίπτωση της έντονης επιφανειακής δραστηριότητας ή εξαιτίας τόξων, που εμφανίζονται κοντά στην μεταλλική υποδομή, σε περιοχές όπου παρατηρείται διάβρωση ή οξείδωση, υπάρχει το ενδεχόμενο ύπαρξης ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών σε ραδιοφωνικές ή/και τηλεοπτικές συχνότητες. 2.3 Μέθοδοι αντιμετώπισης Με σκοπό την εξασφάλιση της λειτουργίας ενός συστήματος μεταφοράς και την αποφυγή των προβλημάτων ρύπανσης, πολλές μέθοδοι έχουν εφαρμοστεί [2,4]. Κάθε μία εξ αυτών, στοχεύει στην διακοπή της εξέλιξης του μηχανισμού, που περιγράφηκε στην παράγραφο 2.2. Ο βαθμός αποτελεσματικότητας, εξαρτάται από τις κατά τόπους συνθήκες, την ευκολία και το κόστος εφαρμογής, ενώ τα τελευταία χρόνια ενδιαφέρει ιδιαίτερα και η δυνατότητα εφαρμογής υπό τάση, και ως εκ τούτου αποφυγής των διακοπών τροφοδότησης. Στον πίνακα 2.2 καταγράφονται οι περισσότερο χρησιμοποιούμενες μέθοδοι [2,4]. 2.4 Το πρόβλημα της ρύπανσης στην Ελλάδα Στην χώρα μας, το πρόβλημα της ρύπανσης εμφανίζεται ιδιαίτερα έντονο στα νησιά του Αιγαίου [7,8], συνήθως τους καλοκαιρινούς μήνες, λόγω της θαλάσσιας επίδρασης. Δεν είναι λίγες οι φορές, όπου η λειτουργία των δικτύων έχει διακοπεί για αρκετές ώρες εξαιτίας του συγκεκριμένου 14

23 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων προβλήματος, με ότι αυτό συνεπάγεται. Για τον λόγο αυτό πολλές μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί με σκοπό την έγκαιρη καταστολή του προβλήματος και την προστασία του δικτύου από πιθανές υπερπηδήσεις (flashovers). Μέχρι σήμερα όμως δεν έχει καταστεί δυνατή η πλήρης αντιμετώπιση του προβλήματος. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για το πρόβλημα της ρύπανσης στον Ελληνικό χώρο εμφανίζει η περίπτωση της Κρήτης [7,9], όπου το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα έντονο και επιπλέον, η Κρήτη είναι το μόνο νησί στον Ελληνικό χώρο με Δίκτυο Μεταφοράς στα 150kV. Η σημασία και η έκταση του προβλήματος μπορεί εύκολα να επιβεβαιωθεί από τα καταγεγραμμένα σφάλματα στο Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης, ξεκινώντας από το 1969, οπότε και ηλεκτρίσθηκε η πρώτη Γραμμή Μεταφοράς 66kV μέχρι και το Η κατανομή το σφαλμάτων ανά έτος, συνολικά και λόγω ρύπανσης, παρουσιάζεται στο σχήμα 2.6. Σχήμα 2.6 Κατανομή των σφαλμάτων (συνολικών και λόγω ρύπανσης) ανά έτος (Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης, περίοδος ). Όπως φαίνεται, κατά τα έτη όπου εμφανίζεται το πρόβλημα, η συμβολή του στον συνολικό αριθμό σφαλμάτων είναι σημαντική. 15

24 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Πίνακας 2.2 Μέθοδοι αντιμετώπισης του προβλήματος της ρύπανσης ΜΕΘΟΔΟΣ ΣΤΑΔΙΟ ΕΞΕΛΙΞΗΣ Καθαρισμός μονωτήρων Επιλογή μονωτήρων με αεροδυναμικό προφίλ Συγκέντρωση ρύπων Κατασκευή κλειστών συστημάτων (με μόνωση αέρα ή SF 6 ) Επιλογή μονωτήρων με προφίλ ομίχλης Ύγρανση Επιλογή μονωτήρων με υδρόφοβη επιφάνεια Ύγρανση Επιλογή μονωτήρων με ημιαγώγιμο σμάλτο (semi conductive glaze) Σχηματισμός ξηρών ζωνών Επικάλυψη των μονωτήρων με υδρόφοβα υλικά Ύγρανση Επιλογή μονωτήρων με αυξημένο μήκος ερπυσμού Επέκταση ξηρών ζωνών (arc propagation) Αύξηση του μήκους ερπυσμού (Creepage extenders) Επέκταση ξηρών ζωνών (arc propagation) 16

25 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων 2.5 Μονωτήρες από σύνθετα πολυμερή υλικά Η εφαρμογή πολυμερών υλικών, για την ηλεκτρική μόνωση εγκαταστάσεων υψηλής τάσης, ξεκίνησε από τα μέσα της δεκαετίας του 1940 [10], όπου για την κατασκευή μονωτήρων χρησιμοποιήθηκαν εποξικές ρητίνες (bisphenol). Οι μονωτήρες αυτοί χρησιμοποιήθηκαν σε εσωτερικές εγκαταστάσεις (indoor insulation), μη εκτεθειμένες στο περιβάλλον. Μια δεκαετία αργότερα, αναπτύχθηκε ενδιαφέρον και για την περίπτωση των υπαίθριων εγκαταστάσεων (outdoor insulation), με σκοπό την κατασκευή ενός μονωτήρα με αντίστοιχα ή καλύτερα ηλεκτρικά και μηχανικά χαρακτηριστικά, σε σχέση με τους κεραμικούς, αλλά με μικρότερο βάρος. Ο πρώτος μονωτήρας με πολυμερές κέλυφος (housing), διατέθηκε προς χρήση στις Η.Π.Α., από την General Electric, το 1959 [4,10-12]. Για την κατασκευή του κελύφους είχε επίσης χρησιμοποιηθεί εποξική ρητίνη, διαφορετικού τύπου όμως (cycloaliphatic). Ο μονωτήρας αυτός παρουσίασε προβλήματα πολύ γρήγορα, που αφορούσαν κυρίως το πολυμερές κέλυφος, λόγω φαινομένων όπως ο σχηματισμός αγώγιμων καναλιών άνθρακα (tracking) και η διάβρωση erosion. Λίγα χρόνια αργότερα, η κατασκευή μονωτήρων από πολυμερή υλικά επεκτάθηκε και στην Ευρώπη, όπου και ουσιαστικά παράχθηκε η πρώτη γενιά συνθετικών μονωτήρων, όπως τους ξέρουμε σήμερα [4]. Ένας τέτοιος μονωτήρας αποτελείται ουσιαστικά από τρία τμήματα, ένα πυρήνα με ίνες γυαλιού (fiber glass core), ο οποίος αναλαμβάνει το μηχανικό φορτίο, τις μεταλλικές απολήξεις (fittings), οι οποίες προσαρμόζονται στα άκρα του και το πολυμερές κέλυφος. Μια τομή ενός τέτοιου μονωτήρα φαίνεται στο σχήμα 2.7. Τα πρώτα αποτελέσματα από την εφαρμογή αυτών των μονωτήρων ήταν μάλλον απογοητευτικά, με αποτέλεσμα να εγκαταλειφθεί η ιδέα από πολλούς κατασκευαστές [4], ιδιαίτερα όσον αφορά το επίπεδο της μεταφοράς. Έτσι περιορίστηκε το ενδιαφέρον σε πολύ λίγους κατασκευαστές, οι οποίοι συνέχισαν την εξέλιξη των μονωτήρων, διαθέτοντας παράλληλα μονωτήρες για το επίπεδο της διανομής. Η εξέλιξη η οποία έλαβε χώρα, βελτιώνοντας σημαντικά τα χαρακτηριστικά των μονωτήρων, σε συνδυασμό με τα πλεονεκτήματα τα οποία προσέφεραν, αλλά και την εμπειρία που υπήρχε από την διανομή, οδήγησαν σε 17

26 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων μεταστροφή του κλίματος, όσον αφορά τις ηλεκτρικές εταιρίες. Για μονωτήρες κατασκευής μετά το 1986, τα δεδομένα που έρχονταν από την εφαρμογή σε πραγματικές συνθήκες ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά [12]. Έρευνες έδειξαν, ότι η εμπιστοσύνη των ηλεκτρικών εταιριών, όσον αφορά την χρήση συνθετικών μονωτήρων, αυξήθηκε σημαντικά [12-15] μετά τα τέλη της δεκαετίας του 1980, ενώ σήμερα θεωρούνται πλέον ως μια εξίσου καλή εναλλακτική λύση, σε σχέση με τους κεραμικούς μονωτήρες [16-22]. Παράμετρος κλειδί στην επιλογή αυτή, ήταν η σημαντικά καλύτερη συμπεριφορά των συνθετικών μονωτήρων σε συνθήκες ρύπανσης [4,23,24]. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι η μικρή διάρκεια ζωής και ιδιαίτερα η δυνατότητα πρόβλεψης της, συνεχίζουν να αποτελούν τα σημαντικότερα προβλήματα, όσον αφορά την λειτουργία των μονωτήρων αυτών [24-28]. Σχήμα 2.7 Τομή σε μοντέλο συνθετικού μονωτήρα όπου διακρίνονται το κέλυφος, ο πυρήνας και οι μεταλλικές απολήξεις. Στην Ελλάδα, η πρώτη εφαρμογή μονωτήρων από συνθετικά υλικά, έγινε στο Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης, το Οι μονωτήρες από PTFE (Teflon), Ιταλικής κατασκευής, εγκαταστάθηκαν στην Γραμμή 150kV, Λινοπεράματα- Ιεράπετρα, η οποία αντιμετώπιζε σημαντικά προβλήματα ρύπανσης. Η συμπεριφορά τους κρίνεται αρκετά ικανοποιητική όσον αφορά την ρύπανση, αφού, μέχρι και το 2002 οπότε και αντικαταστάθηκαν από μονωτήρες SIR, στα πλαίσια αναβάθμισης της Γραμμής σε διπλό κύκλωμα, δεν καταγράφηκε ούτε μία υπερπήδηση. Είχαν όμως προβλήματα μηχανικής αντοχής, λόγω της θραύσης του πυρήνα (brittle fracture) ως αποτέλεσμα της εισροής υγρασίας. Στο σχήμα 2.8 φαίνεται το σημείο θραύσης ενός τέτοιου μονωτήρα. Το 18

27 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων πρόβλημα ήταν, ότι η θραύση συνεπάγονταν την πτώση του αγωγού Υ.Τ στο έδαφος. Τέτοιου τύπου σφάλματα παρουσιάστηκαν πέντε, το 1982 και 1983, οπότε και αποφασίστηκε η χρήση αντί του ενός δύο μονωτήρων σε διάταξη Λ, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.9. Έκτοτε κατεγράφησαν άλλα έξι σφάλματα, που αφορούσαν πάλι το φαινόμενο brittle fracture, πολλά χρόνια μετά (ένα το 1992, και τα υπόλοιπα μεταξύ 1997 και 1999). Σχήμα 2.8 Σημείο θραύσης ενός συνθετικού μονωτήρα από Teflon ως αποτέλεσμα του φαινομένου brittle fracture. 2.6 Η περίπτωση των υποσταθμών Η ανάπτυξη μονωτήρων από σύνθετα πολυμερή υλικά και η χρήση αυτών με σκοπό την αντιμετώπιση του φαινομένου της ρύπανσης, αφορά κυρίως τις γραμμές μεταφοράς. Στο πεδίο των υποσταθμών, η διάθεση μονωτήρων με συνθετικό κέλυφος ξεκίνησε πολύ αργότερα, στην δεκαετία του 1990 [4]. Οπότε η προσπάθεια αντιμετώπιση του φαινομένου, εστιάστηκε στην ανάπτυξη υλικών, τα οποία θα μπορούσαν να βελτιώσουν την συμπεριφορά των κεραμικών μονωτήρων. 19

28 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 2.9 Τοποθέτηση μονωτήρων από Teflon σε διάταξη Λ, στην Γραμμή 150kV Λινοπεράματα Ιεράπετρα. Στην κατεύθυνση αυτή, διατέθηκαν προς χρήση διάφοροι τύποι επικαλύψεων, έχοντας ως στόχο, με την εφαρμογή, την δημιουργία μιας νέας επιφάνειας με υδρόφοβη συμπεριφορά. Κατά τον τρόπο αυτό, όπως συμβαίνει και στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων, δεν είναι δυνατή η ύγρανση της επιφάνειας (στάδιο 2), και ως εκ τούτου αναστέλλεται η εξέλιξη του φαινομένου. Βέβαια επιβάλλεται η διατήρηση της υδρόφοβης συμπεριφοράς, παρά την επικάθιση στην επιφάνεια του υλικού υδρόφιλων ρύπων. Έτσι διακρίνονται δύο κύριες κατηγορίες υλικών [4], οι οποίες είναι: Κατηγορία Α: στην κατηγορία αυτή, ανήκουν επικαλύψεις, όπου για την διατήρηση της υδρόφοβης επιφάνειας παρατηρείται ενθυλάκωση των ρύπων στον όγκο του υλικού. Έχουν την μορφή λίπους (grease), το οποίο επαλείφεται στην επιφάνεια των μονωτήρων, προσδίδοντας την επιθυμητή συμπεριφορά. Βασίζονται είτε σε υδρογονάνθρακες (hydrocarbon grease) είτε είναι σιλικονούχα (silicon grease). Μεταξύ των δύο, μεγαλύτερη εφαρμογή είχαν τα σιλικονούχα, δεδομένου ότι διατηρούσαν σταθερά τα χαρακτηριστικά τους και ιδιαίτερα το ιξώδες, για μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασιών (-50 o C μέχρι 200 o C), 20

29 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων επιτρέποντας την εφαρμογή ανεξαρτήτου κλίματος και θερμοκρασίας μονωτήρα. Βασικό μειονέκτημα της κατηγορίας αυτής είναι η σημαντικά μικρή διάρκεια ζωής των υλικών, λόγω του κορεσμού που επέρχεται από την διαδικασία ενθυλάκωσης των ρύπων. Για παράδειγμα στην περίπτωση της Κρήτης, όπου χρησιμοποιήθηκε σε περιορισμένη κλίμακα silicone grease, αναφέρεται μια μέση διάρκεια ζωής της τάξης των έξι μηνών. Ως αποτέλεσμα το κόστος τοποθέτησης ή καθαρισμού των μονωτήρων αλλά και εναπόθεσης του κορεσμένου λίπους αναδεικνύεται ως το σημαντικότερο μειονέκτημα της κατηγορίας αυτής, λαμβάνοντας επιπλέον υπόψη ότι η συμπεριφορά του μονωτήρα με την κορεσμένη επικάλυψη καταλήγει χειρότερη από αυτή του μη επικαλυμμένου κεραμικού. Κατηγορία Β: αντί της ενθυλάκωσης, στην κατηγορία αυτή παρατηρείται μετάδοση της υδροφοβίας στο επιφανειακό στρώμα ρύπων, επιτυγχάνοντας με αυτόν τον τρόπο υδρόφοβη συμπεριφορά αλλά και σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Κύριος εκπρόσωπος είναι οι επικαλύψεις από RTV Silicone Rubber, ενώ διατίθενται ακόμη επικαλύψεις βασιζόμενες σε φθοριοουρεθάνες (fluorourethane coatings), που έχουν όμως περιορισμένη εφαρμογή. Σημαντική διαφορά αυτής της κατηγορίας από την προηγούμενη αποτελεί το γεγονός ότι η επικάλυψη στην περίπτωση αυτή προσκολλάται στην επιφάνεια του μονωτήρα και ως εκ τούτου είναι σχετικά δύσκολη η απομάκρυνση του υλικού. Μεταξύ των δύο κατηγοριών αλλά και των τεσσάρων τύπων επικαλύψεων που παρουσιάστηκαν παραπάνω, σήμερα έχουν επικρατήσει οι επικαλύψεις από RTV SIR, οι οποίες προσφέρουν συμπεριφορά εφάμιλλη των συνθετικών μονωτήρων όσον αφορά το φαινόμενο της ρύπανσης και σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής μεταξύ των επικαλύψεων. 21

30 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 2.7 Επικαλύψεις από RTV SIR Τα πρώτα βήματα στο πεδίο των επικαλύψεων τύπου RTV SIR έγιναν στις Η.Π.Α., στα τέλη της δεκαετίας του 1960 [4,29,30-32]. Συγκεκριμένα, το 1968 τοποθετήθηκε σε πιλοτική βάση για πρώτη φορά, μικρή ποσότητα επικάλυψης, σε υποσταθμό της Bonneville Power Administration. Αρχικά παρατηρήθηκε σημαντική βελτίωση της συμπεριφοράς των κεραμικών μονωτήρων, όμως πολύ σύντομα εμφανίστηκαν προβλήματα, κυρίως λόγω των φαινομένων tracking και erosion. Λίγα χρόνια αργότερα, το 1974 [33], ξεκίνησε ένα πρόγραμμα αξιολόγησης μιας βελτιωμένης σύνθεσης επικάλυψης από την εταιρία PG&E. Το πρόγραμμα πραγματοποιήθηκε στον σταθμό δοκιμών της εταιρίας, ο οποίος ήταν εγκατεστημένος, στον χώρο ενός σταθμού παραγωγής με κάρβουνο, σε απόσταση 300m από την ακτή (βιομηχανική και θαλάσσια ρύπανση). Η επικάλυψη τοποθετήθηκε σε αλυσίδες μονωτήρων πορσελάνης Cap and Pin, οι οποίες στην συνέχεια ηλεκτρίσθηκαν σε τάση 66kV (φασική). Η παράλληλη λειτουργία των μονωτήρων με και χωρίς επικάλυψη, ανέδειξε την σημαντική βελτίωση της συμπεριφοράς των μονωτήρων ως αποτέλεσμα της επικάλυψης, δεδομένου ότι για περισσότερο από έξι χρόνια δεν παρατηρήθηκε καμία υπερπήδηση στους επικαλυμμένους μονωτήρες, σε αντίθεση με τους μη επικαλυμμένους, όπου οι υπερπηδήσεις ήταν συχνές. Την ίδια περίοδο τοποθετήθηκαν επίσης σε δοκιμαστική βάση επικαλύψεις σε μονωτήρες 400kV DC του σταθμού μετατροπής συνεχούς τάσης (HVDC) Sylmar στο Λος Άντζελες [34]. Τα αποτελέσματα και στην περίπτωση αυτή, όπου υπήρχε αστική ρύπανση (κυρίως ρύποι από αυτοκίνητα), ήταν αρκετά ικανοποιητικά, οδηγώντας σε πλήρη κάλυψη του σταθμού την περίοδο Αξίζει να σημειωθεί, ότι στην περίπτωση αυτή, τα πρώτα προβλήματα παρουσιάστηκαν το 1987, στους πρώτους μονωτήρες που επικαλύφθηκαν, μετά από 19 χρόνια λειτουργίας. Η καλή εμπειρία που προέκυψε από τις παραπάνω εφαρμογές, αύξησε το ενδιαφέρον ολοένα και περισσότερων ηλεκτρικών εταιριών, οι οποίες υιοθέτησαν την χρήση επικαλύψεων RTV SIR σε υποσταθμούς με σημαντικά προβλήματα ρύπανσης. Έτσι το 1983, διατέθηκαν για πρώτη φορά στην αγορά επικαλύψεις μονωτήρων από RTV SIR, ενώ η πρώτη μαζική εφαρμογή 22

31 ΙΙ. Το πρόβλημα της ρύπανσης των μονωτήρων αναφέρεται το 1987, όπου 2500kg υλικού τοποθετήθηκαν σε υποσταθμό 345kV του πυρηνικού σταθμού παραγωγής Millstone στο Long Island [35]. Την ίδια εποχή, ξεκίνησε η δοκιμαστική εφαρμογή RTV SIR επικαλύψεων και στην Κίνα από το Πανεπιστήμιο Tsinghua [36,37]. Αρχικά το 1986 τοποθετήθηκε μικρή ποσότητα σε γραμμές μεταφοράς των 35kV και δεδομένης της καλής συμπεριφοράς, μετά το 1990 η εφαρμογή επεκτάθηκε και σε άλλες εγκαταστάσεις, σε μεγαλύτερο επίπεδο τάσης. Οι επικαλύψεις στην συγκεκριμένη περίπτωση είναι μόνο κινεζικής κατασκευής και η μέχρι σήμερα εμπειρία, δείχνει μια μέση διάρκεια ζωής της τάξης των εννέα χρόνων. Στην Ευρώπη, η διερεύνηση της συμπεριφοράς επικαλύψεων από RTV SIR, ξεκινά στα μέσα της δεκαετίας του 1980, σε ερευνητικό επίπεδο [38], ενώ ήδη είχε προηγηθεί, η χρήση του υλικού στην κατασκευή συνθετικών μονωτήρων [39,40]. Οι πρώτες, αρχικά περιορισμένες εφαρμογές, άρχισαν να επεκτείνονται στις αρχές τις δεκαετίας του 1990 [41], κυρίως στον χώρο των υποσταθμών. Σήμερα επικαλύψεις από RTV SIR, έχουν χρησιμοποιηθεί σε χώρες όπως: Σουηδία 40, Ηνωμένο Βασίλειο 41, Βέλγιο 42, Ισπανία 43, Γαλλία 43 και Ιταλία 43. Ανάλογη εξάπλωση παρατηρήθηκε και σε παγκόσμιο επίπεδο, σε χώρες όπως το Ισραήλ 43, το Κατάρ 43, η Τυνησία 43, το Πακιστάν 43, η Ινδονησία 44, η Ινδία 45, η Βραζιλία 43, η Σρι Λάνκα 46, και η Ν. Αφρική 47. Στην Ελλάδα, η εφαρμογή επικαλύψεων RTV SIR ξεκίνησε σε δοκιμαστικό επίπεδο το , στον Υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, στο Ηράκλειο Κρήτης. Δύο χρόνια αργότερα, το 1998, επεκτάθηκε η εφαρμογή των επικαλύψεων, τόσο στον ίδιο, όσο και σε άλλους υποσταθμούς του Συστήματος Κρήτης, με σημαντικά προβλήματα ρύπανσης. Φθάνοντας έτσι το , σε πλήρη κάλυψη τεσσάρων υποσταθμών στην Κρήτη και σε ένα στην Ρόδο, έχοντας τοποθετήσει περισσότερα από 4000kg υλικού τριών κατασκευαστών. 23

32 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 24

33 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Κεφάλαιο 3 Επικαλύψεις από RTV SIR Βιβλιογραφική αναζήτηση 3.1 Εισαγωγή Οι επικαλύψεις από RTV SIR, χρησιμοποιούνται με σκοπό την βελτίωση της συμπεριφοράς των κεραμικών μονωτήρων, όσον αφορά το φαινόμενο της ρύπανσης. Παράμετρος κλειδί, όπως και στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων, είναι η ιδιότητα της υδροφοβίας, η οποία, μη επιτρέποντας την διαβροχή της επιφάνειας, αναστέλλει την εξέλιξη του φαινομένου. Η συμπεριφορά αυτή, έχει άμεση σχέση με την δομή του συγκεκριμένου υλικού, αλλά και των συνθετικών υλικών αυτής της κατηγορίας γενικότερα, αφού ως ιδιότητα η υδροφοβία, αποτελεί έκφραση της ισχύος της εσωτερικής δομής, χαρακτηρίζοντας ασθενή υλικά. Συνεπώς, το πλεονέκτημα της υδρόφοβης συμπεριφοράς, αντισταθμίζεται σε κάποιο βαθμό, από την μικρότερη διάρκεια ζωής των πολυμερών υλικών, σε σχέση με την πορσελάνη και το γυαλί, αφού αυτά είναι περισσότερο ευάλωτα στην δράση διαφόρων μηχανισμών γήρανσης, προερχομένων είτε από την ίδια την λειτουργία των μονωτήρων (π.χ. φαινόμενο corona), είτε από το περιβάλλον (π.χ. υπεριώδης ακτινοβολία). Έτσι, με σκοπό την ενίσχυση των υλικών, περιλαμβάνονται στην σύνθεση τους, επιπλέον του βασικού πολυμερούς, διάφορες βελτιωτικές προσμίξεις (fillers), οι οποίες ενισχύουν ή εξασθενούν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των υλικών, αποβλέποντας στην επιμήκυνση της διάρκειας ζωής τους. Ουσιαστικά, αυτό είναι και ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των συνθετικών υλικών, το ότι δηλαδή υπάρχει η δυνατότητα διαμόρφωσης των ιδιοτήτων τους, κατά το στάδιο της σχεδίασης και περαιτέρω της παραγωγής. Έχοντας λοιπόν ως σημείο αναφοράς τις ιδιότητες του βασικού πολυμερούς (base polymer), είναι δυνατή η προσαρμογή της σύνθεσης, στις επιμέρους προδιαγραφές κάθε εφαρμογής. Βέβαια, τέτοιες tailor made λύσεις, προϋποθέτουν υψηλού επιπέδου τεχνογνωσία και ως εκ τούτου συνεπάγονται υψηλό κόστος. Άντ αυτού, διατίθενται στην αγορά διάφορες συνθέσεις, μεταξύ των οποίων, καλούνται οι διαχειριστές των δικτύων, να επιλέξουν την καταλληλότερη. Δεδομένου ότι η ενίσχυση κάποιας ιδιότητας γίνεται συνήθως εις βάρος κάποιας άλλης, επιβάλλεται η γνώση των 25

34 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων επιμέρους ιδιοτήτων κάθε συστατικού, αλλά και της σύνθεσης που προκύπτει, με σκοπό την αξιολόγηση των προτεινόμενων λύσεων. Το κεφάλαιο αυτό, αναφέρεται στην σύνθεση και στις επιθυμητές ιδιότητες των επικαλύψεων από RTV SIR, καθώς και στους μηχανισμούς που μπορούν να υποβαθμίσουν την συμπεριφορά των υλικών, οδηγώντας τελικά στην απώλεια της αποτελεσματικότητας τους. 3.2 Σύνθεση επικαλύψεων από RTV SIR Το βασικό πολυμερές Το βασικό πολυμερές, το οποίο χρησιμοποιείται σε συνθέσεις SIR, τόσο στην περίπτωση των επικαλύψεων, όσο και για μονωτήρες, είναι γνωστό ως πολυδιμέθυλσιλοξάνη ή PDMS (polythimethylsiloxane) [4,31,32,49]. Πρόκειται για το πλέον διαδεδομένο μέλος της οικογένειας των σιλικόνων [50], με εξαιρετικές και σε κάποιο βαθμό μοναδικές ιδιότητες και πλήθος εφαρμογών, σε πάρα πολλά τεχνικά πεδία [50-55]. Η κύρια αλυσίδα του αποτελείται από δεσμούς πυριτίου οξυγόνου και συμπληρώνεται πλευρικά από μονάδες μεθυλίων, συνδεδεμένες στο άτομο του πυριτίου. Η βασική δομική μονάδα (μονομερές) φαίνεται στο σχήμα 3.1. Σχήμα 3.1 Η βασική δομική μονάδα (μονομερές) του πολυμερούς PDMS Συγκρίνοντας το με τα οργανικά πολυμερή υλικά (EPM, EPDM κτλ), τα οποία επίσης χρησιμοποιούνται στον χώρο των υπαίθριων μονώσεων, το PDMS έχει να επιδείξει σημαντικά πλεονεκτήματα όπως: 26

35 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Επιφάνεια χαμηλής ενέργειας, Επιφανειακή υδροφοβία Ικανότητα ανάκαμψης της υδροφοβίας, Παρουσία μορίων χαμηλού μοριακού βάρους, Καλές διηλεκτρικές ιδιότητες, Υψηλή αντοχή στην θερμική καταπόνηση, Ικανότητα λειτουργίας σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, με μικρή μεταβολή των φυσικών ιδιοτήτων του, Υψηλή ανθεκτικότητα στην επίδραση του περιβάλλοντος, Χημική αδράνεια σε πλήθος οξειδωτικών ουσιών, Χαμηλή τοξικότητα και περιβαλλοντική επικινδυνότητα, Χαμηλή θερμοκρασία μετάβασης στην υαλώδη κατάσταση (glass transition temperature) Οι ιδιότητες αυτές έχουν άμεση σχέση με την δομή του μορίου του υλικού [51], και ιδιαίτερα, με τα χαρακτηριστικά του δεσμού πυριτίου οξυγόνου, τις ασθενείς δια-μοριακές δυνάμεις που αναπτύσσονται και την ευκαμψία της αλυσίδας. Χαρακτηριστικά του δεσμού Πυριτίου - οξυγόνου Η κύρια αλυσίδα του πολυμερούς αποτελείται από άτομα πυριτίου και οξυγόνου, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς ισχυρούς ομοιοπολικού χαρακτήρα. Η ενέργεια σύνδεσης που προκύπτει, είναι η μεγαλύτερη μεταξύ των δεσμών που συνήθως συναντώνται στα υλικά αυτής της κατηγορίας, όπως φαίνεται στον πίνακα 3.1 [52-55]. Η ισχύς του δεσμού συνεπάγεται ιδιότητες όπως την θερμική ευστάθεια και την υψηλή ανθεκτικότητα της αλυσίδας. Επιπλέον όμως έχει βρεθεί, ότι ενισχύει και τον βαθμό προσκόλλησης των πλευρικών μεθυλίων, τα οποία στην περίπτωση αυτή, εμφανίζονται λιγότερο ευάλωτα σε αντιδράσεις αντικατάστασης, σε σύγκριση με αντίστοιχες δομές υδρογονανθράκων [50]. Ο λόγος είναι η ηλεκτροθετική συμπεριφορά του πυριτίου, το οποίο έλκει 27

36 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων ηλεκτρόνια, πολώνοντας με αυτόν τον τρόπο τα πλευρικά μεθύλια και ως εκ τούτου ενισχύοντας το βαθμό προσκόλλησης. Πίνακας 3.1 Ενέργεια χημικών δεσμών που συναντώνται σε υλικά υπαίθριων μονώσεων. Χημικός δεσμός Ενέργεια δεσμού (kj/mol) -Si-O C-H C-O C-C Si-C Si-H- 318 Συνεπώς, η παρουσία του πυριτίου στο μόριο του υλικού οδηγεί στην δημιουργία μιας ισχυρότερης δομής, σε σύγκριση πάντα με τα αντίστοιχα οργανικά υλικά, όπου αντί του πυριτίου υπάρχει άνθρακας. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί, ότι η πολική φύση του δεσμού πυριτίου οξυγόνου, συνεπάγεται μια δομή ευάλωτη στην επίδραση της υδρόλυσης [52], κάτι όμως που στην συγκεκριμένη περίπτωση φαίνεται να έχει επίδραση σε ακραίες τιμές του ph, ήτοι μικρότερο από 2,5 ή μεγαλύτερο από 11 [58]. Χαμηλές δια-μοριακές δυνάμεις Παρά την παρουσία ενός αρκετά ισχυρού χημικού δεσμού στην δομή του μορίου, το υλικό εμφανίζει υδρόφοβη επιφανειακή συμπεριφορά, η οποία όπως έχει ήδη αναφερθεί χαρακτηρίζει υλικά με ασθενείς δομές [59,60]. Η επιφανειακή τάση μάλιστα στην περίπτωση αυτή, είναι η δεύτερη μικρότερη μεταξύ των υλικών που χρησιμοποιούνται σε υπαίθριες μονώσεις, ακόμη και των οργανικών, όπως φαίνεται στον πίνακα 3.2 [61], με μικρότερη αυτή του υλικού PTFE γνωστό και ως teflon. Το αρχικά παράδοξο εξηγείται, λαμβάνοντας υπόψη την παρουσία των πλευρικών μεθυλίων και ιδιαίτερα του γεγονότος, ότι αυτά κυριαρχούν στην ανάπτυξη των δια-μοριακών δυνάμεων [50,51], οι οποίες τελικά 28

37 III. Επικαλύψεις από RTV SIR αντικατοπτρίζονται στην επιφανειακή ενέργεια [59,60]. Ουσιαστικά, τα πλευρικά μεθύλια περιορίζουν την επίδραση του ισχυρού δεσμού πυριτίου οξυγόνου στο εσωτερικό της δομής του μορίου, προβάλλοντας προς τα περιβάλλοντα μόρια την ασθενή δομή ενός υδρογονάνθρακα. Προς την κατεύθυνση αυτή βοηθάει και το πλήθος των πλευρικών μεθυλίων καθώς και η ευκινησία της αλυσίδας του υλικού, όπως αναλύεται παρακάτω. Πίνακας 3.2 Επιφανειακή τάση υλικών που χρησιμοποιούνται σε υπαίθριες μονώσεις. Υλικό Επιφανειακή τάση (mn/m) Πορσελάνη 366 Γυαλί 170 Epoxy Resins 35 EP Rubbers 30 PDMS 23 PTFE 19 Νερό 72.3 Ευκινησία της αλυσίδας Η αλυσίδα του PDMS χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερη κινητικότητα, τόσο όσον αφορά την κίνηση μέσα στον όγκο του υλικού, όσο και σε περιστροφικές κινήσεις [50,51,61]. Η κινητικότητα αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική, διότι σε αυτήν αποδίδονται πολλές ιδιότητες, όπως η πολύ χαμηλή θερμοκρασία μετάβασης στην υαλώδη κατάσταση (-127 ο C), η διατήρηση της επιφανειακής ενέργειας σε χαμηλά επίπεδα και η ικανότητα ανάκαμψης της υδροφοβίας, όπως θα φανεί παρακάτω. Αξίζει να σημειωθεί ότι η περιστροφή των πλευρικών μεθυλίων είναι ουσιαστικά ελεύθερη, απαιτώντας ποσότητα ενέργειας μικρότερη από 4kJ/mol [62], σε σχέση με τα 14kJ/mol [63] που απαιτούνται για μια αντίστοιχη περιστροφή στην περίπτωση του πολυαιθυλενίου και τα 20kJ/mol [63] στην περίπτωση του Teflon. Έτσι για τις αλυσίδες του PDMS, οι οποίες βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια, είναι πολύ εύκολος ο προσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων προς αυτήν, με αποτέλεσμα την μείωση της επιφανειακής ενέργειας. 29

38 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Το πλεονέκτημα της ευκίνητης δομής αναδεικνύεται ακόμη περισσότερο συγκρίνοντας το PDMS με το Teflon. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το Teflon είναι ένα ιδιαίτερα υδρόφοβο υλικό, περισσότερο από το PDMS (πίνακας 3.2). Χαρακτηρίζεται όμως από μια αρκετά δυσκίνητη δομή, η οποία στο ενδεχόμενο απώλειας της υδροφοβίας, περιορίζει σημαντικά την δυνατότητα ανάκαμψης. Αξίζει να σημειωθεί ότι η θερμοκρασία μετάβασης στην υαλώδη κατάσταση για το Teflon είναι 117 ο C [61], δηλαδή το υλικό είναι απόλυτα στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και όχι ελαστικό. Έτσι, ενώ το Teflon παρουσιάζει αντίστοιχα πλεονεκτήματα, σε σχέση με το SIR, το οποίο βασίζεται στο PDMS, έχει περιορισμένη εφαρμογή στον συγκεκριμένο χώρο, κυρίως στην πρώτη γενιά συνθετικών μονωτήρων Διαδικασία σύνθεσης του υλικού Η διαδικασία παραγωγής του υλικού Silicone Rubber μπορεί να αναλυθεί σε πολλά βήματα, ανάλογα με τις μεθόδους που εφαρμόζονται και την παραγόμενη ποσότητα. Σε κάθε περίπτωση όμως διακρίνονται ουσιαστικά τέσσερα κύρια στάδια. Η διαδικασία ξεκινά με την παραγωγή των μονομερών, τα οποία αποτελούν τα δομικά στοιχεία του πολυμερούς μορίου. Συνήθως παρασκευάζονται διμέθυλδιχλωροσιλάνια [64], τα οποία αρχικά υπόκεινται σε υδρόλυση σχηματίζοντας σιλανόλες, όπως φαίνεται στην αντίδραση 3.1 [53,64]. (3.1) Στην συνέχεια ακολουθείται η διαδικασία του πολυμερισμού, η οποία είναι αρκετά πολύπλοκη και με πολλά στάδια. Δύο τυπικές περιπτώσεις παρουσιάζονται στις αντιδράσεις 3.2 και 3.3 [53,64], οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε γραμμικά ή κυκλικά προϊόντα. Από αυτά ένα μικρό ποσοστό 30

39 III. Επικαλύψεις από RTV SIR έχει μεγάλο μοριακό βάρος, ενώ περισσότερο από το 50% περιορίζεται σε μέγεθος μέχρι τέσσερα ή πέντε μονομερή. Στην συνέχεια ακολουθούν και άλλα στάδια πολυμερισμού, ώστε να προκύψει η επιθυμητή κατανομή μοριακών βαρών, η οποία μάλιστα μπορεί σε σημαντικό βαθμό να ελεγχθεί με την χρήση κατάλληλων αντιδραστηρίων και καταλυτών. (3.2) (3.3) Το προϊόν που προκύπτει έχει την μορφή παχύρρευστου ελαίου, δεδομένου των ασθενών δια-μοριακών δυνάμεων που αναπτύσσονται. Έτσι, μετά τον πολυμερισμό, με σκοπό την δημιουργία μιας στερεάς δομής, ακολουθείται η διαδικασία του βουλκανισμού, η οποία έχει στόχο την ανάπτυξη δεσμών μεταξύ των αλυσίδων (σταυροδεσμών) και τον σχηματισμό ενός πλέγματος [53,55,64]. Στην συγκεκριμένη περίπτωση χρησιμοποιείται ένας εκ των δύο παρακάτω μηχανισμών βουλκανισμού: Βουλκανισμός σε υψηλή θερμοκρασία (High Temperature Vulcanization) Στην περίπτωση αυτή αναπτύσσονται δεσμοί μεταξύ των πλευρικών μεθυλίων, με την συμμετοχή ελεύθερων ριζών, οι οποίες αποσπούν άτομα υδρογόνου [51-55]. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία από 115 ο C μέχρι 173 ο C, ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες ρίζες. Στην συνέχεια τα προϊόντα διατηρούνται σε υψηλή θερμοκρασία (post curing process), με σκοπό την απομάκρυνση πτητικών παραπροϊόντων. Η διαδικασία περιγράφεται από τις αντιδράσεις 3.4 και 3.5. Τέτοιου τύπου βουλκανισμός, χρησιμοποιείται για την 31

40 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων παραγωγή του κελύφους (housing) συνθετικών μονωτήρων Silicone Rubber (HTV SIR). (3.4) (3.5) Επιπλέον, αντίστοιχη διαδικασία ακολουθείται και για έναν άλλο τύπο Silicone Rubber, γνωστό ως Liquid Silicone Rubber (LSR), το οποίο έχει εμφανιστεί στον συγκεκριμένο χώρο τα τελευταία χρόνια. Το συγκεκριμένο υλικό διατίθεται στην μορφή δύο συστατικών (two parts mold) και τοποθετείται στους μονωτήρες με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού, όπου τα δύο συστατικά αναμιγνύονται και βουλκανίζονται σε θερμοκρασία 200 o C. Βουλκανισμός σε θερμοκρασία δωματίου (Room Temperature Vulcanization) Υπάρχουν δύο μηχανισμοί βουλκανισμού σε θερμοκρασία δωματίου [51-55]. Στην πρώτη περίπτωση η ανάπτυξη των δεσμών διασταύρωσης αναπτύσσεται μέσω ατόμων οξυγόνου και πραγματοποιείται με αντιδράσεις συμπύκνωσης ομάδων από σιλανόλες, με την συμμετοχή νερού και κατάλληλου καταλύτη (αντίδραση 3.6). Η διαδικασία αυτή ενεργοποιείται από την ατμοσφαιρική υγρασία και συνήθως σχηματίζεται αλκοόλη ως παραπροϊόν, η οποία όμως συνήθως είναι πτητική. 32

41 III. Επικαλύψεις από RTV SIR (3.6) Στην δεύτερη περίπτωση, το υλικό διατίθεται στην μορφή δύο συστατικών (two parts RTV), τα οποία αναμειγνύονται οδηγώντας στην σύνθεση του πλέγματος διασταύρωσης. Τα συστατικά αυτά αποτελούνται από πολυμερή με διαφορετικές δραστικές ομάδες, οι οποίες αντιδρούν μεταξύ τους σχηματίζοντας δεσμούς, όπως φαίνεται στην αντίδραση 3.7. (3.7) Ο μηχανισμός αυτός είναι αρκετά ακριβής και δεν παρατηρείται ο σχηματισμός παραπροϊόντων. Όμως, η ομαλή εξέλιξη του απαιτεί θερμοκρασία 60 ο C, η οποία ουσιαστικά δεν υπάρχει στο περιβάλλον, αλλά εντάσσεται σε αυτήν την κατηγορία, επειδή απαιτείται σημαντικά χαμηλότερη θερμοκρασία από τους προηγούμενους. Συνεπώς για την περίπτωση των επικαλύψεων χρησιμοποιείται ο πρώτος μηχανισμός βουλκανισμού σε θερμοκρασία δωματίου (one part RTV). 33

42 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η διαδικασία παραγωγής όπως περιγράφηκε παραπάνω φαίνεται στο σχήμα 3.2. Αξίζει να σημειωθεί η διάκριση μεταξύ πολυμερισμού και βουλκανισμού. Και οι δύο μηχανισμοί οδηγούν στην αύξηση του μοριακού βάρους των συμμετεχόντων μορίων, όμως ο πρώτος αφορά αύξηση του πλήθους των μονομερών, ενώ ο δεύτερος την δημιουργία ενός πλέγματος στερεοποίησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.3. Σχήμα 3.2 Η διαδικασία παραγωγής του υλικού Silicone Rubber 34

43 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Σχήμα 3.3 Διάκριση των διαδικασιών πολυμερισμού και βουλκανισμού στην περίπτωση του RTV Silicone Rubber Αξίζει να σημειωθεί η συγγένεια της δομής του RTV SIR, όπως προκύπτει μετά την διαδικασία του βουλκανισμού, με αυτή του γυαλιού, το οποίο χρησιμοποιείται στην κατασκευή μονωτήρων και φαίνεται στο σχήμα 3.4 [1]. Ουσιαστικά, η αύξηση του πλήθους των δεσμών βουλκανισμού, στο βαθμό όπου θα έχουν αντικατασταθεί όλα τα πλευρικά μεθύλια, οδηγεί και το RTV SIR σε μια δομή με αντίστοιχες ιδιότητες, Κάτι τέτοιο μπορεί να παρατηρηθεί σε πραγματικές συνθήκες, ως αποτέλεσμα μηχανισμών γήρανσης, όπως θα αναλυθεί παρακάτω, στην αντίστοιχη παράγραφο. Σχήμα 3.4 Δομή γυαλιού υψηλής καθαρότητας 35

44 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Βελτιωτικές προσμίξεις Όπως έχει ήδη αναφερθεί οι επικαλύψεις διατίθενται προς χρήση στην μορφή ενός μίγματος, το οποίο περιλαμβάνει το βασικό πολυμερές και ένα πλήθος βελτιωτικών προσμίξεων. Μια τυπική σύνθεση περιλαμβάνει τα παρακάτω [49] : 1. Διαλύτης (Solvent) Πριν από την διαδικασία του βουλκανισμού, το υλικό βρίσκεται στην μορφή ενός κολλώδους υγρού, εξαιτίας του μεγέθους των μορίων του πολυμερούς, αλλά και των ασθενών δια-μοριακών δυνάμεων που αναπτύσσονται, όπως αναλύθηκε παραπάνω. Έτσι, απαιτείται η χρήση κατάλληλου διαλύτη, ώστε να μειωθεί το ιξώδες και να είναι δυνατή η τοποθέτηση, με τις συνήθεις μεθόδους (π.χ. ψεκασμό, εμβάπτιση κτλ) [49,66-69]. Ο διαλύτης είτε περιλαμβάνεται στην σύνθεση του υλικού, από τον κατασκευαστή, είτε τοποθετείται πριν την εφαρμογή. Ουσιαστικά δρα ως ένα μέσω μεταφοράς του υλικού στην επιφάνεια του μονωτήρα και εξατμίζεται αμέσως μετά την τοποθέτηση, ενεργοποιώντας την διαδικασία του βουλκανισμού. Η εξάτμιση δεν αφήνει κατάλοιπα στην σύνθεση της βουλκανισμένης επικάλυψης, προκύπτει όμως ότι μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα της τοποθέτησης και ως εκ τούτου και την αποτελεσματικότητα του υλικού. Συνήθως ως διαλύτες χρησιμοποιούνται η νάφθα και το 1,1,1 τριχλωροαιθάνιο. Η επίδραση των δύο αυτών τύπων διαλύτη έχει διερευνηθεί από τους H.Deng, R.Hackam και E.A.Cherney [65], οι οποίοι διερεύνησαν την συμπεριφορά κυλινδρικών δοκιμίων, για την επικάλυψη των οποίων χρησιμοποιήθηκαν και οι δυο διαλύτες. Οι μετρήσεις που αρχικά έγιναν, έδειξαν το ίδιο επίπεδο υδροφοβίας και για τους δύο τύπους, αλλά στην περίπτωση της νάφθας, παρατηρήθηκε μεγαλύτερη τραχύτητα στην επιφάνεια, υποδεικνύοντας την επίδραση του ρυθμού εξάτμισης. Στην συνέχεια τα δοκίμια τοποθετήθηκαν σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος (salt fog), όπου το υλικό στο οποίο χρησιμοποιήθηκε νάφθα επέδειξε καλύτερη συμπεριφορά και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Ο λόγος ήταν το 36

45 III. Επικαλύψεις από RTV SIR μεγαλύτερο πάχος επικάλυψης το οποίο επιτεύχθηκε στην περίπτωση της νάφθας. Επιπλέον της συμπεριφοράς, για την επιλογή του κατάλληλου διαλύτη, πρέπει να ληφθούν υπόψη και άλλοι παράγοντες. Όπως η ευκολία και ιδιαίτερα η ασφάλεια τοποθέτησης. Για παράδειγμα η νάφθα είναι αρκετά εύφλεκτη, έτσι στην περίπτωση τοποθέτησης σε ηλεκτρισμένο εξοπλισμό (live application), δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Αντ αυτού επιβάλλεται η χρήση του 1,1,1 τριχλωροαιθανίου. 2. Προσθετικά ενίσχυσης της δομής (reinforcing fillers) Η προσθήκη ενισχυτικών δομής, στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR, αλλά και γενικότερα στα συνθετικά υλικά, που χρησιμοποιούνται σε υπαίθριες μονώσεις, έχει ως στόχο κυρίως την αντιμετώπιση της επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας. Όπως θα αναλυθεί περισσότερο παρακάτω, στην παράγραφο 3.4, κατά την λειτουργία των υλικών, η πιθανότητα παροδικής απώλειας της υδρόφοβης συμπεριφοράς, πρέπει να θεωρείται δεδομένη. Συνεπώς, κατά το χρονικό διάστημα που προκύπτει, μέχρι να επιτευχθεί η ανάκαμψη της υδροφοβίας, το υλικό είναι εκτεθειμένο σε ηλεκτρική δραστηριότητα, ανάλογη αυτής που παρατηρείται σε ένα υδρόφιλο μονωτήρα. Αποτέλεσμα είναι η καταπόνηση των υλικών, δια της προσφοράς ενέργειας, από την διάσπαση των ξηρών ζωνών [70,71], που μπορούν να δημιουργηθούν στην επιφάνεια. Η δραστηριότητα αυτή μπορεί να οδηγήσει σε πλήθος μεταβολών της δομής του υλικού [70,71], με κορωνίδα τον σχηματισμό αγώγιμων καναλιών άνθρακα (φαινόμενο tracking) και την διάβρωση που ακολουθεί (φαινόμενο erosion). Πρόκειται για δύο φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια των μονωτήρων και οδηγούν σε μια μη αντιστρεπτή υποβάθμιση της δομής και των ιδιοτήτων τους [72]. Στην πρώτη περίπτωση, δημιουργείται μια μόνιμη παραμόρφωση της επιφανειακής κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου, αφού τα κανάλια άνθρακά είναι αγώγιμα ανεξάρτητα από το φαινόμενο της ρύπανσης, 37

46 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων δημιουργώντας επιπλέον εστίες καταπόνησης του υλικού 71. Στην δεύτερη περίπτωση παρατηρείται απώλεια μάζας του υλικού, η οποία υποβαθμίζει σημαντικά την ακεραιότητα του και δημιουργεί επίσης επιπλέον εστίες καταπόνησης [72]. Η χρήση των ενισχυτικών δομής στην συγκεκριμένη περίπτωση, αποβλέπει στην αύξηση της ικανότητας του υλικού, να διαχειριστεί την ποσότητα ενέργειας, η οποία τροφοδοτείται σε αυτό από την επιφανειακή δραστηριότητα [73,74]. Συνήθως, για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται η ένυδρη αλουμίνα Al 2 O 3 H 2 O (alumina trihydrate, ATH) και το διοξείδιο του πυριτίου SiO 2 (Silica) [73]. Η ένυδρη αλουμίνα είναι σύμπλοκος ένωση του αργιλίου και χρησιμοποιείται συνήθως ως υλικό καθυστέρησης φλόγας (flame retardants). Περιλαμβάνει στην δομή της (ανά σωματίδιο) τρία μόρια νερού [57], τα οποία είναι δυνατό να απελευθερωθούν, όταν θερμανθεί σε θερμοκρασία που ξεπερνά τους 220 ο C, σύμφωνα με την αντίδραση (3.8). Η αντίδραση είναι ενδόθερμη και ως εκ τούτου, η απελευθέρωση των μορίων του νερού, συνεπάγεται την απορρόφηση ενέργειας, η οποία αυξάνεται επιπλέον από την εξάτμιση του νερού που ακολουθεί. Κατά τον τρόπο αυτό, είναι δυνατή η ανακούφιση του υλικού, αφού στον όγκο του τελικά παραμένει μικρότερη ποσότητα ενέργειας. Al 2 O 3 3H 2 O Al 2 O 3 + 3H 2 O (3.8) Επιπλέον, στην περίπτωση του Silicone Rubber, η προσθήκη ATH συνεπάγεται την αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας [75]. Η αύξηση αυτή αποδεικνύεται ιδιαίτερα σημαντική [76,77], αφού είναι δυνατή η διοχέτευση μεγαλύτερων ποσοτήτων ενέργειας στο κεραμικό υπόστρωμα και ως εκ τούτου η περαιτέρω ανακούφιση του υλικού. Η αύξηση της προσφερόμενης προστασίας στο υλικό, αλλά και η μείωση του κόστους κατασκευής [73,74], η οποία προκύπτει από την προσθήκη του ATH, αφού αντικαθίστανται ανάλογες ποσότητες του ακριβού πολυμερούς, οδήγησε αρχικά στην υιοθέτηση συνθέσεων με υψηλή περιεκτικότητα πρόσμιξης. Πολύ γρήγορα όμως προέκυψε ότι η ποσότητα ATH που χρησιμοποιείται, αλλά και άλλα χαρακτηριστικά, 38

47 III. Επικαλύψεις από RTV SIR όπως το μέγεθος του σωματιδίου, έχουν σημαντική επίδραση στην συμπεριφορά της επικάλυψης. Η επίδραση της ποσότητας της χρησιμοποιούμενης πρόσμιξης, διερευνήθηκε από τους S.H.Kim και άλλοι [76-78]. Οι δοκιμές που έκαναν σε θάλαμο υδατονέφωσης-άλατος (Salt fog), χρησιμοποιώντας κυλινδρικά δοκίμια, με επικάλυψη από RTV SIR, έδειξαν ότι υπάρχει ισχυρή σύνδεση της παρατηρούμενης επιφανειακής δραστηριότητας και τις περιεκτικότητας σε ATH. Στα δοκίμια με αυξημένη ποσότητα ATH, παρατηρήθηκε καθυστέρηση όσον αφορά την έναρξη επιφανειακής δραστηριότητας, γεγονός που υποδεικνύει την αύξηση του βαθμού προστασίας. Όμως από την στιγμή που προέκυπτε η απώλεια της υδροφοβίας, στα δοκίμια αυτά κατεγράφησαν μεγαλύτεροι χρόνοι ανάκαμψης, σε σχέση με συνθέσεις μικρότερης περιεκτικότητας σε ATH. Τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών, επιβεβαιώθηκαν και από τους R.S.Gorur και J.Mishra [79], οι οποίοι προτείνουν την υιοθέτηση συνθέσεων με χαμηλή ποσότητα πρόσμιξης, θεωρώντας ότι πρέπει να δοθεί περισσότερη έμφαση, στην ικανότητα ανάκαμψης της υδροφοβίας. Ανάλογα αποτελέσματα παρουσίασαν και οι T.G.Gustavsson και S.M.Gubanski [80], οι οποίοι πραγματοποίησαν δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες (σταθμό δοκιμών Annenberg) στην Σουηδία. Η 32 μηνών παρακολούθηση της συμπεριφοράς συνθέσεων με διαφορετική ποσότητα ATH, σε μικρότερα επίπεδα από τους S.H.Kim et al. έδειξε ότι ενώ τα υλικά με υψηλότερη περιεκτικότητα σε ΑΤΗ είχαν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, ταυτόχρονα χαρακτηρίζονταν από υψηλότερα επίπεδα ηλεκτρικής δραστηριότητας, γεγονός που αποδόθηκε στην αύξηση της επιφανειακής τραχύτητας λόγω της παρουσίας ΑΤΗ. Συνεπώς προτείνεται η υιοθέτηση σχετικά χαμηλής περιεκτικότητας σε ΑΤΗ κάτι το οποίο υποστηρίζεται από την σχετικά ισχυρή δομή του PDMS (erosion), την απουσία μεγάλων ποσοτήτων άνθρακα σε σχέση με άλλα πολυμερή (tracking) και την αποτελεσματικότητα του συστήματος PDMS/ATH. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί, ότι και τα δύο φαινόμενα έχουν παρατηρηθεί, κυρίως στην δοκιμή του κεκλιμένου 39

48 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων επιπέδου, προκύπτουν όμως σε περίπτωση ιδιαίτερα έντονης επιφανειακής δραστηριότητας, σε θερμοκρασία που ξεπερνά τους 800 o C [81,82]. Επιπλέον της ποσότητας και το μέγεθος του σωματιδίου του ΑΤΗ φαίνεται να έχει ρόλο στην αποτελεσματικότητα του συστήματος PDMS/ATH. Η παράμετρος αυτή διερευνήθηκε από τους H.Deng et al. [83,84], οι οποίοι πραγματοποίησαν δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, χρησιμοποιώντας κυλινδρικά δοκίμια με επικάλυψη από RTV SIR, ίδιας περιεκτικότητας σε ATH, αλλά με διαφορετικό μέγεθος σωματιδίου. Παρατήρησαν ότι υπάρχει μια βέλτιστη διάσταση, η οποία μπορεί να δώσει την μέγιστη διάρκεια ζωής. Για τις συνθήκες της δοκιμής η διάσταση αυτή ήταν τα 4,5μm. Στην περίπτωση μικρότερων σωματιδίων, παρατηρήθηκε μη ομοιόμορφη κατανομή του ATH, με αποτέλεσμα να προκύψουν περιοχές με χαμηλότερο επίπεδο προστασίας. Από την άλλη μεριά, η χρήση μεγαλύτερων σωματιδίων, ουσιαστικά πάνω από 13μm, συνεπάγεται αύξηση της επιφανειακής τραχύτητας, επιβράδυνση του μηχανισμού ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας (μετανάστευση των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους) και φτωχή προσαρμογή της πρόσμιξης στην δομή του υλικού, γεγονός που επηρεάζει την τιμή της θερμικής αγωγιμότητας. Αντί του ATH, πολλές φορές χρησιμοποιείται το SiO 2 ή silica, το οποίο συνήθως περιλαμβάνεται στην δομή διαφόρων πολυμερών, στοχεύοντας στην βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Όμως παράλληλα, όπως συμβαίνει και στην περίπτωση του ATH, η προσθήκη του SiO 2 συνεπάγεται αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας και ως εκ τούτου μπορεί να συνεισφέρει στην ανακούφιση του υλικού, αυξάνοντας την απαγωγή ενέργειας προς το υπόστρωμα. Η αποτελεσματικότητα των δύο τύπων πρόσμιξης έχει διερευνηθεί από τους L.Meyer και R.Omranipour [85-89], οι οποίοι εφάρμοσαν για τον σκοπό αυτό την δοκιμή του κεκλιμένου επιπέδου (inclined plane test) [88,90]. Τα αποτελέσματα των δοκιμών ανέδειξαν καταρχήν την σημασία της θερμικής αγωγιμότητας στην αντοχή των υλικών, όσον αφορά τα φαινόμενα tracking και erosion. Επιπλέον προέκυψε ότι σε 40

49 III. Επικαλύψεις από RTV SIR συνθέσεις πρόσμιξης κάτω του 40% σε βάρος, η συμπεριφορά των υλικών με ATH ήταν καλύτερη, γεγονός που αποδόθηκε στον μηχανισμό απελευθέρωσης των μορίων νερού που περιγράφηκε παραπάνω (αντίδραση 3.8). Για συνθέσεις όμως με μεγαλύτερη περιεκτικότητα, η συμπεριφορά και των δύο προσμίξεων θεωρήθηκε εφάμιλλη. Πρέπει να σημειωθεί, ότι το κύριο πλεονέκτημα του SiO 2, σε σχέση με το ATH, είναι η σημαντικά καλύτερη προσαρμογή της πρόσμιξης στην δομή του υλικού. Έτσι, με σκοπό την βελτίωση της προσαρμογής του ATH, ακολουθείται συνήθως μια διαδικασία διαμόρφωσης της επιφάνειας, γνωστή ως σιλανισμός (silanization) [91]. Επιπλέον σε ερευνητικό επίπεδο έχει ξεκινήσει η προσπάθεια διαμόρφωσης προσμίξεων στο επίπεδο των νάνο-υλικών (nanocomposites) [92]. 3. Παράγοντας ενίσχυσης του βαθμού προσκόλλησης(adhesion promoter) Ο βαθμός προσκόλλησης στην επιφάνειας του κεραμικού μονωτήρα, έχει μεγάλη σημασία για την ακεραιότητα και την διάρκεια ζωής της επικάλυψης. Μια ενδεχόμενη αποκόλληση μπορεί να οδηγήσει στην αποκάλυψη του κεραμικού υποστρώματος και στην συγκέντρωση ποσότητας ρύπων, με ό,τι αυτό συνεπάγεται. Έτσι στην σύνθεση των υλικών συμπεριλαμβάνονται κατάλληλες προσμίξεις με σκοπό την αύξηση του βαθμού προσκόλλησης [4,49]. Πρέπει να σημειωθεί, ότι έχουν καταγραφεί στην διεθνή βιβλιογραφία [4] περιστατικά, όπου είτε λόγω του ανέμου, είτε από διαδικασίες καθαρισμού, που κάποιες φορές επιβάλλονται, όταν οι ρύποι μπλοκάρουν τον μηχανισμό ανάκαμψης της υδροφοβίας, έχει παρατηρηθεί αποκόλληση του υλικού. Όμως τα περιστατικά αυτά αφορούν την πρώτη γενιά επικαλύψεων [4], όπου δεν περιλαμβάνονταν στην σύνθεση ενισχυτικά του βαθμού προσκόλλησης. Σήμερα τέτοια προβλήματα δεν έχουν καταγραφεί. 4. Χρώμα 41

50 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην σύνθεση των υλικών περιλαμβάνεται και χρώμα, συνήθως άσπρο, μπλε, γκρι ή κίτρινο, το οποίο δεν επηρεάζει την συμπεριφορά των υλικών, αλλά χρησιμοποιείται κυρίως με σκοπό την διευκόλυνση της διαδικασίας τοποθέτησης και αργότερα αξιολόγησης [4,49]. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι πολλές φορές ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο χρώμα, μπορεί να δημιουργηθούν λάθος εντυπώσεις, σχετικά με την συγκέντρωση των ρύπων, κάτι όμως το οποίο δεν συνεπάγεται απόλυτα πρόβλημα στην λειτουργία των υλικών. Αυτή η μεταβολή του χρώματος σε σχέση με τον χρόνο λειτουργίας φαίνεται στο σχήμα 3.4, σε επικαλύψεις τοποθετημένες στον Υ/Σ 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. Παλαιότερη επικάλυψη Νέα επικάλυψη Σχήμα 3.4 Μεταβολή του χρώματος της επικάλυψης λόγω της επικάθισης ρύπων σε μονωτήρες του Υ/Σ 150kV στον ΑΗΣ Λινοπεραμάτων 5. Άλλες προσμίξεις Επιπλέον των παραπάνω, στην σύνθεση των υλικών περιλαμβάνονται και άλλες προσμίξεις, οι οποίες όμως δεν έχουν σημαντική επίδραση στην συμπεριφορά των υλικών [4,49]. Χρησιμοποιούνται συνήθως για να βοηθήσουν την διαδικασία τοποθέτησης και βουλκανισμού. 42

51 III. Επικαλύψεις από RTV SIR 3.3 Η ιδιότητα της υδροφοβίας στο Silicone Rubber Υδροφοβία στο Silicone Rubber Η ιδιότητα της υδροφοβίας χαρακτηρίζει την συμπεριφορά μιας επιφάνειας σε σχέση με το απιονισμένο νερό [59,60]. Όταν μια σταγόνα βρεθεί στην επιφάνεια ενός υλικού, τότε παρατηρείται η αντίρροπη δράση δύο μηχανισμών. Αφενός οι δυνάμεις συνοχής της σταγόνας, τείνουν να μειώσουν την ελεύθερη επιφάνεια της. Αφετέρου η επιφανειακή τάση, η οποία ουσιαστικά αποτελεί έκφραση της ισχύος της εσωτερικής δομής του υλικού, τείνει να αυξήσει την επιφάνεια (του υλικού), που καλύπτεται από την σταγόνα, προκαλώντας ουσιαστικά την εξάπλωση της. Στην περίπτωση λοιπόν ενός υλικού με ισχυρή δομή, όπως η πορσελάνη και το γυαλί, παρατηρείται εξάπλωση της σταγόνας (διαβροχή), όπως φαίνεται στην εικόνα του σχήματος 3.5(α). Αντίθετα, στα πολυμερή υλικά, η ενέργεια που αναπτύσσεται στην επιφάνεια, όπως εκφράζεται από την επιφανειακή τάση (πίνακας 3.2), δεν αρκεί για να υπερνικήσει τις δυνάμεις συνοχής της σταγόνας και έτσι δεν παρατηρείται διαβροχή, όπως φαίνεται στην εικόνα του σχήματος 3.5(β). (α) (β) Σχήμα 3.5 Κατάσταση ισορροπίας κατά την εναπόθεση νερού σε μια (α) υδρόφιλη και (β) υδρόφοβη επιφάνεια [93,94] Η ισορροπία που αναπτύσσεται περιγράφεται από την εξίσωση του Young (εξίσωση 3.9, σχήμα 3.6) [59,60], γ = γ + γ cosθ (3.9) σα συ α 43

52 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων όπου γ σα είναι η διεπιφανειακή τάση του στερεού με τους ατμούς του, γ συ η διεπιφανειακή τάση του στερεού με το υγρό, γ α η επιφανειακή τάση του υγρού και θ η γωνία επαφής (contact angle). Σχήμα 3.6 Ισορροπία επιφανειακών τάσεων στην διεπιφάνεια υγρού στερεού, όπως περιγράφεται από την εξίσωση του Young Στην περίπτωση του Silicone Rubber, παρά την σχετικά ισχυρή δομή, ίσως την ισχυρότερη μεταξύ των πολυμερών, η επιφανειακή ενέργεια καταγράφεται σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα (πίνακας 3.2). Η συμπεριφορά αυτή ερμηνεύεται από την παρουσία των πλευρικών μεθυλίων, την ευκινησία της αλυσίδας και τις ασθενείς δυνάμεις, που αναπτύσσονται ανάμεσα στα μόρια του PDMS. Ουσιαστικά δηλαδή, υπάρχει μια ισχυρή δομή στην αλυσίδα του πολυμερούς, εξαιτίας της ύπαρξης του δεσμού Si-O, η οποία όμως δεν προβάλλεται στην επιφάνεια, αλλά καλύπτεται από τα πλευρικά μεθύλια, τα οποία καθορίζουν την ισχύ των δια-μοριακών δυνάμεων. Μάλιστα για τις αλυσίδες που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια, ο προσανατολισμός των μεθυλίων είναι τέτοιος (σχήμα 3.7), ώστε να κρατείται ο δεσμός Si-O και η επίδραση που μπορεί να έχει στην επιφανειακή τάση, μακριά από την επιφάνεια. Η διάταξη αυτή προκύπτει προς την κατεύθυνση ελαχιστοποίησης της επιφανειακής ενέργειας, όπως επιβάλλεται από τον 2 ο Νόμο της Θερμοδυναμικής [95]. 44

53 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Σχήμα 3.7 Προσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων σε αλυσίδες PDMS κοντά στην επιφάνεια του υλικού Απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας Η παρουσία των πλευρικών μεθυλίων στις αλυσίδες του PDMS, όπως φάνηκε από την προηγούμενη παράγραφο, αποκτά ιδιαίτερη βαρύτητα, όσον αφορά την υδρόφοβη συμπεριφορά του υλικού. Το ενδεχόμενο απώλειας αυτών των μεθυλίων, ιδιαίτερα σε αλυσίδες που βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια, συνεπάγεται ουσιαστικά και την αλλαγή της συμπεριφοράς σε υδρόφιλη. Κάτι τέτοιο, είναι δυνατό να συμβεί ως αποτέλεσμα μηχανισμών, ικανών να προκαλέσουν μεταβολές στην δομή του υλικού [96,97], οι οποίοι μπορεί να προέρχονται είτε από την ίδια την λειτουργία του υλικού (ηλεκτρική καταπόνηση), είτε από το περιβάλλον [96,97]. Τότε το υλικό οδηγείται σε μόνιμη απώλεια της υδρόφοβης συμπεριφοράς, κάτι το οποίο συνεπάγεται και το τέλος της διάρκειας ζωής του. Η αλληλουχία εμφάνισης των κυριότερων μηχανισμών, ξεκινώντας από την υδρόφοβη κατάσταση, μέχρι και την πλήρη μεταλλαγή της σε υδρόφιλη, παρουσιάζεται στο σχήμα 3.8. Κάθε ένας από τους μηχανισμούς αυτούς αναλύεται παρακάτω. 45

54 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 3.8 Αλληλουχία μηχανισμών απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας στο RTV Silicone Rubber 46

55 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Α. Εκκενώσεις Corona Η υδρόφοβη συμπεριφορά των συνθετικών υλικών και ο σχηματισμός σταγόνων νερού, στην επιφάνεια των μονωτήρων, μπορούν να οδηγήσουν στην εμφάνιση εκκενώσεων corona, λόγω της διατάραξης της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου, που προκύπτει [98]. Ανάλογα με το μέγεθος, το σχήμα, την αγωγιμότητα και την θέση των σταγόνων, η ενίσχυση της έντασης του πεδίου μπορεί να είναι διαφορετική [99,100], φθάνοντας έναν παράγοντα ενίσχυσης μεγαλύτερο του 3,9 για μια σταγόνα, και 5,4 για δύο [98,101]. Έτσι αναπτύσσονται εκκενώσεις, που έχουν τοπικό χαρακτήρα, στην επιφάνεια κάθε σταγόνας [99] ή μεταξύ αυτών [98,100,102,103]. Επιπλέον πρέπει να σημειωθεί ότι το σχήμα των σταγόνων μπορεί να μεταβληθεί, υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου, ενισχύοντας ακόμη περισσότερο την τοπική ανομοιογένεια [98,103,104]. Σε κάθε περίπτωση, το υλικό καταπονείται από πλήθος μηχανισμών, όπως η δράση ιόντων, ακτινοβολίας UV, όζοντος κ.τ.λ. [105], οι οποίοι μπορούν να υποστηρίξουν μεταβολές της δομής των υλικών [96,97]. Επιπλέον, η εξομοίωση του φαινομένου από τους H.El-Kishky και R.S.Gorur [106], με την χρήση λογισμικού, αποκάλυψε ότι η διατάραξη του πεδίου, που προκύπτει από τις σταγόνες, μπορεί να αποτελέσει την κινητήρια δύναμη για την διείσδυση νερού στον όγκο του υλικού. Η επίδραση του φαινομένου στην διάρκεια ζωής των συνθετικών υλικών έχει διερευνηθεί, τόσο στο εργαστήριο όσο και σε πραγματικές συνθήκες. Οι S.Gubanski και A.Vlastos [107], διερεύνησαν την επιφανειακή συμπεριφορά δειγμάτων EPDM και SIR, τα οποία είτε είχαν υποστεί γήρανση στο περιβάλλον, (μονωτήρες που ήταν ήδη σε λειτουργία στον σταθμό δοκιμών Annenberg), είτε καταπονήθηκαν από εκκενώσεις corona είτε από την επικάθιση ρύπων που περιείχαν άλατα. Για τα δείγματα silicone rubber, τα οποία εκτέθηκαν σε εκκενώσεις corona, προέκυψε ότι μπορεί να προκληθεί απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας, ως αποτέλεσμα της δράσης των εκκενώσεων και μάλιστα ο βαθμός της υποβάθμισης είναι συνάρτηση της διάρκειας έκθεσης. Στην συνέχεια, μετά την διακοπή της καταπόνησης, παρατηρήθηκε ανάκαμψη της συμπεριφοράς, σε αντίθεση με τους μονωτήρες από EPDM. Σε μεταγενέστερη αναφορά, οι A.Vlastos και S.Gubanski [108], 47

56 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων χρησιμοποιώντας μεθόδους χημικής ανάλυσης, όπως ESCA, FTIR και SIMS, συσχέτισαν την απώλεια της υδροφοβίας με την αύξηση της επιφανειακής σκληρότητας και την παρουσία υδροξυλίων. Αντίστοιχα συμπεράσματα προκύπτουν από τους S.H.Kim et al.[ ], οι οποίοι πραγματοποίησαν δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, χρησιμοποιώντας δοκίμια από FRP (Fiber Reinforced Plastic), με επικάλυψη RTV SIR. Από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, προέκυψε ότι αρχικά παρατηρείται μια απότομη απώλεια της υδροφοβίας, πριν την ανάπτυξη ξηρών ζωνών, η οποία σχετίζεται με την ηλεκτρική καταπόνηση [109,110]. Η απώλεια αυτή στην συνέχεια συσχετίστηκε με την παρουσία σταγόνων νερού στην επιφάνεια [111]. Αρχικά θεωρήθηκε, ότι οι εκκενώσεις corona, που παρατηρήθηκαν στο στάδιο αυτό, προκαλούν αναπροσανατολισμό των πλευρικών μεθυλίων προς το εσωτερικό του υλικού, κάτι το οποίο επιπλέον υποστηρίζεται από την παρουσία πολικών μορίων στους ρύπους [112,113]. Περαιτέρω όμως, η φασματοσκοπική χημική ανάλυση (ESCA) [113] έδειξε, επιπλέον αύξηση της παρουσίας οξυγόνου κοντά στην επιφάνεια και μείωση του αριθμού των μεθυλίων. Όπως ήταν αναμενόμενο, η επίδραση του φαινομένου corona διέγειρε το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών, οι οποίοι με σκοπό να απομονώσουν το φαινόμενο από την παρουσία ρύπων ή ξηρών ζωνών, χρησιμοποίησαν διατάξεις παραγωγής corona, που συνήθως η μορφή τους ανάγονταν στο διάκενο ακίδα πλάκα. Οι P.J.Smith et al. [114] χρησιμοποίησαν ένα διάκενο ακίδας-πλάκας με καταπόνηση AC. Η φασματοσκοπική ανάλυση των δειγμάτων που ακολούθησε, έδειξε ότι στην επιφάνεια των δοκιμίων, ως αποτέλεσμα των εκκενώσεων αυξάνει ο βαθμός διασταύρωσης (crosslinking), δημιουργώντας στην επιφάνεια ένα στρώμα SiO 2, το οποίο είναι υδρόφιλο. Στις εργασίες [ ] χρησιμοποιήθηκε ως ηλεκτρόδιο Υ.Τ. αντί για ακίδα ένα κυλινδρικό ηλεκτρόδιο, διαμέτρου 87mm, εξοπλισμένο με 31 ακίδες, μήκους 12mm, 11mm και 9mm, τοποθετημένες από το κέντρο (μεγαλύτερου μήκους) προς την περιφέρεια. Η διάταξη φαίνεται στο σχήμα 3.9, ενώ λεπτομέρειες παρατίθενται στην αναφορά [116]. Η χημική ανάλυση που ακολούθησε, επιβεβαίωσε τον σχηματισμό του στρώματος του SiO 2 και την 48

57 III. Επικαλύψεις από RTV SIR απώλεια της υδροφοβίας που αυτό προκαλεί. Το πάχος του στρώματος μετρήθηκε στα 10nm, κάτι όμως το οποίο είναι συνάρτηση του βαθμού καταπόνησης και του χρόνου έκθεσης. Μάλιστα οι ίδιοι συγγραφείς αναφέρουν ένα πάχος 100nm [117] μετά από τρεις ώρες έκθεση σε corona στην συγκεκριμένη διάταξη (απόσταση του κατώτερου σημείου του ηλεκτροδίου από το δείγμα 40mm και καταπόνηση 20kV AC). Επιπλέον, έχει ιδιαίτερη σημασία η παρατήρηση των ερευνητών, ότι ο σχηματισμός του στρώματος του SiO 2 επιβράδυνε των μηχανισμό ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας, δια της διάχυσης μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του PDMS, μηχανισμός που αναλύεται παρακάτω [115,117], κάτι το οποίο αναιρείται με ελαφριά μηχανική καταπόνηση (τάνυση <1%) [115]. Σχήμα 3.9 (α)η διάταξη έκθεσης σε εκκενώσεις corona υλικών silicone rubber που χρησιμοποιήθηκε από τους H.Hillborg και U.W.Gedde, (β) τοποθέτηση των ακίδων στο κυλινδρικό ηλεκτρόδιο [116] Οι S.Kumagai και N.Yoshimura [118] χρησιμοποίησαν μια διάταξη παράλληλων πλακών, η οποία φαίνεται στο σχήμα 3.10 [119], με σκοπό την διερεύνηση της επίδρασης των εκκενώσεων corona στην υδροφοβία [118], αλλά και στα φαινόμενα tracking και erosion [119]. Οι δοκιμές επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα των προηγούμενων ερευνητών, εντοπίζοντας την επίδραση των εκκενώσεων corona στην απώλεια της υδροφοβίας, ως αποτέλεσμα της μεταβολής της αρχικής δομής του υλικού. Οι πιθανοί μηχανισμοί χημικής μεταβολής, υπό την έκθεση σε εκκενώσεις corona, που προτείνονται από τους ερευνητές [120], παρουσιάζονται στο σχήμα Πρέπει να σημειωθεί ότι και στην περίπτωση 49

58 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων αυτή, ως κύριος μηχανισμός ανάκαμψης αναγνωρίζεται η διάχυση μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του υλικού στην επιφάνεια ή η δημιουργία αυτών ως αποτέλεσμα των εκκενώσεων corona [118,120]. Η σημασία των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους, στην περίπτωση έκθεσης σε εκκενώσεις corona και ιδιαίτερα ο σχηματισμός τους στην επιφάνεια, έχει εντοπισθεί και από άλλους ερευνητές [ ]. Σχήμα 3.10 Η διάταξη έκθεσης σε εκκενώσεις corona υλικών silicone rubber που χρησιμοποιήθηκε από τους S.Kumagai και N.Yoshimura [119] Επιπλέον της υποστήριξης χημικών μεταβολών, οι εκκενώσεις corona εναποθέτουν στην επιφάνεια των υλικών φορτία. Η παρουσία φορτίων καθώς και ο τύπος (AC ή DC corona, θετική ή αρνητική) φαίνεται να έχουν επίδραση στον μηχανισμό απώλειας της υδροφοβίας, όπως υποδεικνύεται από μετρήσεις των V.M.Moreno κ.α [125,126]. και V.M.Moreno και R.S.Gorur [127]. Παρά ταύτα το τοπίο δεν είναι απόλυτα ξεκάθαρο, καθώς φαίνεται ότι έχει σημασία και ο τρόπος εναπόθεσης των φορτίων, όπως προκύπτει από την εργασία των Μ.Rahman et al. [128], οι οποίοι, χρησιμοποιώντας τρεις διαφορετικούς μηχανισμούς εναπόθεσης, διερεύνησαν την επίδραση της παρουσίας φορτίου στην απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας. Τα αποτελέσματα τους έδειξαν ότι μόνο στην περίπτωση έκθεσης σε corona ή πλάσμα παρατηρήθηκε απώλεια της υδροφοβίας, υποδεικνύοντας την ανάγκη επιπλέον μηχανισμών. 50

59 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Σχήμα 3.11 Μηχανισμοί χημικής μεταβολής της δομής του RTV SIR υπό την έκθεση σε εκκενώσεις corona, (S.Kumagai και N.Yoshimura ) 51

60 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η παρουσία εκκενώσεων corona και η επίδραση τους στην επιφανειακή υδροφοβία έχει επιβεβαιωθεί και από παρατηρήσεις και χημική ανάλυση υλικών, μετά από γήρανση σε πραγματικές συνθήκες [ ]. Πρέπει όμως να σημειωθεί ότι με καταπόνηση αποκλειστικά από corona, απαιτείται μεγάλο χρονικό διάστημα, ώστε να εμφανιστούν σημαντικές αλλοιώσεις της δομής του υλικού [132]. Η απώλεια της υδροφοβίας που όμως προκαλεί, ουσιαστικά ανοίγει την πόρτα σε άλλα πιο δυσμενή φαινόμενα και κυρίως στην ανάπτυξη ξηρών ζωνών. Επιπλέον, στην περίπτωση των επικαλύψεων, πρέπει να ληφθεί υπόψη και η επίδραση του περιβάλλοντος μεταλλικού εξοπλισμού, ο οποίος δεν απασχολεί ιδιαίτερα στην περίπτωση των κεραμικών υλικών, όμως μπορεί να εντείνει την καταπόνηση των επικαλύψεων [32,133]. B. Υπεριώδης ακτινοβολία (UV) Η υπεριώδης ακτινοβολία αποτελεί τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, με μήκη κύματος από τα 15nm (ακτίνες Χ) μέχρι τα 400nm (ιώδες φως) [134]. Η παρουσία της στην επιφάνεια των μονωτήρων μπορεί να οφείλεται είτε στις ηλεκτρικές εκκενώσεις και ιδιαίτερα στην corona [135,136], η επίδραση της οποίας έχει συμπεριληφθεί στους μηχανισμούς της προηγούμενης παραγράφου, είτε στην πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας [135,136]. Η καταπόνηση έγκειται στην ενέργεια, η οποία ακτινοβολείται στην δομή του υλικού και στις μεταβολές που αυτή μπορεί να υποστηρίξει [55]. Αναγνωρίζεται συνεπώς ως ένας από τους μηχανισμούς γήρανσης [135], με σημαντική επίδραση σε υλικά με καθαρά οργανική αλυσίδα (δεσμοί C-C), όπως τα EPR και EPDM [136]. Για το silicone rubber, ο βαθμός μεταβολής των ιδιοτήτων του, είναι σχετικά περιορισμένος, δεδομένου ότι η μέση ενέργεια των 398kJ/mol στα 300nm [137], που φθάνει στην επιφάνεια του μονωτήρα, λόγω UV, δεν αρκεί για να προκαλέσει την διάσπαση της κύριας αλυσίδας του PDMS (πίνακας 3.1). Από την άλλη μεριά όμως είναι αρκετή για να υποστηρίξει την διάσπαση των δεσμών Si-C και C-H, αποσπώντας πλευρικά μεθύλια ή άτομα υδρογόνου από αυτά. Οι μηχανισμοί μεταβολής της δομής, οι οποίοι ενεργοποιούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία, στην περίπτωση του Silicone Rubber, έχουν καταγραφεί από τους H.Hillborg και U.Gedde [97] και παρουσιάζονται στο σχήμα

61 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Σχήμα 3.12 Μηχανισμοί χημικής μεταβολής της δομής του RTV SIR υπό την έκθεση σε UV ακτινοβολία, (H.Hillborg, και U.Gedde 97 ) 53

62 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η επίδραση της UV ακτινοβολίας στην υδροφοβία του Silicone Rubber έχει διερευνηθεί, τόσο σε ερευνητικό επίπεδο, όσο και στο πεδίο, πολλές φορές όμως με αντικρουόμενα αποτελέσματα. Ο S.M.Gubanski [138] σε δοκιμές που πραγματοποίησε σε θάλαμο γήρανσης UV, αναφέρει σημαντική επίδραση της ακτινοβολίας στην υδροφοβία συνθετικών υλικών. Μεταξύ αυτών χρησιμοποίησε και δείγματα Silicone Rubber, RTV και HTV, όπου επίσης παρατηρήθηκε μείωση της γωνίας επαφής, σε μικρότερο βαθμό όμως από ότι στα υπόλοιπα υλικά (EPDM, EPR). Οι Τ.Imakoma et al. [139] επίσης αναφέρουν ελάττωση της επιφανειακής υδροφοβίας, ως αποτέλεσμα της πρόσπτωση UV ακτινοβολίας καταγράφοντας την μείωση του αριθμού των πλευρικών μεθυλίων κοντά στην επιφάνεια, καθώς και τον τεμαχισμό των επιφανειακών αλυσίδων σε πτητικές ολιγομερείς. Στο ίδιο συμπέρασμα καταλήγουν και άλλοι ερευνητές [118,120, ], οι οποίοι επίσης αναφέρουν μια σχετική μείωση της επιφανειακής υδροφοβίας κατά την γήρανση των υλικών σε θάλαμο UV, καταγράφοντας επιπλέον την μείωση του αριθμού των LMW μορίων λόγω θέρμανσης [118,120,141]. Αντιθέτως οι R.S.Gorur et al. [142], μετά από δοκιμή σε θάλαμο UV, διάρκειας 6000h, αναφέρουν ελάχιστη ως και μηδενική μεταβολή της υδροφοβίας. Ακόμη περισσότερο οι J.G.Wankowicz et al. [143] και οι K.T.Sirait et al. [144], διερευνώντας την δυνατότητα ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας σε εργαστηριακές συνθήκες [142] και στο περιβάλλον [143], αναφέρουν επιτάχυνση του ρυθμού ανάκαμψης, μέσω των μορίων LMW. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε πραγματικές συνθήκες, η επίδραση της UV ακτινοβολίας μπορεί να περιοριστεί από την παρουσία ρύπων στην επιφάνεια του υλικού [145,146], οι οποίοι μπορούν να απορροφήσουν μέχρι και 60% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας [145]. Η παράμετρος αυτή, η οποία δεν λαμβάνεται υπόψη στις δοκιμές εργαστηριακής γήρανσης με UV, καθώς και τα διαφορετικά χαρακτηριστικά (ενέργεια μήκος κύματος) των διατάξεων παραγωγής UV ακτινοβολίας [135,147], πιθανώς να ευθύνονται για τα αντικρουόμενα αποτελέσματα. Αυτό που τελικά φαίνεται να ισχύει, είναι ότι ανάλογα με τις συνθήκες, η UV ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει μείωση της επιφανειακής υδροφοβίας, σύμφωνα με τους μηχανισμούς του σχήματος Όμως από την άλλη μεριά, η δημιουργία μορίων LMW στην επιφάνεια, ως αποτέλεσμα του τεμαχισμού των αλυσίδων, καθώς και το γεγονός ότι στην πράξη 54

63 III. Επικαλύψεις από RTV SIR συνήθως η UV ακτινοβολία συνοδεύεται από υψηλή θερμοκρασία, μπορούν να οδηγήσουν σε ταχύτερη ανάκαμψη της υδροφοβίας. Γ. Νερό Η εναπόθεση νερού στην επιφάνεια ενός μονωτήρα μπορεί να πραγματοποιηθεί ως αποτέλεσμα πολλών μηχανισμών, όπως η βροχή, η ομίχλη κτλ [2]. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του μηχανισμού ύγρανσης, αλλά και την συμπεριφορά της επιφάνειας, η επίδραση που μπορεί το νερό να έχει διαφέρει. Στην περίπτωση μιας υδρόφιλης επιφάνειας, (πορσελάνη και γυαλί), ανάλογα με την ποσότητα, το νερό είτε συμβάλλει στον σχηματισμό του αγώγιμου επιφανειακού στρώματος των ρύπων, (ομίχλη, δρόσος κτλ), είτε επιβάλλει την απομάκρυνση των ρύπων και τον καθαρισμό του μονωτήρα. Σε μια υδρόφοβη επιφάνεια, όπως αυτή των επικαλύψεων από RTV SIR, η παρουσία νερού σε μικρή ποσότητα, συνεπάγεται τον σχηματισμό σταγόνων. οι οποίες όπως έχει ήδη αναφερθεί, μπορούν να διαταράξουν την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου. Έτσι παρατηρούνται εκκενώσεις corona, ενώ υπάρχουν αναφορές που τις συσχετίζουν με το ενδεχόμενο ξαφνικών υπερπηδήσεων (sudden flashovers) [148]. Επιπλέον, στην περίπτωση του Silicone Rubber, η παρουσία νερού μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της υδροφοβίας, ως αποτέλεσμα των εξής δράσεων: α. Αναπροσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων Η παρουσία μορίων νερού στην επιφάνεια μπορεί να επιβάλλει των αναπροσανατολισμό των πλευρικών μεθυλίων προς το εσωτερικό του υλικού [77,110,113], με αποτέλεσμα την απώλεια της υδροφοβίας. β. Επιφανειακή διάβρωση στην περίπτωση όξινης βροχής Το ενδεχόμενο διαβροχής της επιφάνειας από όξινη βροχή, συνεπάγεται την επικάθιση επιπλέον του νερού, θειικών και νιτρικών οξέων, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν χημικές μεταβολές στην δομή του υλικού [137]. Η ακριβής σύνθεση της βροχής εξαρτάται από την τοποθεσία και τα είδη των ρύπων [149]. Σε κάθε περίπτωση όμως, η παρουσία τέτοιων ρύπων προκαλεί 55

64 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων διάβρωση στην επιφάνεια του υλικού. Ο ακριβής μηχανισμός έχει περιγραφεί από τους Χ.Wang et al.l [150], οι οποίοι υπέβαλλαν μονωτήρες από SIR σε τρεις διαφορετικές διαδικασίες γήρανσης, ήτοι καταπόνηση με όξινη βροχή χωρίς ηλέκτριση, καταπόνηση με όξινη βροχή με ηλέκτριση και περιοδική καταπόνηση με όξινη βροχή και συνεχή ηλέκτριση. Ακολούθως η κατάσταση των υλικών αξιολογήθηκε με μετρήσεις υδροφοβίας αλλά και χημική ανάλυση. Τα αποτελέσματα τους δείχνουν, ότι λόγω της όξινης βροχής, παρατηρείται διάβρωση της επιφάνειας του υλικού, κυρίως εξαιτίας της διάλυσης της ένυδρης αλουμίνας (ATH), που βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια, στην όξινη βροχή. Ο μηχανισμός αυτός λαμβάνει χώρα ανεξάρτητα από την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο στην περίπτωση που υπάρχει, αυξάνει ακόμη περισσότερο την καταπόνηση. Η μεταβολή αυτή της επιφάνειας και ιδιαίτερα η απώλεια ATH έχει επιβεβαιωθεί και από τους S.Kumagai [151] Η αύξηση της επιφανειακής τραχύτητας, λόγω της διάβρωσης από όξινη βροχή, έχει επιβεβαιωθεί από πλήθος ερευνητών, κυρίως σε εργαστηριακές δοκιμές [ ]. Αξίζει να σημειωθεί ότι η επίδραση φαίνεται να περιορίζεται στην επιφάνεια [154,159,160], επηρεάζοντας επιπλέον της υδροφοβίας και την αντοχή του υλικού στο φαινόμενο tracking [152,153,160]. Πάντως μεταξύ των συνθετικών υλικών που χρησιμοποιούνται σε υπαίθριες μονώσεις Υ.Τ., το Silicone Rubber φαίνεται να είναι το πιο ανθεκτικό [ ], αντιμετωπίζοντας πρόβλημα μόνο σε εξαιρετικά δυσμενείς συνθήκες οξύτητας, κάτι, που μέχρι στιγμής, δεν φαίνεται να ανταποκρίνεται στις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας [120,160]. γ. Απορρόφηση υγρασίας στον όγκο του υλικού Η απορρόφηση υγρασίας στον όγκο ενός υλικού, αποτελεί πρόβλημα γενικότερα για τις ηλεκτρικές μονώσεις με συνθετικά πολυμερή υλικά [135,164,165], αφού μπορεί να οδηγήσει σε φυσική και χημική υποβάθμιση της δομής και των ιδιοτήτων τους [165]. 56

65 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Το ενδεχόμενο της χημικής υποβάθμισης, αναφέρεται κυρίως στο φαινόμενο της υδρόλυσης, δηλαδή της θραύσης χημικών δεσμών εξαιτίας της παρουσίας του νερού 135. Ως αποτέλεσμα μπορεί να παρατηρηθεί ο τεμαχισμός αλυσίδων του πολυμερούς και η δημιουργία ολιγομερών, η υδρόλυση των προσθετικών ενίσχυσης (όπως ΑΤΗ κτλ), καθώς και φαινόμενα στις διεπιφάνειες μεταξύ του πολυμερούς και των προσθετικών [135,166]. Η απώλεια της υδροφοβίας αποδίδεται στην μεταβολή της δομής των επιφανειακών αλυσίδων, καθώς και στην απομάκρυνση των LMW μορίων του υλικού [143, ]. Η διαδικασία επιταχύνεται στην περίπτωση υψηλών θερμοκρασιών [169,170], της παρουσίας νερού σε αέρια μορφή [135,166] και από την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου [164], παράμετροι που συγκλίνουν στην περίπτωση εμφάνισης ηλεκτρικών εκκενώσεων. Η περίπτωση της φυσικής υποβάθμισης εστιάζεται κυρίως στην επίδραση της υγρασίας του υλικού στα διηλεκτρικά χαρακτηριστικά του, όπως η διηλεκτρική σταθερά και η εφαπτομένη δ, τα οποία αυξάνουν με τον βαθμό απορρόφησης της υγρασίας [ ]. δ. Βροχόπτωση Στην περίπτωση της βροχόπτωσης, όπως έχει ήδη αναφερθεί επιτυγχάνεται καθαρισμός της επιφάνειας των μονωτήρων από ρύπους, ήτοι δρα θετικά όσον αφορά το φαινόμενο της ρύπανσης. Όμως στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων η βροχόπτωση έχει συνδεθεί με το ενδεχόμενο μιας ξαφνικής υπερπήδησης [148,173,174]. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί, ότι κάτι τέτοιο έχει άμεση σχέση με την γεωμετρία των συνθετικών μονωτήρων και στην περίπτωση των επικαλύψεων, η επίδραση είναι περιορισμένη [175,176]. Όμως παράλληλα το ενδεχόμενο καθαρισμού της επιφάνειας, συνεπάγεται και την απομάκρυνση των LMW μορίων, ήτοι της απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας [143,177]. 57

66 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Το σύνολο των μηχανισμών επίδρασης του νερού στην επιφανειακή υδροφοβία του Silicone Rubber, φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 3.13 Μηχανισμοί επίδρασης του νερού στην επιφανειακή υδροφοβία του RTV SIR Δ. Θερμοκρασία Η υψηλή θερμοκρασία στην επιφάνεια του υλικού μπορεί να επηρεάσει την επιφανειακή υδροφοβία, κυρίως μεταβάλλοντας τον αριθμό και την ευκινησία των μορίων LMW του PDMS. Αν η θερμοκρασία προκύπτει από επιφανειακή δραστηριότητα (>400 ο C), ήτοι ηλεκτρικές εκκενώσεις, τότε, όπως έχει ήδη αναφερθεί, υπάρχει η πιθανότητα εξάτμισης μορίων LMW και ως εκ τούτου απώλειας της υδροφοβίας. Απεναντίας, αν η υψηλή θερμοκρασία αφορά το περιβάλλον, (<50 ο C), τότε ευνοείται ο μηχανισμός ανάκαμψης των μορίων LMW, δια της επιτάχυνσης αυτών [178,179]. Ε. Άνεμος Ο άνεμος, όπως έχει ήδη αναφερθεί, έχει ταυτόχρονα διττό ρόλο. Αφενός μεταφέρει ρύπους στην επιφάνεια των μονωτήρων, αφετέρου μπορεί να συμβάλει στον καθαρισμό αυτών. Όσον αφορά την επιφανειακή υδροφοβία, η 58

67 III. Επικαλύψεις από RTV SIR μόνη πιθανή επίδραση, αφορά την παρουσία των LMW μορίων στην επιφάνεια του υλικού και το ενδεχόμενο απομάκρυνσης τους, δια του καθαρισμού της επιφάνειας. Η μέχρι τώρα εργαστηριακή διερεύνηση, δεν έχει δείξει κάτι τέτοιο [177]. Όμως πρέπει να σημειωθεί, ότι η συγκεκριμένη εργασία των H.Deng και R.Hackam, αναφέρεται σε ασθενή άνεμο, σε μια περιοχή ταχυτήτων από 7,2km/h μέχρι 7,7km/h (2 beaufort), ενώ δεν έχει ληφθεί υπόψη, η δράση της πρόσκρουσης των σωματιδίων της ρύπανσης στην επιφάνεια του μονωτήρα. ΣT. Διασπάσεις ξηρών ζωνών (Dry band arcing) Η απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας, όπως και αν αυτή προκύψει, αφήνει εκτεθειμένο τον μονωτήρα στην δράση του φαινομένου της ρύπανσης. Η υδρόφιλη επιφανειακή συμπεριφορά, δεν διαφέρει από αυτή ενός μονωτήρα πορσελάνης, ιδιαίτερα στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR, όπου παραμένει η γεωμετρία του κεραμικού μονωτήρα. Έτσι παρατηρείται ο σχηματισμός ξηρών ζωνών, που οδηγεί στην εμφάνιση τόξων (dry band arcing). Η διάσπαση των ξηρών ζωνών, θεωρείται ως η πιο ισχυρή μορφή ηλεκτρικής καταπόνησης, που εμφανίζεται στην επιφάνεια ενός συνθετικού μονωτήρα ή επικάλυψης. Η σημαντική διαφορά, σε σχέση με τις εκκενώσεις corona, αφορά την παρουσία μεγαλύτερου ρεύματος. Η εμφάνιση ξηρών ζωνών είχε ήδη καταγραφεί από τα πρώτα στάδια εφαρμογής των συνθετικών υλικών [4], ενώ επιβεβαιώθηκε αργότερα, από δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος [76-79,83,84, , ], δοκιμές κεκλιμένου επιπέδου [85-89, ], αλλά και από την συμπεριφορά συνθετικών μονωτήρων και επικαλύψεων σε πραγματικές συνθήκες [131,183]. Η καταπόνηση έγκειται στην προσφορά ενέργειας στην δομή του υλικού με την μορφή θερμότητας. Ο μηχανισμός αυτός διερευνήθηκε αρχικά από τους S.H.Kim et al. [70,71], οι οποίοι, στηριζόμενοι σε μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, κατά την καταπόνηση σε θάλαμο υδατονέφωσης, προσδιόρισαν την θερμοκρασία που αναπτύσσεται στην επιφάνεια, κατά την διάσπαση μιας ξηράς ζώνης [71]. Τα αποτελέσματα τους έδειξαν ότι στην επιφάνεια του υλικού, παρατηρούνται θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 300 o C. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται από τους S.Kumagai και N.Yoshimura [81,82,184], με μετρήσεις 59

68 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων κατά την δοκιμή σε κεκλιμένο επίπεδο, αλλά και από τους L.H.Meyer et al. [185] οποίοι χρησιμοποίησαν για το σκοπό αυτό κάμερα υπέρυθρου φάσματος. Η ενέργεια, η οποία τροφοδοτείται στο υλικό, μπορεί να υποστηρίξει ένα πλήθος χημικών μεταβολών, επιδρώντας μεταξύ των άλλων και στην επιφανειακή υδροφοβία. Μια πολύ καλή καταγραφή αυτών των μηχανισμών έχει γίνει από τους S.H.Kim et al. στην αναφορά [186], κατατάσσοντας τους σε τρεις κατηγορίες, ήτοι αντιδράσεις αντικατάστασης και τεμαχισμού της αλυσίδας, που έχουν ήδη περιγραφεί στην περίπτωση της corona, αντιδράσεις υδρόλυσης (σχήμα 3.14) και αντιδράσεις οξείδωσης (σχήμα 3.15). Σχήμα 3.14 Αντιδράσεις υδρόλυσης στην επιφάνεια RTV SIR υποστηριζόμενες από τις διασπάσεις ξηρών ζωνών 186. Βέβαια η ακριβής επίδραση των μηχανισμών αυτών εξαρτάται από τις συνθήκες. Για παράδειγμα, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύσσεται, μπορεί να παρατηρηθεί εξάτμιση των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους, άρα ελάττωση της υδροφοβίας. Ταυτόχρονα όμως, αντιδράσεις τεμαχισμού των αλυσίδων, που υποστηρίζονται από την 60

69 III. Επικαλύψεις από RTV SIR προσφερόμενη ενέργεια, μπορεί να οδηγήσουν την παραγωγή νέων μορίων χαμηλού μοριακού βάρους, ήτοι αύξηση της υδροφοβίας. Σχήμα 3.15 Αντιδράσεις οξείδωσης στην επιφάνεια RTV SIR υποστηριζόμενες από τις διασπάσεις ξηρών ζωνών [186]. 61

70 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Μεταξύ των παραμέτρων που ορίζουν τις συνθήκες, στην περίπτωση των επικαλύψεων, όπως θα αναλυθεί περισσότερο στο κεφάλαιο 6, ιδιαίτερο ρόλο στο μέγεθος της καταπόνησης, έχουν τα θερμικά χαρακτηριστικά του υλικού. Ο λόγος είναι η παρουσία του κεραμικού υποστρώματος, το οποίο, έχοντας μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα από ότι η επικάλυψη, λειτουργεί ως δεξαμενή απορρόφησης της θερμότητας και άρα ανακούφισης του υλικού. Ουσιαστικά δηλαδή, η επικάλυψη αποτελεί ένα θερμομονωτικό στρώμα, το οποίο περιβάλει τον μονωτήρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα του, τόσο περισσότερη θερμότητα άγεται προς το κεραμικό υπόστρωμα και ως εκ τούτου περιορίζεται αυτή που παραμένει στην δομή του υλικού. Συνεπώς η θερμική αγωγιμότητα της επικάλυψης έχει ιδιαίτερη βαρύτητα όσον αφορά την επίδραση της επιφανειακής δραστηριότητας [85,86]. Οι παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν την τιμή της, είναι το πάχος της επικάλυψης και η σύνθεση. Επίδραση της σύνθεσης Όπως έχει ήδη αναφερθεί στην &3.2.3, στην σύνθεση του υλικού περιλαμβάνονται προσμίξεις, με σκοπό την αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας του υλικού. Η ποσότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί όμως περιορίζεται από άλλες παραμέτρους, όπως για παράδειγμα η επιφανειακή τραχύτητα. Το πάχος της επικάλυψης Η θερμομονωτική δράση της επικάλυψης, είναι όπως είναι αναμενόμενο ανάλογη του πάχους που χρησιμοποιείται. Η επίδραση που αυτό μπορεί να έχει, έχει διερευνηθεί από τους H.Deng et al. [65,187,188], οι οποίοι πραγματοποίησαν μετρήσεις σε θάλαμο υδατονέφωσης-άλατος, χρησιμοποιώντας κυλινδρικά δοκίμια, επικαλυμμένα από RTV SIR με διαφορετικό πάχος. Η συμπεριφορά των δοκιμίων, έδειξαν ότι υπάρχει μια βέλτιστη τιμή, η οποία εξασφαλίζει την μεγαλύτερη δυνατή διάρκεια ζωής. Η τιμή αυτή είναι 0,48mm και είναι πλέον γενικότερα αποδεκτή [49]. Στην περίπτωση που χρησιμοποιηθεί μεγαλύτερο πάχος, η θερμική αντίσταση που προβάλλεται είναι μεγαλύτερη και άρα και η καταπόνηση από τις ξηρές ζώνες αυξάνει. Από την άλλη μεριά, αν χρησιμοποιηθεί μικρότερο πάχος, 62

71 III. Επικαλύψεις από RTV SIR αυξάνει η πιθανότητα αποκάλυψης του υποστρώματος, λόγω φαινομένων όπως η διάβρωση, με αποτέλεσμα την αστοχία της εφαρμογή. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι είναι επιθυμητή, η όσο το δυνατό μεγαλύτερη ποσότητα υλικού, ώστε να εξασφαλίζεται μεγαλύτερο πλήθος μορίων χαμηλού μοριακού βάρους [189] Μηχανισμοί ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας Η ικανότητα ανάκαμψης της επιφανειακής υδροφοβίας, μετά από μια ενδεχόμενη απώλεια, αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα του Silicone Rubber. Η δυνατότητα αυτή βασίζεται κυρίως σε δύο μηχανισμούς, που έχουν άμεση σχέση με την δομή του υλικού. Οι μηχανισμοί αυτοί, είναι η δυνατότητα αναπροσανατολισμού των πλευρικών μεθυλίων και ο μηχανισμός διάχυσης μορίων χαμηλού μοριακού βάρους. Α. Αναπροσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η χαμηλή τιμή της επιφανειακής ενέργειας στο Silicone Rubber, προκύπτει ως αποτέλεσμα της παρουσίας των πλευρικών μεθυλίων. Σύμφωνα όμως με τους μηχανισμούς που αναλύθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο, η ευεργετική παρουσία των μεθυλίων μπορεί να περιοριστεί, είτε επιβάλλοντας των αναπροσανατολισμό τους προς το εσωτερικό της δομής, είτε με αντιδράσεις αντικατάστασης αυτών, συνήθως από υδροξύλια. Ως αποτέλεσμα παρατηρείται αύξηση της επιφανειακής ενέργειας και ως εκ τούτου απώλεια της υδροφοβίας. Συνήθως όμως, μετά την απόσυρση του μηχανισμού καταπόνησης, μπορεί να παρατηρηθεί επαναφορά των τιμών της επιφανειακής ενέργειας, στις αρχικές τιμές. Κάτι τέτοιο είναι εφικτό, δεδομένης της εξαιρετικής ευκαμψίας των αλυσίδων του πολυμερούς. Έτσι τα υδροξύλια που πιθανώς υπάρχουν, στρέφονται προς το εσωτερικό του υλικού, επαναφέροντας άλλα μεθύλια προς την επιφάνεια. Η συμπεριφορά αυτή έχει επιβεβαιωθεί, σε εργαστηριακές 63

72 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων δοκιμές, συνήθως κατά την καταπόνηση σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος [96,97,110,190,191]. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι ο συγκεκριμένος μηχανισμός προϋποθέτει καθαρή επιφάνεια, κάτι που σε πραγματικές συνθήκες δεν συμβαίνει. Συνήθως η επιφάνεια του μονωτήρα είναι καλυμμένη με ένα στρώμα υδρόφιλων ρύπων, το οποίο τελικά καθορίζει την συμπεριφορά. Επιπλέον δεν υπάρχει η δυνατότητα ανάκαμψης, όταν στην επιφάνεια υπάρχει ηλεκτρική δραστηριότητα, αφού απαιτείται η απόσυρση της καταπόνησης. Συνεπώς, ο αναπροσανατολισμός των πλευρικών μεθυλίων, αποτελεί δευτερεύοντα μηχανισμό ανάκαμψης. Β. Μηχανισμός διάχυσης μορίων χαμηλού μοριακού βάρους (LMW) Ο μηχανισμός διάχυσης των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του υλικού, αποτελεί την κύρια διαδικασία ανάκαμψης της υδροφοβίας. Τα μόρια αυτά υπάρχουν στον όγκο του υλικού, ήδη από την διαδικασία του πολυμερισμού [51,52]. Όμως με μέγεθος από 4 ως 14 μονομερή [181], όταν μια μέση αλυσίδα αποτελείται 675 μονομερή, τα μόρια αυτά είναι αρκετά ευκίνητα. Δεν μετέχουν έτσι στην δομή του υλικού, που προκύπτει από τον βουλκανισμό, αλλά εκμεταλλευόμενα τις ασθενείς δια-μοριακές δυνάμεις, κινούνται ελεύθερα στον όγκο του και προς την επιφάνεια. Διεισδύουν έτσι μέσα στο επιφανειακό στρώμα των ρύπων, μεταβάλλοντας την αρχικά υδρόφιλη συμπεριφορά [192] σε υδρόφοβη. Η δυνατότητα αυτή καταγράφεται στο σχήμα Στην πρώτη φωτογραφία φαίνεται ένας μονωτήρας πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, ο οποίος έχει καλυφθεί από ένα στρώμα ρύπων. Παρά την παρουσία των ρύπων, όπως φαίνεται στην δεύτερη σειρά φωτογραφιών, η επιφάνεια εμφανίζει υδρόφοβη συμπεριφορά, γεγονός που αποδίδεται στην παρουσία των μορίων LMW. Μάλιστα απομακρύνοντας τα μόρια LMW, μαζί με τους ρύπους, παρατηρείται παροδική απώλεια της υδροφοβίας, όπως φαίνεται στις φωτογραφίες της τρίτης και τέταρτης σειράς. 64

73 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Σχήμα 3.16 Ικανότητα μετάδοσης της επιφανειακής στο επιφανειακό στρώμα ρύπων, σε ένα μονωτήρα πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR 65

74 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Συνεπώς σε πραγματικές συνθήκες, ακόμη και αν δεν παρατηρηθεί κανένας από τους μηχανισμούς γήρανσης της &3.3.2, η επικάθιση υδρόφιλων ρύπων, μπορεί να αναστείλει το πλεονέκτημα της υδρόφοβης επιφάνειας. Η παρουσία των μορίων LMW και ιδιαίτερα η ικανότητα διάχυσης τους προς την επιφάνεια, αποκτά έτσι πρωτεύοντα ρόλο, όσον αφορά την λειτουργία του υλικού. Παράμετρος κλειδί ο χρόνος ανάκαμψης, ο οποίος σε αντίθεση με τον πρώτο μηχανισμό, είναι πεπερασμένος [193]. Οι παράμετροι που μπορούν να επηρεάσουν είναι: α. Η ποσότητα και το είδος των μορίων LMW Ο μηχανισμός ανάκαμψης βασίζεται στην διάχυση των μορίων LMW από τον όγκο του υλικού προς την επιφάνεια. Συνεπώς η ταχύτητα ή ο χρόνος ανάκαμψης είναι ανάλογος της διαφοράς συγκέντρωσης που υπάρχει από τον όγκο στην επιφάνεια. Αρχικά η ποσότητα εξαρτάται από την διαδικασία του πολυμερισμού που ακολουθείται. Έτσι, στην περίπτωση των επικαλύψεων, το αρχικό πλήθος είναι συνάρτηση της ποσότητας του υλικού, ήτοι του πάχους [189]. Η αρχική ποσότητα μπορεί να μεταβληθεί κατά την διάρκεια ζωής του υλικού. Διαδικασίες όπως ο φυσικός καθαρισμός [177], η αύξηση της επιφανειακής θερμότητας (εξάτμιση), αλλά και κάθε διαδικασία αύξησης του πλέγματος διασταύρωσης, μπορεί να οδηγήσει σε μείωση του πληθυσμού. Από την άλλη μεριά, η διάσπαση των αλυσίδων σε μικρότερες, μπορεί να αποτελέσει έναν μηχανισμό γένεσης [ ]. Συνεπώς, ανάλογα με τις συνθήκες και την ισορροπία που αναπτύσσεται, καθορίζεται και ο χρόνος εξάντλησης των μορίων LMW [198,199]. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι ιδιαίτερη σημασία έχει και η ποιότητα των μορίων, δηλαδή το είδος της αλυσίδας (ευθύγραμμη ή κυκλική). Η καταγραφή της διαδικασίας ανάκαμψης που έγινε από τους H.Janssen et al. [196], έδειξε ότι η παρουσία κυκλικών αλυσίδων συνεπάγεται ταχύτερη ανάκαμψη, γεγονός που επιβεβαιώνεται και από τους S.Kumagai et al. [200]. 66

75 III. Επικαλύψεις από RTV SIR β. Η θέση που έχουν στον όγκο του υλικού Η θέση των μορίων έχει μεγάλη σημασία για τον χρόνο ανάκαμψης. Όπως έχει αναφερθεί, τα μόρια κινούνται προς την επιφάνεια με μια πεπερασμένη ταχύτητα. Συνεπώς όσο πιο κοντά στην επιφάνεια βρίσκονται, τόσο ταχύτερα ανακάμπτει το υλικό. Συνήθως μετά από κάποιο χρόνο γήρανσης, εξαντλείται η ποσότητα των LMW μορίων κοντά στην επιφάνεια, οπότε αυτά ανασύρονται από μεγαλύτερο βάθος, απαιτώντας περισσότερο χρόνο [181,201]. γ. Η σύνθεση του υλικού Η κίνηση των μορίων LMW στον όγκο του υλικού επιτρέπεται, δεδομένων των ασθενών δυνάμεων που επικρατούν μεταξύ των μορίων του PDMS. Η παρουσία όμως προσμίξεων, ιδιαίτερα ανόργανης προελεύσεως, μπορεί να περιορίσει την δυνατότητα κίνησης, δια της άσκησης δυνάμεων, που αποκτούν το ρόλο της τριβής [69,199]. Ιδιαίτερη αναφορά πρέπει να γίνει στο ATH, η παρουσία του οποίου μπορεί να οδηγήσει σε επιβράδυνση της κίνησης των LMW μορίων προς την επιφάνεια [78]. Επιπλέον η αύξηση της ποσότητας της πρόσμιξης συνεπάγεται μείωση της αντίστοιχης ποσότητας πολυμερούς και άρα και μορίων LMW [69,198]. Επιπλέον των προσμίξεων, την δυνατότητα κίνησης των μορίων LMW μπορεί να περιορίσει και το πλέγμα στερεοποίησης του υλικού. Αυτό δημιουργείται κατά την διαδικασία του βουλκανισμού, η πυκνότητα του όμως μπορεί να αυξηθεί ως αποτέλεσμα της επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας, όπως περιγράφηκε παραπάνω. Το στρώμα SiO 2 που τελικά δημιουργείται, μπορεί να ανακόψει τελείως την κίνηση των μορίων, καταστέλλοντας κάθε πιθανότητα ανάκαμψης. δ. Η θερμοκρασία Όπως ήδη αναφέρθηκε, ο συγκεκριμένος μηχανισμός βασίζεται στην διάχυση των μορίων. Συνεπώς, επιπλέον της ποσότητας και η υψηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος, μπορεί να επιταχύνει την κίνηση των μορίων [178,179,198], επιτυγχάνοντας ταχύτερη ανάκαμψη. 67

76 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων ε. Το είδος των ρύπων Το είδος, των ρύπων μπορεί να επηρεάσει την δυνατότητα ανάκαμψης δια της διάχυσης των μορίων LMW. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, τα μόρια αυτά πρέπει να διεισδύσουν στο επιφανειακό στρώμα των ρύπων και να κινηθούν μέσα σε αυτό, ώστε να επιβάλλουν την υδρόφοβη συμπεριφορά. Στην πραγματικότητα, τα μόρια LMW απορροφώνται από το επιφανειακό στρώμα των ρύπων, το οποίο χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη επιφανειακή ενέργεια από ότι το υλικό [202]. Μάλιστα όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά ενέργειας μεταξύ ρύπων και υλικού, τόσο εντονότερη είναι η απορρόφηση των μορίων από τους ρύπους. Έτσι η δομή των ρύπων [ ] καθώς και η ποσότητα που έχει συγκεντρωθεί [204], ουσιαστικά καθορίζει την ταχύτητα ανάκαμψης. Στον πίνακα 3.3 καταγράφεται η συμπεριφορά, ως προς τα μόρια LMW διαφόρων τύπων ρύπανσης. Πίνακας 3.3 Συμπεριφορά του στρώματος των ρύπων σε σχέση με τον μηχανισμό διάχυσης των μορίων LMW. Είδος ρύπου Πυριτικό άλευρο (Kieselguhr), Αδρανής Πυλός καολίνης, Πυλός Οξείδια SiO 2, ZnO, μετάλλων Fe 2 O 3, Al 2 O 3, BaSo 4, CaSo 4, Ανόργανα ZnSo 4, NH 4 Cl, άλατα CaCl 2, NaCl, KCl Πυλός + NaCl, Μίγματα Πυλός + CaSo 4, Συμπεριφορά Στην περίπτωση του πυριτικού αλεύρου και του πυλού η διάχυση είναι ιδιαίτερα εύκολη. Το ίδιο ισχύει και για τον πυλό καολίνης, όπου όμως απαιτείται μεγαλύτερος χρόνος ανάκαμψης [204,205]. Γρήγορη ανάκαμψη μεταξύ 12h και 24h, ανάλογα με το οξείδιο [203,204]. Περιορισμένη δυνατότητα κίνησης, απαιτείται μεγάλος χρόνος ανάκαμψης [204,205]. Η συμπεριφορά εξαρτάται από την περιεκτικότητα, σύμφωνα με τα παραπάνω [204,205] 68

77 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Αξίζει να σημειωθεί ότι, στην περίπτωση που η παρουσία των ρύπων περιορίζει την δυνατότητα ανάκαμψης, τότε είναι δυνατή η ανάκτηση της αρχικής συμπεριφοράς, με καθαρισμό της επιφάνειας του υλικού. Διάφορες μέθοδοι έχουν δοκιμαστεί από τους S.H.Kim et al. [206], σε συνθήκες λειτουργίας όμως, ο καθαρισμός με νερό υψηλής πίεσης, όπως και στην περίπτωση των μονωτήρων χωρίς επικάλυψη, φαίνεται ως η πλέον αποδεκτή μέθοδος [207]. 3.4 Μέθοδοι παρακολούθησης της συμπεριφοράς μονωτήρων Υ.Τ. Όπως ήδη αναφέρθηκε στο κεφάλαιο 2, το φαινόμενο της ρύπανσης των μονωτήρων, είναι αποτέλεσμα της σύνθεσης πλήθους παραμέτρων, προερχόμενων τόσο από το περιβάλλον, όσο και από το ίδιο το μονωτικό σύστημα. Ως αποτέλεσμα εμφανίζει έντονο τοπικό χαρακτήρα, που δεν επιτρέπει την θέσπιση γενικών κανόνων, αλλά απαιτείται η κατά τόπους παρακολούθηση και καταγραφή του προβλήματος. Σκοπός, είναι η αξιολόγηση του βαθμού επίδρασης του περιβάλλοντος και της συμπεριφοράς συγκεκριμένων μονωτήρων (γεωμετρία, υλικό κτλ) σε αυτό. Επιπλέον, πολλές φορές αναζητείται η έγκαιρη ενημέρωση των μηχανισμών συντήρησης ενός δικτύου, με σκοπό την λήψη μέτρων και την αποφυγή ενδεχόμενων υπερπηδήσεων. Προς την κατεύθυνση αυτή έχουν χρησιμοποιηθεί πολλές μέθοδοι, μια πολύ καλή καταγραφή των οποίων, έχει γίνει από την ομάδα εργασίας (working group) 04 της επιτροπής μελέτης (study committee) 33 της Cigre [2,5,208]. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον πίνακα

78 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Πίνακας 3.4 Μέθοδοι παρακολούθησης του φαινομένου της ρύπανσης Μέθοδος Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Μέτρηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης (σε σχέση με το φαινόμενο) Πυκνότητα επικάθισης ισοδύναμης ποσότητας άλατος (ESDD) 1. Χαμηλό κόστος εξοπλισμού 2. Αντικειμενική 3. Μπορεί να εφαρμοστεί άνευ ηλέκτρισης 4. Δίνει εικόνα συνολικά των ρύπων της περιοχής 1. Χαμηλό κόστος εξοπλισμού 2. Δεν απαιτείται ηλέκτριση 3. Δίνει δεδομένα για την επίδραση της γεωμετρίας των μονωτήρων 4. Είναι ευρύτατα αποδεκτή (πεδίο και εργαστήριο) 1. Δεν δίνει άμεσα συμπεράσματα για την συμπεριφορά των μονωτήρων 2. Δεν λαμβάνει υπόψη τους μηχανισμούς ύγρανσης 3. Απαιτείται μεγάλο χρονικό διάστημα μετρήσεων 4. Δεν λαμβάνει υπόψη την δυνατότητα αυτοκαθαρισμού των μονωτήρων 1. Εξαρτάται σημαντικά από την στιγμή μέτρησης 2. Απαιτείται πολύς χρόνος και μετρήσεις για ασφαλή συμπεράσματα 3. Απαιτεί εκπαιδευμένο προσωπικό 4. Δεν μπορεί να εντοπίσει την επίδραση πτητικών ρύπων (SO 2,H 2 S) 5. Κατά την εφαρμογή της μεθόδου διαταράσσεται η κατανομή των ρύπων 6. Δεν καταγράφεται η διαλυτότητα των ρύπων και η επίδραση του μηχανισμού ύγρανσης 7. Δεν μπορεί να εφαρμοστεί στην περίπτωση των συνθετικών υλικών Πυκνότητα επικάθισης μη διαλυτών ρύπων (NSDD) Μέθοδος παρόμοια με την ESDD, στοχεύοντας όμως στην καταγραφή των αδρανών ρύπων. Συνήθως εφαρμόζονται παράλληλα. Μέτρηση της επιφανειακής αγωγιμότητας 1. Καταγραφή της συγκέντρωσης ρύπων και της επίδρασης της γεωμετρίας των μονωτήρων 2. Ο υπό μέτρηση μονωτήρας δεν είναι συνέχεια ηλεκτρισμένος 3. Η μέτρηση μπορεί να αυτοματοποιηθεί 4. Υπάρχει η δυνατότητα αντιστοίχησης με το εργαστήριο 5. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε μη ηλεκτρισμένες εγκαταστάσεις 1. Απαιτείται η ύγρανση της επιφάνειας 2. Πολύπλοκος και υψηλού κόστους εξοπλισμός 3. Δεν λαμβάνεται υπόψη η επίδραση αργά διαλυόμενων αλάτων 4. Δεν μπορεί να καταγραφεί η εξέλιξη της επιφανειακής δραστηριότητας συνολικά 70

79 III. Επικαλύψεις από RTV SIR Καταγραφή της καταπόνησης υπερπήδησης 1. Χαμηλό κόστος 2. Διερευνάται η συμπεριφορά πραγματικών μονωτήρων 1. Τα αποτελέσματα είναι εφαρμόσιμα μόνο για τον συγκεκριμένο μονωτήρα 2. Λόγω των απαιτούμενων υπερπηδήσεων δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε Συστήματα Μεταφοράς 3. δεν καταγράφεται η εξέλιξη της επιφανειακής δραστηριότητας Οπτικές μετρήσεις Εξαιρετικά περιορισμένη εφαρμογή Μέτρηση του ρεύματος διαρροής 1. Είναι δυνατή η συνεχής παρακολούθηση της συμπεριφοράς των μονωτήρων σε πραγματικές συνθήκες 2. Καταγραφή του συνόλου των ηλεκτρικών φαινομένων 3. Εύκολη αντιστοίχηση με εργαστηριακές δοκιμές 4. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κάθε τύπο μονωτήρα 5. Δεν μεταβάλλει την κατανομή των ρύπων στην επιφάνεια 1. Υψηλό κόστος και πολυπλοκότητα εξοπλισμού 2. Περιορισμένο πλήθος υπό παρακολούθηση μονωτήρων 3. Απαιτείται η ύγρανση της επιφάνειας 71

80 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 72

81 III. Επικαλύψεις από RTV SIR 3.5 Μέτρηση του ρεύματος διαρροής Η μέτρηση του ρεύματος διαρροής παρέχει σημαντική ποσότητα πληροφορίας, σχετικά με την κατάσταση της επιφάνειας και του είδος των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα σε αυτή. Επιπλέον είναι εφικτή η πραγματοποίηση μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, σε κάθε τύπο μονωτήρα, ανεξάρτητα από γεωμετρία, υλικό κτλ. Έτσι παρά την πολυπλοκότητα και το κόστος του απαιτούμενου εξοπλισμού, ως μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί από πλήθος ερευνητών ανά τον κόσμο. Αρχικά η μέτρηση περιορίζονταν στην καταγραφή του πλήθους των παλμών ρεύματος, που υπερέβαιναν συγκεκριμένα επίπεδα και στην συνέχεια στην στατιστική διερεύνηση αυτών [2,5,208]. Στην συνέχεια αναπτύχθηκαν διατάξεις, ικανές να καταγράψουν τις μέγιστες τιμές ρεύματος (I peak ), ανά συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Στο στάδιο αυτό έγινε και μια από τις πρώτες προσπάθειες συσχέτισης των τιμών του ρεύματος διαρροής, με την πιθανότητα υπερπήδησης ενός μονωτήρα. Οι M.P.Verma. et al. [210], στηριζόμενοι σε εργαστηριακές δοκιμές διαφόρων τύπων μονωτήρων, σε θάλαμο υδατονέφωσης-άλατος, κατέληξαν στο ότι η τιμή του ελάχιστου ρεύματος, που μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση, είναι συγκεκριμένη για κάθε τύπο μονωτήρα και μέγεθος εφαρμοζόμενης τάσης. Το κριτήριο αυτό περιγράφεται από την εξίσωση 3.10: Όπου I C L = VC 2 (3.10) I C το εύρος του ρεύματος διαρροής κατά την τελευταία ημιπερίοδο πριν την υπερπήδηση, V C η τιμή κορυφής της τάσης κατά την τελευταία ημιπερίοδο πριν την υπερπήδηση και L το μήκος ερπυσμού Το ενδεχόμενο συσχέτισης του ρεύματος διαρροής με την πιθανότητα υπερπήδησης, αύξησε το ενδιαφέρον για την μέθοδο αυτή. Επιπλέον η εισαγωγή των σύνθετων πολυμερών υλικών, δημιούργησε την ανάγκη 73

82 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων διερεύνησης συνολικά της ηλεκτρικής δραστηριότητας στην επιφάνεια των μονωτήρων, επιπλέον της υπερπήδησης που αρχικά απασχολούσε στην περίπτωση των κεραμικών μονωτήρων. Έτσι με σύμμαχο την εξέλιξη της ηλεκτρονικής παρουσιάστηκαν καλύτερες διατάξεις καταγραφής με περισσότερες δυνατότητες, περνώντας μάλιστα σε μετρήσεις υπό πραγματικές συνθήκες. Μια από τις πρώτες, τέτοιου τύπου, διατάξεις χρησιμοποιήθηκαν στην Σουηδία, από τον A.E.Βλαστό και τους συνεργάτες του, οι οποίοι εγκατέστησαν ένα σύστημα καταγραφής του ρεύματος διαρροής, στον υπαίθριο σταθμό δοκιμών του Annenberg. Το σύστημα αρχικά αποτύπωνε το ρεύμα διαρροής σε χαρτί, μετά από ανόρθωση, έχοντας την δυνατότητα καταγραφής μέχρι και 100mA [38]. Παράλληλα χρησιμοποιούταν ένα σύστημα καταγραφής των μεγίστων τιμών ρεύματος, αντίστοιχο με αυτό των Verma et al., καθώς και μετρητές υπερπηδήσεων. Επιπλέον στον χώρο υπήρχε και συγχρονισμένος μετεωρολογικός σταθμός. Αργότερα, στα μέσα της δεκαετίας του 80, τοποθετήθηκε ψηφιακό σύστημα καταγραφής του ρεύματος και για την αποθήκευση των δεδομένων χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικός υπολογιστής 211. Το συγκεκριμένο σύστημα χρησιμοποιήθηκε για την διερεύνηση της συμπεριφοράς, στις συγκεκριμένες συνθήκες, μονωτήρων, τόσο από κεραμικά υλικά [211], όσο και από συνθετικά πολυμερή υλικά [212]. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων παρουσιάστηκαν σε πλήθος δημοσιεύσεων [38,39,80,107,108,183,211,212,213], επιβεβαιώνοντας ουσιαστικά την καταλληλότητα της μεθόδου για την διερεύνηση του φαινομένου. Επιπλέον προέκυψε σημαντική σχέση των μετρήσεων του ρεύματος διαρροής με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες. Σήμερα στην Σουηδία, η συγκεκριμένη μέθοδος χρησιμοποιείται σε επιπλέον δύο σταθμούς δοκιμών, στο νησί Bohus-Malmon και στην Ludvika [13]. Αντίστοιχα συστήματα χρησιμοποιήθηκαν και σε άλλες χώρες. Στην Ιαπωνία, οι N.Sugawara et al. [ ], εγκατέστησαν ένα σύστημα καταγραφής του ρεύματος διαρροής, με σκοπό την διερεύνηση της συμπεριφοράς διαφόρων τύπων μονωτήρων πορσελάνης, σε παράκτιες συνθήκες και υπό την παρουσία χιονιού ή πάγου. Το σύστημα αποτελούταν από μια πηγή H.V.D.C. η οποία καταπονούσε συνεχώς τους υπό δοκιμή μονωτήρες, ένα σύστημα αυτόματης μέτρησης της τάσης κατά μήκος μιας αντίστασης και ένα ψηφιακό 74

83 III. Επικαλύψεις από RTV SIR σύστημα συλλογής δεδομένων. Τα αποτελέσματα τους έδειξαν, μεταξύ άλλων, σημαντική επίδραση των συνθηκών ύγρανσης στις πραγματοποιούμενες μετρήσεις. Αντίστοιχη επίδραση αναφέρουν και οι C.N.Richards και J.D.Renowden [217,218], οι οποίοι εγκατέστησαν ένα σύστημα καταγραφής της ρύπανσης σε Γραμμές Μεταφοράς στην Φλόριντα, των Η.Π.Α.. Σκοπός τους ήταν η παρακολούθηση της κατάστασης των μονωτήρων και η έγκαιρη ανίχνευση του ενδεχομένου υπερπήδησης. Ερέθισμα στην προσπάθεια αυτή ήταν η παρατήρηση ενός σημαντικού αριθμού σφαλμάτων (178), σε διάρκεια εννέα ημερών, τα Χριστούγεννα του 1991 [219]. Το σύστημα αυτό αποτελούταν από τρία υποσυστήματα. Ένα μετεωρολογικό σταθμό, ένα όργανο καταγραφής της μέγιστης τιμής του ρεύματος διαρροής ανά ημιπερίοδο και ένα σύστημα καταγραφής της ποσότητας των ρύπων και του βαθμού ύγρανσης, το οποίο βασίζονταν σε ένα ομοίωμα μονωτήρα. Περισσότερες λεπτομέρειες δεν δίνονται στην αναφορά για την κατασκευή αυτή. Είναι σημαντικό όμως, ότι από την εφαρμογή του συστήματος, προέκυψε, ότι η μέτρηση του ρεύματος διαρροής δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο προειδοποίησης για τους διαχειριστές ενός δικτύου, λόγω της ισχυρής εξάρτησης των μετρήσεων από την υγρασία. Για το λόγο αυτό προτείνονται στην βιβλιογραφία, συστήματα όπου υπάρχει η δυνατότητα τεχνητής ύγρανσης των μονωτήρων. Οι D.R.H.Orbin και D.A.Swift [220] παρουσίασαν ένα σύστημα, το οποίο μέσω επαφών Peltier [221], επιτύγχανε την κατά βούληση ψύξη ενός μοντέλου μονωτήρα. Έτσι ήταν δυνατή η ομοιόμορφη ύγρανση της επιφάνειας του μονωτήρα, μέσω του μηχανισμού της συμπύκνωσης, ενώ ταυτόχρονα δεν μεταβάλλονταν η ποσότητα των ρύπων στην επιφάνεια (καθαρισμός). Ο μονωτήρας αυτός ήταν συνεχώς υπό τάση (5kV DC) και έτσι μετρώντας το ρεύμα διαρροής ήταν εφικτός ο προσδιορισμός του επιπέδου ρύπανσης. Το σύστημα αυτό βελτιώθηκε στην συνέχεια από τους F.F.Bologna et al. [222]. Βασικό μειονέκτημα όμως παρέμεινε, η περιορισμένη δυνατότητα μέτρησης, όταν η ατμοσφαιρική θερμοκρασία ξεπερνούσε τους 25 o C, αφού τότε ήταν πολύ δύσκολη η ψύξη του μονωτήρα. Το πρόβλημα αυτό αντιμετώπισαν οι W.H.Schwardt et al. [223,224], στο σύστημα των οποίων, υπήρχε η δυνατότητα έκθεσης του μονωτήρα στο περιβάλλον και 75

84 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων στην συνέχεια ήταν δυνατή η μετακίνηση του, με ένα μεταλλικό βραχίονα, σε ένα κλειστό χώρο, κατάλληλα διασκευασμένο, ώστε να είναι δυνατή η ύγρανση της επιφάνειας με ψεκασμό ή άλλους τρόπους. Έτσι, με την ηλέκτριση του μονωτήρα και την καταγραφή του ρεύματος διαρροής, μπορούσε να γίνει προσδιορισμός της επιφανειακής αγωγιμότητας. Αντίστοιχες συσκευές έχουν προταθεί και από άλλους ερευνητές, πάντα με σκοπό την έγκαιρη ενημέρωση των διαχειριστών ενός δικτύου για τον βαθμό συγκέντρωσης ρύπων. Δεν προσφέρουν όμως την απαραίτητη ποσότητα πληροφορίας, όσον αφορά την εξέλιξη του φαινομένου και την συγκριτική συμπεριφορά των μονωτήρων. Έτσι σε ερευνητικό επίπεδο, η εξέλιξη των συσκευών προχώρησε προς την κατεύθυνση της αύξησης δυνατοτήτων όπως ο ρυθμός δειγματοληψίας, το ελάχιστο και το μέγιστο ανιχνευόμενο ρεύμα, η δυνατότητα καταγραφής της κυματομορφής του ρεύματος κτλ. Τέτοιες διατάξεις έχουν χρησιμοποιηθεί από πολλούς ερευνητές [ ]. Οι W.L.Vosloo και J.P.Holtzhausen [ ], στον σταθμό δοκιμών Koeberg στην Ν.Αφρική, χρησιμοποίησαν διάφορες διατάξεις καταγραφής του ρεύματος διαρροής με σκοπό την διερεύνηση της συμπεριφοράς διαφόρων τύπων μονωτήρων (γεωμετρία, υλικό κ.α.). Οι B.Pokarier et al. [232] στην Αυστραλία, βασίστηκαν επίσης στην μέτρηση του ρεύματος διαρροής, με σκοπό την αξιολόγηση της συμπεριφοράς μονωτήρων από διάφορά συνθετικά υλικά, σε πραγματικές συνθήκες. Αντίστοιχη διάταξη χρησιμοποιήθηκε και από τους R.S.Gorur και B.S.Bernstein [233] για την διερεύνηση της συμπεριφοράς ακροκιβωτίων από πορσελάνη ή συνθετικά υλικά σε πραγματικές συνθήκες. Παράλληλα με τις μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες, το ρεύμα διαρροής αποτελεί την κύρια παράμετρο αξιολόγησης, της ηλεκτρικής δραστηριότητας και στο εργαστήριο. Στην περίπτωση των κεραμικών μονωτήρων, η εργαστηριακή διερεύνηση εστιάζεται στην ανάπτυξη κριτηρίων πρόβλεψης, μιας ενδεχόμενης υπερπήδησης, βάσει των μετρήσεων του ρεύματος διαρροής. Ξεκινώντας από το κριτήριο του Verma (εξ. 3.10), το οποίο αναφέρθηκε παραπάνω, η πρώτη ομάδα μεθόδων πρόβλεψης συσχετίζει την πιθανότητα υπερπήδησης με το εύρος του ρεύματος διαρροής. Οι J.P.Holtzhausen και W.L.Vosloo [234,235] χρησιμοποίησαν μετρήσεις του 76

85 III. Επικαλύψεις από RTV SIR ρεύματος διαρροής, με σκοπό την αξιολόγηση των γνωστότερων μαθηματικών μοντέλων που έχουν προταθεί για την υπερπήδηση ενός μονωτήρα, λόγω ρύπανσης. Στις εργασίες [236,237,238] βασιζόμενοι σε μετρήσεις του ρεύματος διαρροής κατά την διάρκεια δοκιμών τεχνητής ρύπανσης-ύγρανσης, συσχετίζουν στην πιθανότητα υπερπήδησης με το πλήθος των τιμών του ρεύματος διαρροής, που υπερβαίνουν ένα ορισμένο κατώφλι για ορισμένο χρονικό διάστημα. Η προσέγγιση αυτή αντιστοιχεί ουσιαστικά σε ένα φάκελο, ο οποίος περικλείει την κυματομορφή και ενδιαφέρει η δραστηριότητα που βγαίνει εκτός. Για τις συγκεκριμένες συνθήκες, αναφέρουν ότι μια υπερπήδηση προϋποθέτει μια μέση δραστηριότητα της τάξης των 92mA, για χρονικό διάστημα 100ms. Επίσης οι M.A.M.Piah και Α.Darus [239], χρησιμοποίησαν την μέθοδο της Διαστασιολογικής Ανάλυσης, με σκοπό την συσχέτιση του ρεύματος διαρροής με παραμέτρους όπως η υγρασία και η επιφανειακή αγωγιμότητα. Επιπλέον του εύρους, αρκετοί ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης και την παρουσία αρμονικών, με σκοπό την έγκαιρη πρόβλεψη μιας ενδεχόμενης υπερπήδησης (δεύτερη ομάδα μεθόδων). Την δυνατότητα αυτή παρείχε η ικανότητα καταγραφής της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής, διαθέσιμη στα νεώτερα συστήματα συλλογής δεδομένων. Οι M.Sato et al. [240] ανέλυσαν με την χρήση λογισμικού, κυματομορφές του ρεύματος διαρροής, από δοκιμές μονωτήρων πορσελάνης σε θάλαμο υδατονέφωσης και υδατονέφωσης άλατος. Η ανάλυση έδειξε την παρουσία περιττών αρμονικών στην κυματομορφή του ρεύματος, κυρίως μέχρι και την πέμπτη αρμονική. Το εύρος του φάσματος επιβεβαιώθηκε και από άλλους ερευνητές [ ], επίσης από μετρήσεις τεχνητής ρύπανσης. Επιπλέον, η διερεύνηση των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής από τον T.Suda [243,244], έδειξε ότι υπάρχουν αρμονικές σε όλα τα στάδια εξέλιξης του φαινομένου, οι οποίες δεν οφείλονται πάντα σε ηλεκτρικές εκκενώσεις. Ακόμη φαίνεται να είναι εφικτή η θέσπιση κατωφλίων για κάθε αρμονική, η υπέρβαση των οποίων να συνεπάγεται την αύξηση της πιθανότητας υπερπήδησης. Τα κατώφλια αυτά όμως, φαίνεται να έχουν σχέση με τον τύπο του μονωτήρα και τις συνθήκες λειτουργίας. Στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων και επικαλύψεων, η μέτρηση του ρεύματος διαρροής αποτελεί την μέθοδο αξιολόγησης της ηλεκτρικής συμπεριφοράς των υλικών, στους περισσότερους τύπους δοκιμών, όπως η 77

86 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων καταπόνηση σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος (salt fog) [40,65,69-71,75-79,83,84,96, , , ], στην δοκιμή του κεκλιμένου επιπέδου (Inclined plane test) [81,82,85-89, ,184,185], στην δοκιμή του περιστρεφόμενου τροχού (Rotating Wheel Dip Test) [ ], αλλά και σε νεότερες δοκιμές, όπως η δοκιμή Dynamic Drop [135], η οποία προτείνεται από τo WG D1.14 της CIGRE, για την αξιολόγηση της επιφανειακής υδροφοβίας. Η επιλογή αυτή γίνεται, δεδομένης της δυνατότητας συνεχούς καταγραφής της επιφανειακής δραστηριότητας, η οποία επιτρέπει, αφενός την αυτοματοποίηση της διαδικασίας και αφετέρου την καταγραφή συνολικά της επιφανειακής δραστηριότητας. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, στην περίπτωση των συνθετικών υλικών, σημαντικό ρόλο έχει το φαινόμενο corona, το οποίο επίσης μπορεί να αποτυπωθεί στην κυματομορφή του ρεύματος διαρροής. Έτσι, η προσπάθεια ανάλυσης των κυματομορφών, εστιάζεται αφενός στην ανάπτυξη μεθόδων διαχωρισμού, της επίδρασης του φαινομένου corona, από τις εκκενώσεις κατά μήκος των ξηρών ζωνών και αφετέρου στην σύνδεση του ρεύματος διαρροής με τις παρατηρούμενες μεταβολές στην δομή του υλικού. Με σκοπό τον εντοπισμό του σημείου μετάβασης από την Corona στις εκκενώσεις ξηρών ζωνών, οι I.J.S.Lopes et al. [248] χρησιμοποίησαν μια διάταξη μέτρησης μερικών εκκενώσεων, παράλληλα και ταυτόχρονα με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Σκοπός ήταν η διερεύνηση του διαστήματος που μεσολαβεί από την έναρξη της καταπόνησης (τάση και θάλαμος υδατονέφωσης άλατος), μέχρι και την ανάπτυξη ξηρών ζωνών. Κατά το διάστημα αυτό, το παρατηρούμενο εύρος του ρεύματος διαρροής είναι ιδιαίτερα μικρό, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η εύκολη καταγραφή του. Για το λόγω αυτό χρησιμοποιείται και ο εξοπλισμός των μερικών εκκενώσεων [101]. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων έδειξαν ότι η εμφάνιση των ξηρών ζωνών προκύπτει για ρεύμα διαρροής που ξεπερνά το 1mA. Από το επίπεδο αυτό και πάνω, συνυπάρχουν στην επιφάνεια του υλικού, τόσο οι εκκενώσεις Corona, σε περιοχές που παραμένουν υδρόφοβες, όσο και οι εκκενώσεις κατά μήκος των ξηρών ζωνών. Με σκοπό τον διαχωρισμό της επιμέρους επίδρασης του κάθε φαινομένου στο ρεύμα διαρροής, οι Α.Η. El-Hag et al. [249] ανέλυσαν με Γρήγορο Μετασχηματισμό Fourier (FFT), κυματομορφές του ρεύματος διαρροής από δοκιμή σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος. Η ανάλυση έδειξε ότι και στην περίπτωση αυτή, όπως και στους 78

87 III. Επικαλύψεις από RTV SIR κεραμικούς μονωτήρες, η επιφανειακή δραστηριότητα συνεπάγεται την ενίσχυση των περιττών αρμονικών και ιδιαίτερα της τρίτης και της πέμπτης. Η χημική ανάλυση που ακολούθησε έδειξε ότι υπάρχει συσχέτιση της παρουσίας των αρμονικών, με την κατάσταση του υλικού και τον βαθμό γήρανσης. Οι M.Otsubo et al. [250] υλοποίησαν μια μεθοδολογία διάκρισης του ρεύματος σε τρεις συνιστώσες, ήτοι μια ημιτονοειδή, που αντιστοιχεί στην ροή ρεύματος στο αγώγιμο στρώμα των ρύπων (χωρίς εκκενώσεις), μια που αντιστοιχεί σε εκκενώσεις στα άκρα των ξηρών ζωνών και τέλος μια για τις εκκενώσεις corona. Η διάκριση γίνεται με την χρήση λογισμικού. Αρχικά αναλύεται η κυματομορφή, υλοποιώντας ένα αλγόριθμο γρήγορου μετασχηματισμού Fourier (FFT). Οι συνιστώσες με συχνότητα πάνω από 2,5kHz αποδίδονται σε εκκενώσεις corona και το υπόλοιπο φάσμα στις άλλες δύο συνιστώσες. Στην συνέχεια, η παρουσία των εκκενώσεων σε ξηρές ζώνες ανιχνεύεται από τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος. Τέλος υπολογίζεται η προσφορά της κάθε συνιστώσας. Επιπλέον τα αποτελέσματα συσχετίστηκαν με τις μεταβολές της δομής του υλικού. Αντίστοιχη διαδικασία ακολούθησαν και οι S.Kumagai και N.Yoshimura [251], οι οποίοι όμως αντί για μετασχηματισμό Fourier χρησιμοποιήθηκαν Wavelets. Και στις δύο περιπτώσεις διαπιστώθηκε ισχυρή εξάρτηση της παρουσίας κάθε συνιστώσας, από την κατάσταση της επιφάνειας (ύγρανση, παρουσία ρύπων και γήρανση). 79

88 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 80

89 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Κεφάλαιο 4 ο Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες 4.1 Εισαγωγή Η διερεύνηση της συμπεριφοράς των μονωτήρων σε πραγματικές συνθήκες, μπορεί να προσφέρει σημαντική ποσότητα πληροφορίας, τόσο όσον αφορά την εξέλιξη του φαινομένου της ρύπανσης, όσο και την συμβολή των διαφόρων παραμέτρων που συνθέτουν αυτό. Η πληροφορία αυτή, μπορεί να αποτελέσει σημείο αναφοράς, για την εργαστηριακή διερεύνηση του φαινομένου και της συμπεριφοράς των μονωτήρων, ενώ είναι διαθέσιμη και για την σχεδίαση, λειτουργία και συντήρηση των δικτύων της περιοχής. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα, είναι η δυνατότητα καταγραφής του φαινομένου, όπως ακριβώς αυτό εξελίσσεται. Απαιτείται όμως μεγάλο χρονικό διάστημα μετρήσεων, δεδομένου ότι αυτές πραγματοποιούνται υπό μη ελεγχόμενες συνθήκες, καθώς και κατάλληλος εξοπλισμός, σε κάποιες περιπτώσεις υψηλού κόστους. Στην συγκεκριμένη εργασία, επιλέχθηκε η μελέτη σε πραγματικές συνθήκες έχοντας ως σκοπό: (α) την καταγραφή και διερεύνηση των σταδίων εξέλιξης του φαινομένου της ρύπανσης, (β) την συσχέτιση της συμπεριφοράς των μονωτήρων με τις επικρατούσες περιβαλλοντικές συνθήκες, (γ) την ταυτόχρονη παρακολούθηση και περαιτέρω διερεύνηση της συμπεριφοράς μονωτήρων πορσελάνης και μονωτήρων από συνθετικά υλικά και (δ) την συνεχή καταγραφή της συμπεριφοράς των συνθετικών υλικών, στις συγκεκριμένες συνθήκες, με σκοπό την δημιουργία ενός ιστορικού, το οποίο θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μελέτες γήρανσης. Για την πραγματοποίηση των μετρήσεων επιλέχθηκε η Κρήτη. Η επιλογή βασίστηκε αφενός στην ένταση του προβλήματος, η οποία, εξαιτίας του επιπέδου της τάσης λειτουργίας του Συστήματος Μεταφοράς (66kV και 150kV), αλλά και της ποσότητας της μεταφερόμενης ενέργειας, είναι ακόμη 81

90 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων μεγαλύτερη, σε σχέση με τα υπόλοιπα νησιά του Αιγαίου. Αφετέρου στην Κρήτη, βρισκόταν σε εξέλιξη, από το τοπικό τμήμα της Δ.Ε.Η., υπεύθυνο για την λειτουργία και συντήρηση του Δικτύου Μεταφοράς, ένα πρόγραμμα τοποθέτησης, για πρώτη φορά στον Ελληνικό χώρο, επικαλύψεων από RTV SIR, σε υποσταθμούς των 150kV. Έτσι η μελέτη, όσον αφορά τα συνθετικά υλικά, προσανατολίσθηκε προς την διερεύνηση της συμπεριφοράς των επικαλύψεων από RTV SIR. 4.2 Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής Με σκοπό την διερεύνηση του φαινομένου της ρύπανσης σε πραγματικές συνθήκες, υπάρχει στην βιβλιογραφία πλήθος μεθόδων, όπως έχει ήδη αναφερθεί στην παράγραφο &3.4. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, για την επιλογή της κατάλληλης μεθόδου, τέθηκαν οι εξής προϋποθέσεις: (α) δυνατότητα εφαρμογής σε πραγματικές συνθήκες, (β) δυνατότητα παρακολούθησης του φαινομένου, χωρίς να απαιτείται η διακοπή της τάσης ή η παρέμβαση προσωπικού, αφού οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες, αποτελούν λειτουργικά τμήματα του ίδιου του υποσταθμού. (γ) δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης του φαινομένου, δεδομένου ότι οι μετρήσεις γίνονται υπό μη ελεγχόμενες συνθήκες και (δ) δυνατότητα παρακολούθησης μονωτήρων τόσο από κεραμικά όσο και από συνθετικά υλικά. Οι προϋποθέσεις αυτές ικανοποιούνται πλήρως από την μέθοδο μέτρησης του ρεύματος διαρροής, η οποία επιπλέον επιτρέπει την καταγραφή του συνόλου της επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας, χωρίς να παρεμβαίνει στην κατάσταση της επιφάνειας. Ακόμη, υπάρχει η δυνατότητα ταυτόχρονων μετρήσεων, σε περισσότερους του ενός μονωτήρες, ενώ η ίδια μέθοδος χρησιμοποιείται και στα πλαίσια της εργαστηριακής διερεύνησης. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί, ότι βασική προϋπόθεση για να υπάρχουν μετρήσεις, είναι η ύπαρξη ηλεκτρικής δραστηριότητας, ήτοι ρύπων και υγρασίας. Συνεπώς, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για λόγους συντήρησης, δηλαδή με 82

91 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες σκοπό την πρόληψη πιθανών υπερπηδήσεων. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να συμπληρωθεί από κάποια επιπλέον μέθοδο, που δεν απαιτεί την ύπαρξη ηλεκτρικής δραστηριότητας, όπως για παράδειγμα η μέτρηση της ισοδυνάμου αλμυρότητας (E.S.D.D.) [94] Σύστημα μέτρησης Η μέτρηση του ρεύματος διαρροής σε πραγματικές συνθήκες, απαιτεί την καταγραφή ενός πολύ μικρού ρεύματος, από την επιφάνεια ενός μονωτήρα, σε ένα ηλεκτρομαγνητικά επιβαρημένο περιβάλλον, όπως αυτό ενός υποσταθμού 150kV. Απαιτείται συνεπώς η χρήση κατάλληλα σχεδιασμένων διατάξεων για τις συγκεκριμένες συνθήκες. Στην γενικότερη περίπτωση ένα τέτοιο σύστημα αποτελείται από τέσσερα επιμέρους υποσυστήματα, ήτοι ένα σύστημα συλλογής του ρεύματος διαρροής, αισθητήρες, ένα σύστημα συλλογής δεδομένων με δυνατότητα αποθήκευσης και τέλος κατάλληλο λογισμικό επικοινωνίας και επεξεργασίας των μετρήσεων. Σύστημα συλλογής του ρεύματος διαρροής Το σύστημα αυτό, έχει ως στόχο την συλλογή του ρεύματος διαρροής από την επιφάνεια του μονωτήρα και την διοχέτευση του στον αισθητήρα μέτρησης. Για λόγους ασφαλείας αλλά και λειτουργίας των συστημάτων που ακολουθούν, η συλλογή πραγματοποιείται στο γειωμένο άκρο του μονωτήρα. Σκοπός είναι η δημιουργία μιας εναλλακτικής διαδρομής για το ρεύμα διαρροής, προς την γη, η οποία περιλαμβάνει και τον αισθητήρα μέτρησης. Η διαδρομή αυτή θα πρέπει να έχει σημαντικά μικρότερη αντίσταση από ότι η αρχική, ώστε να συλλεχθεί η μεγαλύτερη δυνατή ποσότητα ρεύματος. Συνήθως, είναι ευκολότερη η αύξηση της αντίστασης της αρχικής διαδρομής. Στην περίπτωση των μονωτήρων αναρτήσεως, αυτό είναι εφικτό, με την προσθήκη ενός επιπλέον μονωτήρα [252], παράλληλα στον οποίο τοποθετείται ο αισθητήρας μέτρησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.1. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η αντίσταση του κλάδου μέτρησης είναι σημαντικά μικρότερη, από αυτή και των δύο μονωτήρων, 83

92 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων επιβάλλεται η ροή ρεύματος μέσω του αισθητήρα, ενώ επιπλέον δεν επηρεάζεται η κατανομή της τάσης στον υπό μέτρηση μονωτήρα. Στους μονωτήρες στηρίξεως, η τοποθέτηση του επιπλέον μονωτήρα δεν είναι εύκολη. Το γειωμένο άκρο του υπό μέτρηση μονωτήρα είναι ταυτόχρονα και το σημείο στήριξης αυτού στην μεταλλική υποδομή. Συνεπώς απαιτείται ειδική κατασκευή. Σχήμα 4.1 Διάταξη συλλογής του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση ενός μονωτήρα ανάρτησης Αντί αυτού, συνήθως παρακάμπτεται ένα τμήμα του μήκους ερπυσμού, της τάξης του 1 με 2cm [253], με την τοποθέτηση ενός αγώγιμου δακτυλίου συλλογής ρεύματος, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.2. Ο δακτύλιος στην συνέχεια συνδέεται στην γείωση, μέσω του αισθητήρα μέτρησης, ο οποίος στην περίπτωση αυτή πρέπει να έχει όσο το δυνατό μικρότερη αντίσταση εισόδου. Επιπλέον, στην περίπτωση των κεραμικών μονωτήρων, στο τμήμα του μήκους ερπυσμού που παρακάμπτεται, μπορεί να τοποθετηθεί και επικάλυψη από RTV SIR, η οποία λόγω της επιφανειακής υδροφοβίας εμφανίζει υψηλότερη επιφανειακή αντίσταση. Πρέπει να σημειωθεί, ότι κατά τον τρόπο αυτό, αυξάνει η καταπόνηση ανά μονάδα μήκους, αφού μειώνεται το μήκος 84

93 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες ερπυσμού. Όμως, η αύξηση είναι πολύ μικρή, ώστε να μην λαμβάνεται υπόψη. Αισθητήρας ρεύματος Ο αισθητήρας ρεύματος, αναλαμβάνει την προσαρμογή του μετρούμενου μεγέθους, στις προδιαγραφές του συστήματος μέτρησης. Στην συγκεκριμένη περίπτωση απαιτείται η μετατροπή του ρεύματος σε τάση, ώστε αυτό στην συνέχεια, να τροφοδοτηθεί στο σύστημα μέτρησης και αποθήκευσης. Για την μετατροπή αυτή έχουν χρησιμοποιηθεί δύο τύποι διατάξεων, που βασίζονται είτε στην μέτρηση με αντίσταση, είτε με αισθητήρα Hall. Σχήμα 4.2 Διάταξη συλλογής του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση ενός μονωτήρα στηρίξεως Η μέτρηση μέσω αντίστασης έχει χρησιμοποιηθεί από πολλούς ερευνητές. Βασικό πλεονέκτημα στην περίπτωση αυτή, είναι το χαμηλό 85

94 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων κόστος υλοποίησης. Όμως απαιτείται επιπλέον, η χρήση διατάξεων προστασίας, αφού το μετρητικό σύστημα συνδέεται απευθείας στο σημείο μέτρησης. Μια τυπική διάταξη αυτού του τύπου, φαίνεται στο σχήμα 4.3 [212]. Πρόκειται για την διάταξη που χρησιμοποιείται στον σταθμό δοκιμών Annenberg στην Σουηδία. Σχήμα 4.3 Διάταξη μέτρησης του ρεύματος διαρροής, με την χρήση αντίστασης, στον σταθμό δοκιμών του Annenberg 212, στην Σουηδία Αντί της αντίστασης, για την μέτρηση του ρεύματος διαρροής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες Hall. Στην περίπτωση αυτή, το κόστος και η πολυπλοκότητα του συστήματος αυξάνουν. Όμως η δομή του αισθητήρα συνεπάγεται την γαλβανική απόζευξη του συστήματος μέτρησης [254], από το σύστημα Υψηλής Τάσης, περιορίζοντας κατά αυτό τον τρόπο τις τυχόν επιδράσεις του τελευταίου. Κάτι τέτοιο βέβαια είναι δυνατό και με την χρήση μετασχηματιστών έντασης. Όμως οι αισθητήρες Hall, έχουν επιπλέον την δυνατότητα μέτρησης DC συνιστωσών, καθώς και μεγάλο εύρος ζώνης [134,254,255]. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποιούνται εννέα αισθητήρες Hall για την παρακολούθηση αντίστοιχου αριθμού μονωτήρων. Κάθε αισθητήρας, επιπλέον της μέτρησης, έχει επιφορτισθεί και με την διαμόρφωση του σήματος, ώστε αυτό να μπορεί να μεταφερθεί στην συνέχεια στην κεντρική μονάδα. Το σήμα μεταδίδεται σε αναλογική μορφή, με την μορφή τάσης εύρους ±15V. Στο σχήμα 4.4 φαίνεται ένας 86

95 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες από τους αισθητήρες Hall του συστήματος, τοποθετημένος στην βάση ενός μονωτήρα στηρίξεως 150kV. Διακρίνεται επίσης και ο δακτύλιος συλλογής του ρεύματος. (α) (β) Σχήμα 4.4 Τοποθέτηση του ενός αισθητήρα Hall στην βάση ενός μονωτήρα στηρίξεως 150kV, (α) δακτύλιος συλλογής και (β) αισθητήρας Hall. Σύστημα συλλογής δεδομένων με δυνατότητα αποθήκευσης Το κεντρικό σύστημα συλλογής δεδομένων, δέχεται τις μετρήσεις από τους αισθητήρες και αναλαμβάνει αρχικά την μετατροπή της αναλογικής πληροφορίας σε ψηφιακή. Η μετατροπή αυτή είναι ανεξάρτητη για κάθε κανάλι ρεύματος, σε συγχρονισμό βέβαια, ώστε να είναι δυνατή η σύγκριση των μετρήσεων. Στην συνέχεια, δεδομένου του όγκου της πληροφορίας που προκύπτει, πραγματοποιείται επιπλέον επεξεργασία των μετρήσεων, κατά την οποία υπολογίζονται παράμετροι όπως το μέγιστο και το μέσο ρεύμα, ανά χρονικά διαστήματα επιλεγόμενα από τον χρήστη. Το αποτέλεσμα της διαδικασίας αυτή αποθηκεύεται στην μνήμη της συσκευής, ενώ ανά έξι ώρες κρατείται για κάθε κανάλι ένα στιγμιότυπο του ρεύματος διάρκειας 480ms (24 περίοδοι της τάσης τροφοδοσίας). Επιπλέον του ρεύματος, η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε στην συγκεκριμένη περίπτωση, έχει την δυνατότητα συγχρονισμένων, με το ρεύμα, μετρήσεων τριών καναλιών τάσης, μέσω μετασχηματιστή, 87

96 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων καθώς και μετεωρολογικών δεδομένων, με την χρήση κατάλληλων αισθητήρων. Στον πίνακα 4.1 καταγράφονται τα χαρακτηριστικά του συστήματος μέτρησης. Πίνακας 4.1 Προδιαγραφές του συστήματος μέτρησης του ρεύματος διαρροής. Πλήθος καναλιών μέτρησης 9 Είσοδοι ρεύματος Εύρος μέτρησης Συσκευασία αισθητήρα Απομόνωση Resolution αισθητήρα ±500mA ή ±3A (peak) ανάλογα με την σύνδεση στεγανό μεταλλικό κουτί γαλβανική απομόνωση 6kV 350μΑ/2mA Είσοδοι τάσης Δειγματοληψία Μετεωρολογικοί αισθητήρες Πλήθος καναλιών μέτρησης 3 Εύρος μέτρησης Αντίσταση εισόδου Χαρακτηριστικά ασφαλείας Resolution Ακρίβεια (25 ο C) Ρυθμός δειγματοληψίας Μέθοδος δειγματοληψίας Θερμοκρασία ±400V RMS >1MOhm Διαφορικές είσοδοι υψηλής εμπέδησης 12bit ή 0,05% της πλήρους κλίμακας 0,5% της πλήρους κλίμακας 2kHz συνεχής Συνεχής και ταυτόχρονη σε όλα τα κανάλια ±50 ο C Σχετική υγρασία 0-100% Ταχύτητα ανέμου Διεύθυνση ανέμου Ρυθμός δειγματοληψίας Ακρίβεια 0-60m/s ±180 ο 1 δείγμα/sec 1% της πλήρους κλίμακας Άλλα Τροφοδοσία συσκευής Κατανάλωση συσκευής Επικοινωνία AC: 110/230V 50/60Hz DC: 12V 30VA Θύρα RS232 με δυνατότητα απόκρισης για την χρήση modem 88

97 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σύστημα επικοινωνίας με τον χρήστη Το σύστημα επικοινωνίας είναι ουσιαστικά μια ομάδα μονάδων λογισμικού (modules), που αναλαμβάνουν, την επικοινωνία χρήστησυσκευής, καθώς και την μεταφορά και αποθήκευση των δεδομένων σε ένα προσωπικό υπολογιστή. Επιπλέον συμπληρώνεται από μια βάση δεδομένων και εργαλεία στατιστικής αξιολόγησης των συγκεντρωμένων μετρήσεων. Στο σχήμα 4.5 φαίνονται τα κύρια μενού του λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε στην συγκεκριμένη περίπτωση. (α) (β) Σχήμα 4.5 Μενού του λογισμικού επικοινωνίας CTComms(α) και διαχείρισης δεδομένων OLCA Data manager (β) Πεδίο μετρήσεων Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής πραγματοποιήθηκαν σε δύο υποσταθμούς 150kV, του Συστήματος Μεταφοράς Κρήτης. Η πρώτη συσκευή 89

98 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων τοποθετήθηκε στον Υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, ο οποίος βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα του πολεοδομικού συγκροτήματος της πόλης του Ηρακλείου, σε απόσταση μικρότερη των 2km από την ακτή. Οι μετρήσεις έγιναν σε έξι μονωτήρες πορσελάνης (post type) 150kV, με μήκος ερπυσμού 4670mm. Εξ αυτών σε τέσσερις είχε τοποθετηθεί επικάλυψη από RTV SIR, δύο διαφορετικών κατασκευαστών. Στο σχήμα 4.6 φαίνονται οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες στον Υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ. Σχήμα 4.6 Οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες στηρίξεως πορσελάνης 150kV στον Υ/Σ Ηράκλειο ΙΙ. (α) Από αριστερά ο πρώτος μονωτήρας με με επικάλυψη από RTV SIR (κατασκευαστής Α) και οι άλλοι δύο χωρίς και (β) και οι τρεις με επικάλυψη από RTV SIR (κατασκευαστής Β). 90

99 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Η διάταξη μέτρησης τοποθετήθηκε για πρώτη φορά τον Απρίλιο του Μετά όμως από λειτουργία έξι μηνών, παρουσίασε πρόβλημα στο σύστημα τροφοδοσίας και στάλθηκε για επισκευή στον κατασκευαστή. Επιστράφηκε τον Ιανουάριο του 2001, οπότε και εγκαταστάθηκε ξανά, με την επιπλέον προσθήκη διατάξεων προστασίας (surge arresters), οι οποίες επιλέχθηκαν από τον κατασκευαστή και τοποθετήθηκαν σύμφωνα με τις οδηγίες του. Παρά ταύτα, τον Απρίλιο 2001 παρουσιάστηκε και πάλι το ίδιο πρόβλημα. Η συσκευή στάλθηκε για δεύτερη φορά στον κατασκευαστή, όπου επισκευάσθηκε, αναβαθμίστηκε και επιστράφηκε τον Ιούλιο του Κατά την νέα εγκατάσταση, τοποθετήθηκε στην τροφοδοσία ένα UPS διπλής μετατροπής (AC/DC/AC), η παρουσία του οποίου εξάλειψε τα προβλήματα στην τροφοδοσία. Η δεύτερη συσκευή τοποθετήθηκε στον Υποσταθμό 150kV του Α.Η.Σ. Λινοπεραμάτων. Ο ΑΗΣ Λινοπεραμάτων βρίσκεται στο δυτικό τμήμα του πολεοδομικού συγκροτήματος της πόλης του Ηρακλείου (Δήμος Γαζίου) και είναι χωροθετημένος σε ελάχιστη απόσταση από την ακτή, όπως φαίνεται στην φωτογραφία του σχήματος 4.7. Σχήμα 4.7 Ο υποσταθμός 150kV στον ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. Διακρίνεται η ακτή και ο χώρος δοκιμών. Αντιμετωπίζει σημαντικά προβλήματα ρύπανσης, και ως εκ τούτου έχει καλυφθεί σε ποσοστό 100% με RTV SIR. Η τοποθέτηση της συσκευής έγινε 91

100 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων τον Νοέμβριο του Έχοντας την εμπειρία από την πρώτη συσκευή, τοποθετήθηκε από την αρχή ένα UPS διπλής μετατροπής, αποφεύγοντας κατά τον τρόπο αυτό προβλήματα με την τροφοδοσία της συσκευής. Στην περίπτωση αυτή παρακολουθούνται τρεις μετασχηματιστές τάσεως, τρεις εντάσεως, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.8α καθώς και τρεις μονωτήρες στηρίξεως από SIR (σχήμα 4.8β). Σχήμα 4.8 Οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες 150kV στον Υ/Σ του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. (α) Μ/Σ τάσεως και εντάσεως πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR και (β) μονωτήρες στηρίξεως SIR. 92

101 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Η τοποθεσία του κάθε υποσταθμού φαίνεται στον χάρτη του σχήματος 4.9. Επιπλέον στο παράρτημα Α παρουσιάζονται περισσότερες φωτογραφίες των εγκαταστάσεων μέτρησης. Σχήμα 4.9 Χωροθέτηση των δύο Υποσταθμών 150kV, όπου λαμβάνουν χώρα οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής 4.3 Μετρήσεις σε μονωτήρες πορσελάνης Η μέτρηση του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, έχει ως κύριο στόχο την καταγραφή του μηχανισμού της ρύπανσης, όπως αυτός αναπτύσσεται στις συγκεκριμένες συνθήκες, καθώς και την διερεύνηση των διαφόρων επιμέρους παραμέτρων, που εντείνουν το πρόβλημα. Επιπλέον, η συμπεριφορά των μονωτήρων πορσελάνης αποτελεί σημείο αναφοράς για την αξιολόγηση των επικαλύψεων από RTV SIR, όσον αφορά την ικανότητα αυτών να καταστείλουν την σχετική επιφανειακή δραστηριότητα. Ακόμη, δεδομένου ότι στο αρχικό στάδιο λειτουργίας των επικαλύψεων, το αναμενόμενο ρεύμα διαρροής είναι σημαντικά μικρό, οι μετρήσεις στην πορσελάνη βοήθησαν αρκετά στον εντοπισμό προβλημάτων, που σχετίζονται με το σύστημα μέτρησης, όπως για παράδειγμα προβλήματα συγχρονισμού ή μετατόπισης του μηδενός, όπως φαίνεται στο σχήμα

102 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.10 Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης. Καταγράφεται πρόβλημα συγχρονισμού μεταξύ των δύο. Επιπλέον η κυματομορφή του ρεύματος είναι μετατοπισμένη προς τα αρνητικά. Στα σχήματα 4.11 ως 4.16 καταγράφεται η επιφανειακή δραστηριότητα στην επιφάνεια των μονωτήρων πορσελάνης, σε ετήσια βάση, για τα έτη 2000 μέχρι και 2005 αντίστοιχα. Σε κάθε περίπτωση, παρουσιάζονται η μέγιστη θετική και αρνητική τιμή του ρεύματος διαρροής, σε σχέση με τον χρόνο εμφάνισης. Τα χρονικά διαστήματα που παρουσιάζονται στις καταγραφές ουσιαστικά αντιστοιχούν στα διαστήματα λειτουργίας της συσκευής. Σχήμα 4.11 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος

103 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.12α Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος 2001 (Α διάστημα λειτουργίας). Σχήμα 4.12β Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος 2001 (Β διάστημα λειτουργίας). 95

104 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.13 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος Σχήμα 4.14 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος

105 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.15 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος Σχήμα 4.16 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης κατά το έτος

106 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στο σχήμα 4.11 παρουσιάζεται η επιφανειακή δραστηριότητα κατά το έτος 2000, ξεκινώντας από τα τέλη Απριλίου, οπότε και εγκαταστάθηκε το σύστημα μέτρησης μέχρι και τις αρχές Οκτώβρη, όπου λόγω προβλημάτων η κεντρική μονάδα αποσύρθηκε. Οι μετρήσεις υποδεικνύουν δύο χρονικές περιόδους δραστηριότητας. Η πρώτη κατά τους μήνες Απρίλιο και Μάιο και η δεύτερη στο τέλος του καλοκαιριού, μετά τις 15 του Αυγούστου μέχρι και τις αρχές Οκτώβρη. Το ακριβές τέλος της δεύτερης περιόδου δραστηριότητας, δεν έχει καταγραφεί με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Όμως πρέπει να σημειωθεί ότι μέχρι και την έναρξη των βροχοπτώσεων αυτή συνεχίστηκε, δεδομένο που προκύπτει από την παρατήρηση του ηχητικού φαινομένου που συνοδεύει τις διασπάσεις των ξηρών ζωνών. Κατά το συγκεκριμένο έτος οι πρώτες ασθενείς βροχοπτώσεις παρατηρήθηκαν μετά τα μέσα Οκτώβρη (<1mm), ενώ ουσιαστικά η περίοδος των βροχοπτώσεων (>1mm) ξεκίνησε στις 26 Νοέμβρη. Στα σχήματα 4.12α και 4.12β παρουσιάζεται η επιφανειακή δραστηριότητα κατά το έτος Χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά γραφήματα, που αντιστοιχούν σε δύο περιόδους καταγραφής. Η πρώτη ξεκινά στα τέλη του Ιανουαρίου του 2001, οπότε και εγκαταστάθηκε εκ νέου η συσκευή, μετά τα προβλήματα που προηγήθηκαν και τελειώνει στις αρχές Απρίλη, όπου και πάλι παρουσιάστηκε πρόβλημα όπως έχει ήδη αναφερθεί. Η συσκευή επισκευάστηκε, αναβαθμίσθηκε και εγκαταστάθηκε ξανά στα μέσα Ιούλη. Μεταξύ των άλλων πραγματοποιήθηκε και αλλαγή του λειτουργικού συστήματος της συσκευής, με αποτέλεσμα η βάση δεδομένων να την αναγνωρίζει με διαφορετικό κωδικό. Ως εκ τούτου, το δεύτερο διάστημα λειτουργίας, από τα μέσα Ιούλη μέχρι και τον Νοέμβριο του 2001, παρουσιάζεται σε ξεχωριστό γράφημα. Η καταγεγραμμένη δραστηριότητα, έστω και τμηματικά, επιβεβαιώνει την ύπαρξη των δύο περιόδων δραστηριότητας, που προέκυψαν από τις μετρήσεις του Το διάστημα που ακολούθησε, από τον Νοέμβριο του 2001 μέχρι και τα τέλη Φεβρουαρίου του 2002 πραγματοποιήθηκαν εργασίες βελτίωσης της εγκατάστασης, όπως για παράδειγμα υπογειοποίηση των συνδέσεων μεταξύ των αισθητήρων και της κεντρικής μονάδας. Έτσι η συσκευή μπήκε πάλι σε λειτουργία στα μέσα του Φεβρουαρίου του

107 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Στο σχήμα 4.13 παρουσιάζεται η καταγραφή των μεγίστων τιμών, θετικών και αρνητικών, του ρεύματος διαρροής κατά το έτος Στην περίπτωση αυτή, η δραστηριότητα δεν περιορίσθηκε στις δύο χρονικές περιόδους που αναφέρθησαν παραπάνω, αλλά περιστατικά δραστηριότητας παρατηρήθηκαν σε όλη την διάρκεια του έτους. Το 2002 αποτελεί εξαίρεση, αφού για τα έτη που ακολούθησαν, από το 2003 μέχρι και το 2005, επανήλθε το ίδιο μοτίβο χρονικής κατανομής της δραστηριότητας, εντοπίζοντας την και πάλι στα ίδια χρονικά διαστήματα, ήτοι στα μέσα της άνοιξης και στο τέλος του καλοκαιριού. Μάλιστα, πρέπει να σημειωθεί ότι οι καταγραφές των ετών 2003 μέχρι και 2005 μπορούν να χαρακτηριστούν ως περισσότερο αξιόπιστες, δεδομένου ότι τα διάφορα προβλήματα σχετικά με την λειτουργία της συσκευής, είχαν σε σημαντικό βαθμό ξεπεραστεί. Η αξιολόγηση των παραπάνω καταγραφών συγκλίνει στην ύπαρξη δύο περιόδων, ανά έτος, κατά την διάρκεια των οποίων παρατηρείται δραστηριότητα στην επιφάνεια των μονωτήρων πορσελάνης. Το εύρος των καταγεγραμμένων τιμών ρεύματος, αναδεικνύει την δεύτερη περίοδο, στο τέλος του καλοκαιριού, ως αυτήν με την εντονότερη δραστηριότητα. Παράλληλα και στην πρώτη περίοδο έχει καταγραφεί δραστηριότητα, σε κάποιο βαθμό συγκρίσιμη, κυρίως όσον αφορά το εύρος του ρεύματος. Η ουσιώδης διαφορά όμως, αφορά την διάρκεια της επιφανειακής δραστηριότητας. Πρέπει να σημειωθεί, ότι οι μετρήσεις αποκλειστικά των μεγίστων τιμών ρεύματος, μπορούν να οδηγήσουν κάποιες φορές σε λάθος συμπεράσματα. Μια τυπική περίπτωση παρουσιάζεται στο σχήμα Η κυματομορφή του ρεύματος στο 4.17α θα έδινε ένα μέγιστο ρεύμα της τάξης των 18mA. Αντίστοιχα στην κυματομορφή του σχήματος 4.17β το μέγιστο ρεύμα είναι της τάξης των 22mA. Έτσι από την καταγραφή των μεγίστων τιμών θα προέκυπτε η εντύπωση της εφάμιλλης δραστηριότητας, ενώ στην πραγματικότητα η περίπτωση του σχήματος 4.17β διαφέρει σημαντικά. Συνεπώς απαιτείται, είτε η αύξηση του ρυθμού δειγματοληψίας των μεγίστων τιμών, γεγονός που θα οδηγούσε όμως σε σημαντική αύξηση της αποθηκευόμενης πληροφορίας, είτε η παράλληλη καταγραφή ενός μεγέθους, όπου θα λαμβάνεται υπόψη και η διάρκεια. Στην περίπτωση αυτή επιλέχθηκε το Συσσωρευμένο φορτίο (Accumulated charge), το οποίο υπολογίζεται από 99

108 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων την ολοκλήρωση του ρεύματος αν συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, επιλεγόμενα από τον χρήστη και στην συνέχεια άθροιση των αποτελεσμάτων της ολοκλήρωσης. Στο σχήμα 4.18 παρουσιάζεται το συσσωρευμένο φορτίο ανά μήνα και έτος, για τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες πορσελάνης (μέση συμπεριφορά). (α) (β) Σχήμα 4.17 Σύγκριση δύο κυματομορφών του ρεύματος διαρροής, οι οποίες αντιστοιχούν σε διαφορετικά επίπεδα δραστηριότητας, αλλά δίνουν εφάμιλλη μέτρηση μεγίστου ρεύματος (παράθυρο χρόνου 0,5sec) 100

109 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.18 Συσσωρευμένο φορτίο ανά μήνα και έτος, για τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες πορσελάνης (μέση συμπεριφορά). Η διαφορά της έντασης της δραστηριότητας μεταξύ των δύο περιόδων είναι πλέον εμφανής από την κατανομή των τιμών συσσωρευμένου φορτίου, όπως αυτή φαίνεται στο γράφημα του σχήματος Ουσιαστικά αποδεικνύεται, ότι η δεύτερη περίοδος δραστηριότητας, ξεκινώντας από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο, ενέχει και την μεγαλύτερη πιθανότητα εμφάνισης έντονης δραστηριότητας. Επιπλέον πρέπει να σημειωθεί η συμπεριφορά των μονωτήρων κατά το έτος Στην περίπτωση της καταγραφής του ρεύματος διαρροής (μεγίστων τιμών), εμφανίζεται δραστηριότητα σε όλη την διάρκεια του έτους. Αντίθετα στην περίπτωση του συσσωρευμένου φορτίου, η δραστηριότητα καταγράφεται σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. Η διαφορά αυτή έχει άμεση σχέση με την περίπτωση του σχήματος 4.17 και σχετίζεται, όπως θα φανεί παρακάτω, με την επίδραση του μηχανισμού ύγρανσης. 101

110 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 4.4 Συσχέτιση των μετρήσεων σε μονωτήρες πορσελάνης με τα καταγεγραμμένα σφάλματα στο Σύστημα Κρήτης Οι υπαίθριες μονώσεις των Γραμμών Μεταφοράς και των Υποσταθμών του Συστήματος Κρήτης, απαρτίζονται σε πολύ μεγάλο ποσοστό από κεραμικούς μονωτήρες, πορσελάνης ή γυαλιού. Παλιότερα το πλήθος των μη κεραμικών μονωτήρων ήταν σημαντικά περιορισμένο, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 και άρχισε να αυξάνει τα τελευταία χρόνια, κυρίως στο πλαίσιο αναβάθμισης υπαρχόντων Γραμμών Μεταφοράς. Έτσι η συμπεριφορά του Συστήματος Μεταφοράς, όπως αυτή εκφράζεται από τα καταγεγραμμένα σφάλματα στους κεραμικούς μονωτήρες, μπορεί να συσχετισθεί με τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής της προηγούμενης παραγράφου Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι οι καταγεγραμμένες τιμές του ρεύματος διαρροής απέχουν από το όριο επικινδυνότητας του 1Α [210], το οποίο συνήθως θεωρείται ως το κατώφλι στο στάδιο της υπερπήδησης. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες αποτελούν ενεργά τμήματα των υποσταθμών και ως εκ τούτου υπόκεινται στις διαδικασίες καθαρισμού (πλύσιμο),οι οποίες λαμβάνουν χώρα συνήθως δύο φορές, μετά τα μέσα του καλοκαιριού, μέχρι τις πρώτες βροχές. Έτσι η δραστηριότητα που τελικά κατεγράφη, κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, είναι μικρότερη από αυτή που θα μπορούσε να αναπτυχθεί. Αυτό βέβαια ισχύει μόνο για το συγκεκριμένο διάστημα και δεν επηρεάζει τις μετρήσεις τον υπόλοιπο χρόνο. Στο σχήμα 4.19α παρουσιάζεται η κατανομή των σφαλμάτων, στο Σύστημα Κρήτης, συνολικά και λόγω ρύπανσης, ανά μήνα, από το 1969, οπότε και ηλεκτρίσθηκε η πρώτη Γραμμή Μεταφοράς 66kV μέχρι και το Όπως φαίνεται, τα σφάλματα ρύπανσης καταγράφονται κυρίως στο τέλος του καλοκαιριού και ιδιαίτερα τους μήνες Αύγουστο, Σεπτέμβριο και Οκτώβριο. Η κατανομή αυτή έρχεται σε συμφωνία με τις καταγραφές του ρεύματος διαρροής, κυρίως βλέποντας την αντίστοιχη κατανομή του συσσωρευμένου φορτίου στο σχήμα Επίσης ενδιαφέρον παρουσιάζει η ημερήσια κατανομή των σφαλμάτων λόγω ρύπανσης, κατά την περίοδο της έντονης δραστηριότητας, η οποία παρουσιάζεται στο σχήμα 4.19β. Όπως φαίνεται τα σφάλματα καταγράφονται κυρίως κατά την διάρκεια της νύχτας και των πρώτων πρωινών ωρών. 102

111 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες (α) (β) Σχήμα 4.19 Μηνιαία(α) και ημερήσια(β) κατανομή των σφαλμάτων ρύπανσης σε κεραμικούς μονωτήρες του Συστήματος Κρήτης, από το 1969 μέχρι και το

112 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 4.5 Μετρήσεις σε μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR Η συμπεριφορά των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, για το ίδιο χρονικό διάστημα με τις αντίστοιχες μετρήσεις της προηγούμενης παραγράφου, παρουσιάζονται στα γραφήματα που ακολουθούν. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν, όπως έχει ήδη αναφερθεί, σε δύο χώρους, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, μαζί με τους μονωτήρες πορσελάνης χωρίς επικάλυψη και στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. Πρέπει να σημειωθεί ότι κατά την τοποθέτηση των συσκευών και την έναρξη των μετρήσεων, τα υλικά στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ είχαν ήδη ολοκληρώσει δύο έτη λειτουργίας ενώ αντίστοιχα στον υποσταθμό Λινοπεραμάτων τρία. Οι μετρήσεις στον Υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ παρουσιάζονται ανά έτος (σχήματα ), ενώ αντίστοιχα στον Υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων ανά δίμηνο (σχήματα ). Υποσταθμός Ηράκλειο ΙΙ Σχήμα 4.20 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος

113 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.21α Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος 2001 (Α διάστημα λειτουργίας). Σχήμα 4.21β Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος 2001 (Β διάστημα λειτουργίας). 105

114 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.22 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος Σχήμα 4.23 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος

115 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.24 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος Σχήμα 4.25 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, κατά το έτος

116 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Υποσταθμός ΑΗΣ Λινοπεραμάτων Σχήμα 4.26 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το πρώτο δίμηνο του 2003 Σχήμα 4.27 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το δεύτερο δίμηνο του

117 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.28 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τρίτο δίμηνο του Σχήμα 4.29 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τέταρτο δίμηνο του

118 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.30 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τέταρτο πέμπτο του Σχήμα 4.31 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το έκτο δίμηνο του

119 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.32 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά τον Ιανουάριο του Σχήμα 4.33 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά τον Απρίλιο του

120 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.34 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τρίτο δίμηνο του Σχήμα 4.35 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τέταρτο δίμηνο του

121 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.36 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το πέμπτο δίμηνο του Σχήμα 4.37 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το έκτο δίμηνο του

122 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.38 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το πρώτο δίμηνο του Σχήμα 4.39 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το δεύτερο δίμηνο του

123 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.40 Καταγραφή των μέγιστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής σε μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, κατά το τρίτο δίμηνο του Αντίστοιχα, η κατανομή του συσσωρευμένου φορτίου ανά μήνα και έτος για την περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, παρουσιάζεται στα παρακάτω σχήματα. Στο σχήμα 4.41, παρουσιάζεται η συμπεριφορά των μονωτήρων με RTV SIR στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, το σχήμα 4.42 η αντίστοιχη συμπεριφορά στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. Ακόμη στο σχήμα 4.43 παρουσιάζεται η μέση συμπεριφορά των μονωτήρων. Για τα έτη και τους μήνες όπου δεν υπήρχαν μετρήσεις από την μια ή άλλη τοποθεσία, χρησιμοποιήθηκε αυτούσια η διαθέσιμη τιμή του συσσωρευμένου φορτίου. 115

124 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.41 Συσσωρευμένο φορτίο ανά μήνα και έτος, για τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ. Σχήμα 4.42 Συσσωρευμένο φορτίο ανά μήνα και έτος, για τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων. 116

125 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.43 Συσσωρευμένο φορτίο ανά μήνα και έτος, για τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες πορσελάνης, με επικάλυψη από RTV SIR (μέση συμπεριφορά). Η συμπεριφορά των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, ιδιαίτερα σε σύγκριση με τους μονωτήρες χωρίς επικάλυψη. Στην περίπτωση του υποσταθμού Ηράκλειο ΙΙ, όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες, με και χωρίς επικάλυψη, είναι ακριβώς του ίδιου τύπου και λειτουργούν στον ίδιο χώρο. Η σύγκριση των καταγραφών, τόσο όσον αφορά τις μέγιστες τιμές του ρεύματος διαρροής, όσο και του συσσωρευμένου φορτίου, αναδεικνύει την ιδιαίτερα σημαντική βελτίωση της συμπεριφοράς των μονωτήρων, που επιτυγχάνεται με την εφαρμογή των επικαλύψεων. Η δραστηριότητα που καταγράφηκε στην περίπτωση των επικαλυμμένων μονωτήρων, αποτελείται ως επί το πλείστο από μεμονωμένα περιστατικά. Επιπλέον, στην περίπτωση των επικαλύψεων, η περίοδος ενδιαφέροντος μετατοπίζεται προς τις αρχές της άνοιξης και το τέλος του φθινοπώρου, σε αντίθεση με τους μονωτήρες πορσελάνης. Η σύγκριση του συσσωρευμένου φορτίου στα σχήματα 4.18 και 4.42 αποδεικνύει την τάση αυτή. Επιπλέον παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά στην ένταση της δραστηριότητας, όπως αυτή αντικατοπτρίζεται στα επίπεδα του καταγεγραμμένου συσσωρευμένου φορτίου, επίσης στα σχήματα 4.18 και 117

126 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Τα επίπεδα που κατεγράφησαν στην περίπτωση των επικαλύψεων, είναι σημαντικά χαμηλότερα από αυτά στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης. Ιδιαίτερη αναφορά πρέπει να γίνει στο έτος 2002, κατά το οποίο όπως φαίνεται στο σχήμα 4.41 κατεγράφη δραστηριότητα στις επικαλύψεις από RTV SIR κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, ενώ το ίδιο χρονικό διάστημα, σε αντίθεση με ότι συνήθως συμβαίνει, στους μονωτήρες πορσελάνης παρατηρήθηκαν εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα δραστηριότητας. Η συμπεριφορά αυτή, όπως έχει ήδη αναφερθεί στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, έχει άμεση σχέση με τον μηχανισμό ύγρανσης, όπως αναλύεται παρακάτω. Στην περίπτωση του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, η τοποθέτηση των επικαλύψεων επίσης συνέβαλλε στην καταστολή της επιφανειακής δραστηριότητας, σε σύγκριση πάντα με τους μονωτήρες πορσελάνης. Επίσης και εδώ, η καταγραφείσα δραστηριότητα εμφανίζεται στην περίοδο από τον Νοέμβριο μέχρι και τα τέλη Μαρτίου, ενώ κατά την κρίσιμη περίοδο του καλοκαιριού, κυμαίνεται σε ιδιαίτερα χαμηλά, ως και μηδενικά επίπεδα. Όμως συγκρίνοντας την συμπεριφορά των επικαλύψεων στην συγκεκριμένη περίπτωση, με την αντίστοιχη συμπεριφορά στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, παρατηρείται ιδιαίτερα σημαντική διαφορά στα επίπεδα της καταγεγραμμένης δραστηριότητας. Καταρχήν στην περίπτωση των Λινοπεραμάτων, παρατηρήθηκαν διαστήματα δραστηριότητας (π.χ. σχήμα 4.32), σε αντίθεση με την περίπτωση του Ηράκλειο ΙΙ, όπου ως επί το πλείστο παρατηρήθηκαν μεμονωμένα περιστατικά. Επίσης η ένταση της επιφανειακής δραστηριότητας, στην περίπτωση των Λινοπεραμάτων, ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από ότι στο Ηράκλειο ΙΙ, όπως εύκολα προκύπτει από την σύγκριση των γραφημάτων στα σχήματα 4.41 και Η διαφορά αυτή αποδίδεται καταρχήν στην τοποθεσία του κάθε υποσταθμού και ιδιαίτερα στον βαθμό έκθεσης της εγκατάστασης στην επίδραση της θάλασσας. Ο υποσταθμός των Λινοπεραμάτων είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένος και σε πολύ μικρή απόσταση από την ακτή, με αποτέλεσμα να συγκεντρώνεται στην επιφάνεια των μονωτήρων σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα ρύπων. 118

127 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί η έκθεση του υποσταθμού Λινοπεραμάτων και σε άλλες μορφές ρύπων. Για παράδειγμα, κατά το έτος 2003, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.42, παρουσιάζεται ιδιαίτερα έντονη δραστηριότητα, από τον Φεβρουάριο μέχρι και τον Απρίλιο, γεγονός που δεν επιβεβαιώθηκε στα χρόνια που ακολούθησαν. Στην περίπτωση αυτή, επιπλέον της θαλάσσιας ρύπανσης, στην επιφάνεια των μονωτήρων συγκεντρώθηκε ποσότητα αδρανών υλικών, εξαιτίας των έργων για την κατασκευή του κόμβου των Λινοπεραμάτων, ακριβώς στο νότιο όριο του υποσταθμού, σε απόσταση λιγότερη των 150m. Η ρύπανση αυτή, παρά το γεγονός ότι ήταν αδρανής, φάνηκε να επηρεάζει την επιφανειακή υδροφοβία των υλικών. Η φωτογραφία του σχήματος 4.44 είναι ενδεικτική. Πρόκειται για ένα Μ/Σ εντάσεως πορσελάνης 150kV, με επικάλυψη από RTV SIR (λευκό χρώμα), όπου διακρίνεται στην επιφάνεια του η αδρανής ρύπανση. Σχήμα 4.44 Μέτρηση της επιφανειακής υδροφοβίας, σε Μ/Σ εντάσεως πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, σύμφωνα με το STRI guide 1 92/1 93. Είναι εμφανής η παρουσία αδρανούς ρύπανσης και η επίδραση της στην υδροφοβία. Η σύγκριση της μορφής των σταγόνων (μέτρηση υδροφοβίας σύμφωνα με το STRI Guide 1 92/1 [93] ), στον κορμό του μονωτήρα και στην επιφάνεια του πτερυγίου, αναδεικνύει την επίδραση αυτή. Στο πτερύγιο εμφανίζεται 119

128 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων πλάτυνση των σταγόνων, γεγονός που υποδεικνύει την μείωση της επιφανειακής υδροφοβίας, σε αντίθεση με τον κορμό, όπου η επιφάνεια εμφανίζεται ιδιαίτερα υδρόφοβη. Παράλληλα, στην επιφάνεια του πτερυγίου υπάρχει σαφώς μεγαλύτερη ποσότητα αδρανούς ρύπανσης, από ότι στον κορμό. Ακόμη πρέπει να αναφερθεί ότι η συνύπαρξη των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR με μη επικαλυμμένους μονωτήρες, στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ, είχε ως αποτέλεσμα τον καθαρισμό αυτών από λάθος (δύναμη της συνήθειας) το Το γεγονός αυτό έδρασε θετικά στην συμπεριφορά των υλικών, κυρίως εξαιτίας της απομάκρυνσης τυχών ποσοτήτων αδρανούς ρύπανσης που είχαν συγκεντρωθεί στην επιφάνεια. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο φυσικός καθαρισμός των επικαλύψεων, είναι δυσκολότερος από ότι στην πορσελάνη, γεγονός που δικαιολογεί και την μεταβολή του χρώματος των υλικών με το χρόνο, όπως φαίνεται στην φωτογραφία του σχήματος Τριών ετών εγκατάσταση Νέα εγκατάσταση Σχήμα 4.45 Μεταβολή του χρώματος των επικαλύψεων με τα χρόνια λειτουργίας. Στην συγκεκριμένη φωτογραφία φαίνονται μονωτήρες στηρίξεως πορσελάνης, στον υποσταθμό 150kV του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, με επικάλυψη από το ίδιο υλικό (νέα και παλαιά εγκατάσταση). 120

129 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες 4.6 Καταγραφή των μετεωρολογικών συνθηκών Το πρόβλημα της ρύπανσης στην Κρήτη, προκύπτει κυρίως λόγω της θαλάσσιας επίδρασης, η οποία τροφοδοτεί την επιφάνεια των μονωτήρων με ρύπους, που μπορούν να αποκτήσουν αγωγιμότητα. Σημαντικό ρόλο στην επίδραση αυτή έχει ο άνεμος, ο οποίος αρχικά δημιουργεί, τον απαραίτητο για την δημιουργία των ρύπων, κυματισμό και στην συνέχεια αναλαμβάνει την μεταφορά αυτών στην επιφάνεια των μονωτήρων. Στο σχήμα 4.46 παρουσιάζονται η μέση, η μέγιστη μέση και η μέγιστη ταχύτητα ανέμου, για κάθε μήνα και έτος, κατά το διάστημα παρακολούθησης των μονωτήρων. Οι μετρήσεις αφορούν το πολεοδομικό συγκρότημα Ηρακλείου και έγιναν σε χώρο παραλιακό, εκτεθειμένο στην θαλάσσια επίδραση. Οι τιμές της μέσης ταχύτητας ανέμου αλλά και της μέγιστης μέσης δείχνουν ότι οι εγκαταστάσεις είναι εκτεθειμένες σε όλη την διάρκεια του έτους, σε ανέμους με ταχύτητα που ξεπερνά τα 13km/h, ήτοι ανέμους που μπορούν να προκαλέσουν κυματισμό. Επιπλέον, σύμφωνα με την καταγραφή των μεγίστων τιμών, κατά τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο παρατηρούνται ιδιαίτερα υψηλές τιμές ταχύτητας ανέμου. Οι τιμές αυτές αποδίδονται σε ανέμους βόρειας διεύθυνσης, γνωστούς ως ετησίες ή μελτέμια. Οι άνεμοι αυτοί δημιουργούνται από των συνδυασμό των χαμηλών πιέσεων που συνήθως παρατηρούνται στην Ν.Δ. Τουρκία και των αντίστοιχα υψηλών πιέσεων στα Βαλκάνια και επηρεάζουν σημαντικά το κλίμα του Ν. Αιγαίου και της Κρήτης. Συνήθως είναι ιδιαίτερα ισχυροί ως και θυελλώδης επηρεάζονται όμως και από το ανάγλυφο των νησιών. Στην περίπτωση της Κρήτης, λόγω των ορεινών όγκων που υπάρχουν παρατηρείται μια σχετική επιβράδυνση, παραμένοντας όμως αρκετά ισχυροί. Ένα στιγμιότυπο της δραστηριότητας αυτής φαίνεται στο σχήμα 4.47, στο οποίο καταγράφεται από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών, η παρουσία των ανέμων αυτών, το μεσημέρι της 3 ης Αυγούστου Αντίστοιχες υψηλές τιμές ταχύτητας ανέμου καταγράφονται επίσης σε κάποιες περιπτώσεις και κατά την διάρκεια της χειμερινής περιόδου. Επιπλέον, όπως φαίνεται στα γραφήματα του σχήματος 4.48, οι άνεμοι που πνέουν στην περιοχή είναι κατά κύριο λόγω βόρειοι, γεγονός που ενισχύει ακόμη 121

130 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων περισσότερο τον βαθμό έκθεσης των εγκαταστάσεων, οι οποίες ως επι το πλείστο είναι εγκατεστημένες στο βόρειο τμήμα., Αξίζει να σημειωθεί, ότι η ποσότητα των μεταφερόμενων ρύπων από την θάλασσα (πριν την επικάθιση στην επιφάνεια των μονωτήρων), αυξάνει σημαντικά με την ταχύτητα του ανέμου. Μάλιστα υπάρχουν αναφορές στην βιβλιογραφία, όπου η αύξηση της ποσότητας με την ταχύτητα είναι είτε εκθετική [211] είτε στην τρίτη δύναμη [2]. Σχήμα 4.46 Μέση, μέγιστη μέση και μέγιστη ταχύτητα ανέμου ανά μήνα για κάθε έτος παρακολούθησης των μονωτήρων, (α) 2000, (β) 2001, (γ) 2002, (δ) 2003, (ε) 2004 και (στ)

131 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Η βροχόπτωση είναι επίσης μια πολύ σημαντική παράμετρος αφού αποτελεί τον κύριο μηχανισμό καθαρισμού των μονωτήρων. Στο σχήμα 4.49 παρουσιάζεται η συνολική μηνιαία βροχόπτωση για κάθε έτος παρακολούθησης των μονωτήρων. Επιπλέον στο σχήμα 4.49ζ παρουσιάζεται η μέση μηνιαία βροχόπτωση, για το χρονικό διάστημα από το 1977 μέχρι και το Οι μετρήσεις αφορούν το πολεοδομικό συγκρότημα Ηρακλείου. Σχήμα 4.47 Καταγραφή του ανεμολογικού πεδίου το μεσημέρι της 3 ης Αυγούστου 2001 από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών (μετεωρολογικό μοντέλο BOLAM του ΕΑΑ) Η σύγκριση των γραφημάτων του σχήματος 4.49, υποδεικνύει ότι κατά την διάρκεια του καλοκαιριού δεν παρατηρούνται βροχοπτώσεις, ξεκινώντας από τον μήνα Ιούνιο μέχρι και τον Οκτώβριο. Σε μεγαλύτερο εύρος χρόνου, η περίοδος αυτή περιορίζεται μεταξύ Ιουλίου και Σεπτεμβρίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.49ζ. Για το διάστημα παρακολούθησης των μονωτήρων, εξαίρεση αποτελεί το έτος 2002, όπου όπως φαίνεται στο σχήμα 4.49γ, παρατηρήθηκαν βροχοπτώσεις σχεδόν σε όλη την διάρκεια του έτους, με εξαίρεση τους μήνες Μάιο και Ιούνιο. Αξίζει να σημειωθεί παράλληλα ότι η 123

132 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων συνολική βροχόπτωση το έτος 2002 δεν απέχει από τον μέσο όρο ετήσιας βροχόπτωσης για την περιοχή του Ηρακλείου, αλλά ουσιαστικά διευρύνεται η κατανομή της βροχόπτωσης κατά την διάρκεια του έτους. Σχήμα 4.48 Κατανομή της διεύθυνσης ανέμων για κάθε μήνα για το πολεοδομικό συγκρότημα Ηρακλείου βάσει στοιχείων για την περίοδο (πηγή Ε.Μ.Υ.) Η καλοκαιρινή περίοδος, παρά την απουσία βροχοπτώσεων, χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλές τιμές ατμοσφαιρικής υγρασίας, ιδιαίτερα από τα τέλη Ιουλίου και μετά. Η συμπεριφορά αυτή καταγράφεται στα γραφήματα του σχήματος 4.50, όπου παρουσιάζονται η μέση, η μέγιστη μέση και η μέγιστη 124

133 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες τιμή της ατμοσφαιρικής υγρασίας, για κάθε μήνα και έτος παρακολούθησης των μονωτήρων. Προκύπτει ότι η μεταβολή των μέσων τιμών ατμοσφαιρικής υγρασίας κατά την διάρκεια του έτους είναι σχετικά μικρή, υποδεικνύοντας ότι παρά την απουσία βροχοπτώσεων, κατά την διάρκεια του καλοκαιριού παρατηρούνται υψηλές τιμές υγρασίας, γεγονός που επιβεβαιώνεται και από την καταγραφή των μεγίστων τιμών υγρασίας. Μάλιστα διερευνώντας την κατανομή συχνότητας παρατήρησης για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα επιβεβαιώνεται η μετακίνηση των τιμών ατμοσφαιρικής υγρασίας σε υψηλότερα επίπεδα από τα τέλη Ιούλη και μετά. Στο σχήμα 4.50ζ παρουσιάζονται οι κατανομές συχνότητας παρατήρησης για τρεις μήνες, τον Φεβρουάριο, ο οποίος χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα βροχοπτώσεων, τον Ιούνιο, ο οποίος είναι σχετικά ξηρός μήνας και τον Σεπτέμβριο, στον οποίο η πιθανότητα βροχόπτωσης είναι μικρή (σχήμα 4.49ζ) αλλά οι τιμές σχετικής υγρασίας έχουν αισθητά μετακινηθεί προς υψηλότερα επίπεδα. Η εμφάνιση υψηλών τιμών σχετικής υγρασίας στο διάστημα από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο, αποδίδεται στο φαινόμενο του δρόσου, το οποίο παρατηρείται κατά την περίοδο αυτή στις βραδινές και πρώτες πρωινές ώρες. Κατά την διάρκεια της ημέρας η ατμόσφαιρα είναι σχετικά ξηρή λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που παρατηρούνται την περίοδο αυτή, όπως φαίνεται στα γραφήματα του σχήματος Μάλιστα οι μήνες Ιούλιος και Αύγουστος ήταν οι θερμότεροι ανά έτος για το διάστημα παρακολούθησης, κάτι όμως που προκύπτει και από δεδομένα για μεγαλύτερο εύρος χρόνου (σχήμα 4.51ζ). Αξίζει να σημειωθεί ότι ως αποτέλεσμα του δρόσου μπορεί να προκύψει η ύγρανση της επιφάνειας των μονωτήρων, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την συμπεριφορά τους. Επιπλέον, εξαιτίας της παρουσίας του NaCl στους ρύπους, η έναρξη του μηχανισμού της συμπύκνωσης παρατηρείται νωρίτερα, σε σχετική υγρασία 75% και όχι στο 100%. Ο μηχανισμός αυτός αναλύεται περαιτέρω στην επόμενη παράγραφο. 125

134 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.49 Μέση, μηνιαία βροχόπτωση για κάθε έτος παρακολούθησης των μονωτήρων (αστ) καθώς και η μέση, μηνιαία βροχόπτωση στο διάστημα

135 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.50 Μέση, ελάχιστη και μέγιστη μηνιαία σχετική υγρασία για κάθε έτος παρακολούθησης των μονωτήρων (α-στ) καθώς η κατανομή συχνότητας παρατήρησης για τρεις τυπικούς μήνες στο διάστημα

136 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.51 Μέση, ελάχιστη και μέγιστη μηνιαία θερμοκρασία για κάθε έτος παρακολούθησης των μονωτήρων (α-στ) καθώς η κατανομή συχνότητας παρατήρησης για έξι τυπικούς μήνες στο διάστημα

137 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες 4.7 Συσχέτιση της συμπεριφοράς των μονωτήρων με τις επικρατούσες μετεωρολογικές συνθήκες Η καταγραφή της συμπεριφοράς των μονωτήρων και στις δύο τοποθεσίες μέτρησης, έδειξε ότι κατά την διάρκεια του έτους εμφανίζονται δύο περίοδοι αξιοσημείωτης δραστηριότητας. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, όπως προκύπτει τόσο από τις μετρήσεις των μεγίστων τιμών ρεύματος (σχήματα 4.11 έως 4.16), αλλά κυρίως του συσσωρευμένου φορτίου (σχήμα 4.18), η περίοδος από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο χαρακτηρίζεται από υψηλά επίπεδα δραστηριότητας. Επιπλέον στο διάστημα από τον Μάρτιο μέχρι και τον Μάιο, έχει επίσης καταγραφεί δραστηριότητα, σε σημαντικά χαμηλότερο επίπεδο όμως. Στους μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, η περίοδος έντονης δραστηριότητας παρατηρείται κυρίως κατά την διάρκεια του χειμώνα, όπως προκύπτει αντίστοιχα από τις μετρήσεις των μεγίστων τιμών ρεύματος (σχήματα 4.20 έως 4.40), αλλά κυρίως του συσσωρευμένου φορτίου (σχήμα ). Εξαίρεση και στις δύο περιπτώσεις αποτελεί το έτος 2002, όπου στην περίπτωση των μονωτήρων χωρίς επικάλυψη, η καταγεγραμμένη δραστηριότητα κυμάνθηκε σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα, σε όλη την διάρκεια του έτους, συμπεριλαμβανομένης και της περιόδου του καλοκαιριού. Αντίθετα στους μονωτήρες με επικάλυψη, παρατηρήθηκε δραστηριότητα σχεδόν σε όλη την διάρκεια του 2002, με κορύφωση το διάστημα από τον Ιούλιο μέχρι και τον Οκτώβριο. Η συσχέτιση της συμπεριφοράς των μονωτήρων με τις μετεωρολογικές συνθήκες, αφορά ουσιαστικά δύο παραμέτρους, την συγκέντρωση ρύπων στην επιφάνεια και την δυνατότητα ανάπτυξης αγωγιμότητας. Στην πρώτη περίπτωση ενδιαφέρουν ο άνεμος και η βροχόπτωση. Ο άνεμος, όπως έχει ήδη αναφερθεί, αποτελεί το κύριο μέσο μεταφοράς των ρύπων στην επιφάνεια των μονωτήρων, ενώ αντίστοιχα η βροχόπτωση το κύριο μέσο απομάκρυνσης αυτών. Οπότε η συνολική ποσότητα που τελικά συγκεντρώνεται στην επιφάνεια, καθορίζεται από την συνδυασμένη δράση των δύο αυτών μηχανισμών. Όσον αφορά τον άνεμο, οι καταγραφές της μέσης και της μέγιστης μέσης ταχύτητας ανέμου του σχήματος 4.46, δείχνουν ότι σε όλη την διάρκεια του 129

138 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων έτους παρατηρούνται άνεμοι με ταχύτητα που υπερβαίνει τα 13km/h, ήτοι ανέμους ικανούς να προκαλέσουν κυματισμό και στην συνέχεια να μεταφέρουν την ρύπανση στους μονωτήρες. Επιπλέον, σύμφωνα με τις μέγιστες τιμές ταχύτητας, παρατηρούνται ιδιαίτερα υψηλές ταχύτητες ανέμων, που ξεπερνούν σε κάποιες περιπτώσεις μέχρι και τα 85km/h, κατά την διάρκεια δύο περιόδων κατά έτος. Η πρώτη περίοδος αφορά κυρίως τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο (μελτέμια), ενώ η δεύτερη το διάστημα από τον Νοέμβριο μέχρι και τον Φεβρουάριο. Παράλληλα, όσον αφορά την βροχόπτωση, αυτή εμφανίζεται απούσα κατά την διάρκεια του καλοκαιριού και ιδιαίτερα τους μήνες Ιούνιο μέχρι και Αύγουστο, ενώ η περίοδος των βροχοπτώσεων συνήθως θεωρείται το διάστημα από τον Νοέμβριο μέχρι και τον Μάρτιο. Η συνδυασμένη δράση των δύο παραμέτρων φαίνεται στο σχήμα 4.52 όπου παρουσιάζεται η μέση μέγιστη τιμή ταχύτητας ανέμου κάθε μήνα, όπως προκύπτει ως μέση τιμή των χρόνων 2000 μέχρι και 2005, καθώς και η μέση μηνιαία βροχόπτωση βάσει δεδομένων για το διάστημα (α) (β) Σχήμα 4.52 Συνδυασμένη δράση των κυρίων μηχανισμών μεταφοράς και καθαρισμού των ρύπων στην περίπτωση της Κρήτης (α) Μέση τιμή των μεγίστων τιμών ταχύτητας ανέμου για το διάστημα και (β) μέση βροχόπτωση για το διάστημα

139 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Συνεπώς, οι υψηλές ταχύτητες ανέμου, που παρατηρούνται κατά την διάρκεια του χειμώνα, συνοδεύονται παράλληλα από βροχοπτώσεις, με αποτέλεσμα να περιορίζεται ο βαθμός συγκέντρωσης ρύπων στην επιφάνεια των μονωτήρων, κατά το διάστημα αυτό. Αξίζει να σημειωθεί, ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση, η γεωμετρία των υπό μέτρηση μονωτήρων είναι σχετικά απλή, επιτρέποντας τον καθαρισμό από τους ρύπους σχετικά εύκολα. Παράλληλα, η καλοκαιρινή περίοδος έντονης δραστηριότητας ανέμων, χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά χαμηλά μέχρι και μηδενικά επίπεδα βροχόπτωσης. Οπότε κατά την περίοδο αυτή, παρατηρείται μέγιστος ρυθμός συγκέντρωσης ρύπων στην επιφάνεια των μονωτήρων. Αυτό επιβεβαιώνεται και από μετρήσεις ισοδυνάμου αλμυρότητας (ESDD), σε μονωτήρες πορσελάνης τύπου ομίχλης (fog type), όπως φαίνεται στο σχήμα 4.53, όπου υπάρχει σαφής μετατόπιση του επιπέδου ρύπανσης προς υψηλότερες τιμές, μεταξύ των μηνών Ιουνίου και Ιουλίου. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί ότι η αύξηση των επιπέδων ρύπανσης στην επιφάνεια των μονωτήρων πραγματοποιείται προοδευτικά, απαιτώντας ένα διάστημα της τάξης των 2 με 2,5 εβδομάδων μέχρι την συγκέντρωση της κρίσιμης ποσότητας ρύπων. Σχήμα 4.53 Συχνότητα παρατήρησης του επιπέδου ρύπανσης βάσει μετρήσεων ESDD σε μονωτήρες πορσελάνης τύπου ομίχλης. 131

140 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η παρουσία ρύπανσης στην επιφάνεια ενός μονωτήρα, δεν αποτελεί πρόβλημα, όσο οι ρύποι παραμένουν ηλεκτρικά ουδέτεροι. Έτσι αυτό που ουσιαστικά ενδιαφέρει είναι η δυνατότητα ανάπτυξης ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Στην συγκεκριμένη περίπτωση οι ρύποι, αποτελούνται κυρίως από άλατα, τα οποία είναι ηλεκτρικά αγώγιμα υπό την μορφή ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Συνεπώς η ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας προϋποθέτει την παρουσία νερού στην επιφάνεια, σε ποσότητα τέτοια ώστε να είναι δυνατή η διάλυση των ρύπων. Κατά την εναπόθεση τους, οι ρύποι ήδη περιέχουν μια ποσότητα υγρασίας, η οποία μεταφέρθηκε επίσης από τον άνεμο. Όμως, αυτή δεν επαρκεί για να δημιουργήσει πρόβλημα, για δύο κυρίως λόγους. Αφενός η συγκεκριμένη ποσότητα υγρασίας είναι μικρή, αφού όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η εναπόθεση των ρύπων πραγματοποιείται προοδευτικά. Αφετέρου, κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, λόγω της υψηλής θερμοκρασίας (σχήμα 4.51) και της ηλιοφάνειας, παρατηρείται ξήρανση των ρύπων, όταν αυτοί εναποτεθούν στην επιφάνεια. Αξίζει να σημειωθεί ότι η κύρια ποσότητα ρύπανσης μεταφέρεται στην επιφάνεια των μονωτήρων κατά την διάρκεια της ημέρας, αφού τότε παρατηρούνται και οι υψηλότερες ταχύτητες ανέμου. Η συσχέτιση αυτή, μεταξύ θερμοκρασίας και ανέμου φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 4.54 Συσχέτιση της ταχύτητας ανέμου και της θερμοκρασίας για μια τυπική ημέρα του Αυγούστου (δεδομένα για την περίοδο ) 132

141 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Η επιπλέον ποσότητα νερού που απαιτείται λοιπόν, διατίθεται στην επιφάνεια των μονωτήρων ως αποτέλεσμα της δράσης δύο μηχανισμών, της βροχόπτωσης και της συμπύκνωσης ή δρόσου Η επίδραση των βροχοπτώσεων Η βροχόπτωση, όπως έχει ήδη αναφερθεί, αποτελεί τον κύριο μηχανισμό καθαρισμού των μονωτήρων. Στην περίπτωση ασθενούς βροχόπτωσης όμως, μπορεί να υποστηρίξει την ανάπτυξη ηλεκτρικής αγωγιμότητας, δια της παροχής ύδατος και περαιτέρω διάλυσης του επιφανειακού στρώματος των ρύπων. Η ακριβής επίδραση εξαρτάται από την ένταση και διάρκεια της βροχόπτωσης, το είδος και την ποσότητα των ρύπων, αλλά και χαρακτηριστικών του μονωτήρα όπως η γεωμετρία. Στην περίπτωση της Κρήτης παρατηρήθηκε ότι οι ασθενείς βροχοπτώσεις, στις αρχές ή τα τέλη του χειμώνα, οδηγούν στην ανάπτυξη επιφανειακής δραστηριότητας στους μονωτήρες. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, η δραστηριότητα αυτή ήταν αξιόλογη, όχι όμως αρκετή για να δημιουργήσει πρόβλημα. Σε αυτό συντελεί και ο καθαρισμός των μονωτήρων, που παράλληλα λαμβάνει χώρα, καθώς και το γεγονός ότι η γεωμετρία των μονωτήρων περιορίζει σημαντικά την πιθανότητα ύγρανσης, των προστατευμένων από το προφίλ τμημάτων του μήκους ερπυσμού. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, παρατηρήθηκε επίσης δραστηριότητα κατά την διάρκεια ασθενών βροχοπτώσεων. Η δραστηριότητα αυτή είναι σημαντικά μικρότερη σε σχέση με την αντίστοιχη των μονωτήρων πορσελάνης χωρίς επικάλυψη, όπως προκύπτει από την σύγκριση του συσσωρευμένου φορτίου στα σχήματα 4.18 και Όμως αποτελεί ουσιαστικά την αιχμή για τους μονωτήρες με επικάλυψη όπως προκύπτει από την χρονική κατανομή του συσσωρευμένου φορτίου, στο σχήμα Η συμπεριφορά αυτή επιβεβαιώθηκε ακόμη περισσότερο κατά το έτος 2002, το οποίο αποτελεί εξαίρεση, όσον αφορά την διασπορά τον βροχοπτώσεων στο χρόνο. Όπως προκύπτει από το γράφημα του σχήματος 4.49γ, κατά το έτος 2002, παρατηρήθηκαν βροχοπτώσεις σε όλη την διάρκεια του έτους, εκτός των μηνών Μαΐου και Ιουνίου. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη 133

142 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων δραστηριότητας κατά την διάρκεια του καλοκαιριού, συμπεριφορά που απέχει από την μέση συμπεριφορά που παρατηρήθηκε στο υπόλοιπο χρονικό διάστημα παρακολούθησης (σχήμα 4.43). Στο σχήμα 4.55 παρουσιάζεται η καταγραφή του φορτίου και των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής, σε δύο από τους υπό παρακολούθηση μονωτήρες του υποσταθμού Ηράκλειο ΙΙ, κατά την διάρκεια μιας ασθενούς βροχόπτωσης, τον Αύγουστο του Για τον μονωτήρα πορσελάνης, προκύπτει από την ταυτόχρονη καταγραφή του ρεύματος και της βροχόπτωσης, ότι η έναρξη της δραστηριότητας παρατηρείται την ίδια χρονική στιγμή (4:20:00). Στην συνέχεια παρατηρείται αύξηση της δραστηριότητας παράλληλα με την βροχόπτωση, μέχρι την χρονική στιγμή του μεγίστου ρεύματος (4:30:00), όπου ταυτόχρονα παρατηρείται και η μέγιστη βροχόπτωση. Αντίστοιχα, κατά την μείωση της βροχόπτωσης, παρατηρείται αντίστοιχη μείωση των τιμών του ρεύματος, μέχρι και τον μηδενισμό του την χρονική στιγμή 4:50:00. Η αντίστοιχη μεταβολή της δραστηριότητας στον μονωτήρα με επικάλυψη από RTV SIR, παρουσιάζει ως προς την βροχόπτωση και την δραστηριότητα στον πρώτο μονωτήρα, μια καθυστέρηση της τάξης των 10 min. Όπως φαίνεται στην καταγραφή, με την έναρξη της βροχόπτωσης παρατηρείται δραστηριότητα και στην επικάλυψη, όμως αυτή αυξάνει με σημαντικά μικρότερο ρυθμό για το διάστημα καθυστέρησης. Στην συνέχεια παρατηρείται το ίδιο μοτίβο μεταβολής με τον μονωτήρα χωρίς επικάλυψη, δηλαδή αύξηση, κορύφωση και μείωση, με την διαφορά ότι και στην περίπτωση αυτή παρατηρείται χρονικά μετατοπισμένη. Αξίζει να σημειωθεί ότι η μέγιστη τιμή του φορτίου αλλά και του ρεύματος στην συγκεκριμένη περίπτωση του μονωτήρα με επικάλυψη, είναι μεγαλύτερα από τα αντίστοιχα μεγέθη του μονωτήρα χωρίς επικάλυψη. Η καθυστέρηση αυτή μεταξύ των ρευμάτων στους δύο μονωτήρες, είναι συνήθης στην περίπτωση δραστηριότητας, κατά την διάρκεια ασθενούς βροχόπτωσης. Η αιτία εστιάζεται στην συμπεριφορά της επιφάνειας των δύο υλικών (πορσελάνη και RTV SIR). Στην περίπτωση των επικαλύψεων, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 2, η υδρόφοβη συμπεριφορά εξασφαλίζεται, ακόμη και με την παρουσία των ρύπων, από ένα πλήθος μορίων SIR, χαμηλού μοριακού βάρους. Αυτά διεισδύουν στο στρώμα των ρύπων, 134

143 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες προερχόμενα από τον όγκο του υλικού και επιβάλλουν υδρόφοβη συμπεριφορά. Σχήμα 4.55 Παράλληλη καταγραφή της δραστηριότητας κατά την διάρκεια ασθενούς βροχόπτωσης σε δύο μονωτήρες πορσελάνης, εκ των οποίων ο ένας με επικάλυψη από RTV SIR. 135

144 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην περίπτωση της βροχόπτωσης, η παρουσία αυτών των μορίων φαίνεται να επιβραδύνει τον σχηματισμό της επιφανειακής αγωγιμότητας. Όπως προκύπτει από την ταυτόχρονη καταγραφή των ρευμάτων στους δύο μονωτήρες, ο παρατηρούμενος ρυθμός αύξησης της δραστηριότητας είναι αρχικά περιορισμένος, στον μονωτήρα με επικάλυψη, για ένα διάστημα της τάξης των 10min και στην συνέχεια ακολουθεί ένα μοτίβο αντίστοιχο με αυτό της πορσελάνης. Πιθανότερη αιτία για την καθυστέρηση αυτή, είναι η δυσκολία διείσδυσης του νερού στο στρώμα των ρύπων. Αρχικά και για ορισμένη ποσότητα νερού, η επιφάνεια της επικάλυψης δεν διαταράσσεται, αλλά παραμένει υδρόφοβη, περιορίζοντας την επιφανειακή δραστηριότητα. Η αύξηση όμως της ποσότητας του νερού, οδηγεί κάποια στιγμή σε ανατροπή της αρχικής κατάστασης, με αποτέλεσμα την διάλυση των ρύπων και τον σχηματισμό ενός ηλεκτρολυτικού διαλύματος, δηλαδή δραστηριότητας αντίστοιχης με αυτής σε ένα μονωτήρα χωρίς επικάλυψη Ο μηχανισμός της συμπύκνωσης Ο όρος συμπύκνωση χαρακτηρίζει μηχανισμούς, που οδηγούν στην αύξηση της πυκνότητας ενός αερίου ή υγρού και την μετατροπή του σε υγρό ή στερεό αντίστοιχα. Τέτοιες διαδικασίες παρατηρούνται ιδιαίτερα συχνά στην ατμόσφαιρα [256], τόσο στα υψηλά (Τροπόσφαιρα) όσο και τα παρεδάφια στρώματα και αφορούν, ως επί το πλείστο, την μετατροπή των υδρατμών, που υπάρχουν σε αέρια φάση στον ατμοσφαιρικό αέρα, σε υδατοσταγόνες ή παγοκρυστάλλους. Όπως είναι γνωστό, η ποσότητα των υδρατμών, που μπορεί να διατηρηθεί σε αέρια φάση στον ατμοσφαιρικό αέρα, είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας του τελευταίου. Σε μία ορισμένη θερμοκρασία, μπορεί να διατηρηθεί επίσης ορισμένη ποσότητα υδρατμών (όριο κόρου). Αν παρατηρηθεί υπέρβαση της ποσότητας αυτής, τότε η πλεονάζουσα ποσότητα υδρατμών αποβάλλεται, σε υγρή ή στερεά δομή. Αντίστοιχα, για ορισμένη ποσότητα υδρατμών, η ικανότητα διατήρησης τους σε αέρια μορφή από τον ατμοσφαιρικό αέρα, ελαττώνεται με την μείωση της θερμοκρασίας. Όταν αυτή πέσει κάτω από την θερμοκρασία δρόσου, η οποία αντιστοιχεί στο σημείο κορεσμού, για την 136

145 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες συγκεκριμένη ποσότητα υδρατμών (σχετική υγρασία 100%), τότε επίσης παρατηρείται σχηματισμός υγρών ή στερεών δομών. Στα παρεδάφια στρώματα του αέρα, τα οποία ενδιαφέρουν στην συγκεκριμένη περίπτωση, παρατηρούνται φαινόμενα ψύξης, κατά την διάρκεια της νύχτας, σε περιπτώσεις έντονης θερμικής ακτινοβολίας. Όπως είναι γνωστό, κάθε σώμα εκπέμπει και δέχεται θερμότητα, με την μορφή ακτινοβολίας. Κατά την διάρκεια της ημέρας, η ηλιακή ακτινοβολία, αποτελεί την κυρίαρχη δράση, και ουσιαστικά καθορίζει την θερμοκρασία του περιβάλλοντος και των σωμάτων σε αυτό. Την νύχτα όμως, το περιβάλλον εκπέμπει θερμότητα, ενώ παράλληλα δεν λαμβάνει. Έτσι στην περίπτωση που η απώλεια θερμότητας δεν μπορεί να καλυφθεί με άλλο τρόπο (αγωγή ή συναγωγή), παρατηρείται πτώση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, η οποία συνοδεύεται από συμπυκνώσεις. Ως αποτέλεσμα εμφανίζονται φαινόμενα όπως ο δρόσος, η πάχνη και η ομίχλη ακτινοβολίας. Το φαινόμενο του δρόσου παρατηρείται σε ανέφελες νύχτες με άπνοια, μετά από απογεύματα με υψηλή σχετική υγρασία. Η απουσία νέφωσης, επιτρέπει υψηλότερους ρυθμούς θερμικής ακτινοβολίας, ενώ η άπνοια περιορίζει την δυνατότητα μεταφοράς θερμότητας με συναγωγή. Έτσι, παρατηρείται ψύξη των παρεδάφιων στρωμάτων, με αποτέλεσμα την συμπύκνωση ποσότητας υδρατμών, οι οποίοι μάλιστα είναι περισσότεροι από ότι συνήθως. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην περίπτωση αυτή, το σημείο δρόσου διατηρείται σε θερμοκρασία πάνω από τους 0 o C, οπότε η συμπύκνωση οδηγεί σε σχηματισμό υδατοσταγόνων. Αν υπό τις ίδιες συνθήκες (ανέφελη νύχτα, άπνοια), η διαδικασία της ψύξης οδηγήσει σε θερμοκρασία δρόσου χαμηλότερη από τους 0 o C, τότε αντί των υδατοσταγόνων, δημιουργούνται παγοκρύσταλλοι, φαινόμενο γνωστό ως πάχνη. Το φαινόμενο της πάχνης εμφανίζεται συνήθως την χειμερινή περίοδο, όπου η θερμοκρασίας είναι χαμηλότερες, ενώ ο δρόσος το καλοκαίρι και μάλιστα η συχνότητα εμφάνισης του, αυξάνει με την μείωση του γεωγραφικού πλάτους. Το τρίτο φαινόμενο, η ομίχλη ακτινοβολίας, εμφανίζεται επίσης υπό τις ίδιες συνθήκες με τον δρόσο, με την βασική διαφορά όμως ότι απαιτείται η δράση ενός ασθενούς ανέμου, ο οποίος θα προκαλεί ανάμιξη του επιφανειακού 137

146 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων στρώματος αέρα, με αποτέλεσμα οι χαμηλές θερμοκρασίες να επεκταθούν σε μεγαλύτερο ύψος. Όσον αφορά την συμπεριφορά των μονωτήρων, τέτοια φαινόμενα συμπύκνωσης, μπορούν να υποστηρίξουν την ύγρανση της επιφάνειας τους και να οδηγήσουν, σε συνδυασμό με το επιφανειακό στρώμα ρύπων, στην δημιουργία ενός αγώγιμου ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Σε αυτό συντελεί και η θερμική συμπεριφορά των μονωτήρων. Στις συνθήκες δρόσου, ένας μονωτήρας ακτινοβολεί θερμότητα από την επιφάνεια του, ενώ παράλληλα δέχεται θερμότητα από το έδαφος, μέσω των μεταλλικών ικριωμάτων στήριξης, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 4.56 Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας σε ένα μονωτήρα πορσελάνης, σε συνθήκες δρόσου. Η ποσότητα της παρεχόμενης μέσω αγωγής θερμότητας δεν επαρκεί για να καλύψει τις απώλειες λόγω ακτινοβολίας με αποτέλεσμα την ψύξη του μονωτήρα και περαιτέρω του αέρα που είναι σε επαφή με την επιφάνεια του. Αυτό συμβαίνει διότι η θερμική αγωγιμότητα των διηλεκτρικών υλικών, που συνήθως χρησιμοποιούνται, είναι μικρή, όπως φαίνεται από τον πίνακα 4.2 [257]. Έτσι, ο ρυθμός της μεταφερόμενης με αγωγή θερμότητας, δεν επαρκεί για να υπερκαλύψει την παρατηρούμενη απώλεια λόγω ακτινοβολίας, με 138

147 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες αποτέλεσμα ο μονωτήρας να αποκτά θερμοκρασία χαμηλότερη από τον περιβάλλοντα χώρο. Πίνακας 4.2 Τιμές θερμικής αγωγιμότητας υλικών που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων. Υλικό Θερμική αγωγιμότητα (W/mK) Αλουμίνιο 238 Χαλκός 397 Σίδηρος 79,5 Αέρας 0,0234 Πορσελάνη 4 Γυαλί 1 Καουτσούκ 0,2 Νερό 0,6 Ξύλο 0,08 Στο σχήμα 4.57, φαίνεται η διαφορά της θερμοκρασίας μεταξύ ενός μεταλλικού πυλώνα και δύο μονωτήρων πορσελάνης (αλυσίδες), σε συνθήκες δρόσου (ανέφελη νύχτα, άπνοια). Η συγκεκριμένη καταγραφή ήταν δυνατή με την χρήση κάμερας υπέρυθρης ακτινοβολίας και αφορά μονωτήρες στον Υ/Σ Ηράκλειο ΙΙ. Σχήμα 4.57 Καταγραφή της θερμοκρασίας μονωτήρων πορσελάνης, σε συνθήκες δρόσου με την χρήση κάμερας υπέρυθρης ακτινοβολίας. 139

148 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Μια πολύ σημαντική ιδιότητα του συγκεκριμένου μηχανισμού, αποτελεί η ικανότητα ύγρανσης του συνολικού μήκους ερπυσμού, τόσο δηλαδή των εκτεθειμένων, όσο και προστατευμένων τμημάτων του μονωτήρα. Η ιδιότητα αυτή αυξάνει σημαντικά τον βαθμό επικινδυνότητας, οδηγώντας σε μη αναμενόμενες συμπεριφορές. Ένα τυπικό παράδειγμα είναι η τοποθέτηση μονωτήρων ομίχλης πορσελάνης, με μεγαλύτερο μήκος ερπυσμού ανά δίσκο, στο Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης και η συμπεριφορά τους συγκριτικά με τους συνήθως χρησιμοποιούμενους μονωτήρες πορσελάνης ομίχλης Συσχέτιση της επίδρασης του μήκους ερπυσμού στην συμπεριφορά μονωτήρων πορσελάνης σε συνθήκες δρόσου Οι δύο τύποι μονωτήρων φαίνονται στο σχήμα 4.58, ενώ τα χαρακτηριστικά τους στον πίνακα 4.3. Ο μονωτήρας του σχήματος 4.58α είναι αυτός που συνήθως χρησιμοποιείται στο Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης, σε περιοχές όπου παρατηρούνται έντονα προβλήματα ρύπανσης. Ο δεύτερος μονωτήρας (σχήμα 4.58β), είναι ένας μονωτήρας ομίχλης πορσελάνης, ο οποίος χρησιμοποιείται σε Γραμμές Μεταφοράς των 400kV, στην ηπειρωτική Ελλάδα. Στην περίπτωση της Κρήτης χρησιμοποιήθηκε, όταν κατά την αναβάθμιση της Γραμμής Μεταφοράς Λινοπεράματα Ιεράπετρα, από 66kV στα 150kV, προέκυψε η ανάγκη περιορισμού του μήκους της αλυσίδας, σε μια συγκεκριμένη φάση, με ταυτόχρονη διατήρηση του απαραίτητου μήκους ερπυσμού. Η συγκεκριμένη αναβάθμιση έγινε διατηρώντας των τύπο των φορέων (πύργοι κατασκευής METKA, σειρά 1). Συγκεκριμένα, το επίπεδο ρύπανσης για την συγκεκριμένη γραμμή, βάσει του IEC 815 [258], χαρακτηρίζεται ως αρκετά δυσμενές (very heavy, πίνακας 1 στο IEC 815). Έτσι η απαιτούμενη στάθμη μόνωσης, ορίζεται στα 31mm/kV (πίνακας 2 στο IEC 815), οπότε και το ελάχιστο μήκος ερπυσμού είναι 5270mm. Σύμφωνα με τα στοιχεία του πίνακα 4.3, το απαιτούμενο μήκος ερπυσμού ικανοποιείται, στην περίπτωση του πρώτου μονωτήρα, από μια αλυσίδα 13 μονάδων, με συνολικό μήκος ερπυσμού 5395mm και αξονικό μήκος 190cm. Αντί αυτού, χρησιμοποιώντας δέκα μονωτήρες του δεύτερου τύπου, προέκυπτε μια αλυσίδα με μήκος ερπυσμού 5400mm και αξονικό 140

149 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες μήκος 170cm. Έτσι, στις θέσεις όπου απαιτούνταν η μείωση του αξονικού μήκους, χρησιμοποιήθηκαν μονωτήρες του δεύτερου τύπου, με αποτέλεσμα σε πολλούς πυλώνες να συνυπάρχουν και οι δύο τύποι μονωτήρων. Σχήμα 4.58 Σχηματική αναπαράσταση των δύο τύπων μονωτήρων ομίχλης πορσελάνης, (α) ο μονωτήρας που χρησιμοποιείται στις Γραμμές Μεταφοράς 150kV του Συστήματος Κρήτης σε περιοχές με προβλήματα ρύπανσης και (β) ο μονωτήρας που χρησιμοποιείται σε Γραμμές Μεταφοράς 400kV στην ηπειρωτική Ελλάδα. Πίνακας 4.3 Τα χαρακτηριστικά των δύο μονωτήρων ομίχλης πορσελάνης Μονωτήρας Α Μονωτήρας B Τάση, kv Προφίλ ομίχλης ομίχλης Υλικό πορσελάνη πορσελάνη Μήκος ερπυσμού, mm Επιφάνεια, cm Όγκος, cm Διάμετρος, mm Ύψος, mm Θερμική αγωγιμότητα, W/mK 3 3 Αριθμός Biot 0,0084 0,

150 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στο διάστημα από 1/1/85 μέχρι 31/12/93, επί συνόλου 534 μονωτήρων του δεύτερου τύπου, αντικαταστάθηκαν 294 λόγω υπερπήδησης, ήτοι ποσοστό 55,36%. Την ίδια περίοδο, επί συνόλου 3200 τεμαχίων του πρώτου τύπου, αντικαταστάθηκαν 23, ήτοι ποσοστό 0,67%. Συνεπώς, παρά το γεγονός ότι ο δεύτερος τύπος μονωτήρα καλύπτει το απαιτούμενο μήκος ερπυσμού και μάλιστα χρησιμοποιείται σε γραμμές με μεγαλύτερη τάση λειτουργίας, εμφάνισε σαφώς υποδεέστερη συμπεριφορά σε σχέση με τον πρώτο μονωτήρα. Η συμπεριφορά αυτή παρατηρήθηκε την καλοκαιρινή περίοδο, γεγονός που την συνέδεσε με την δράση του μηχανισμού της συμπύκνωσης. Αρχικά διερευνήθηκε η θερμική συμπεριφορά των μονωτήρων, δεδομένου ότι η ποσότητα του νερού, που τελικά σχηματίζεται στην επιφάνεια τους, εξαρτάται από την θερμοκρασία, όπως προκύπτει από τον συνδυασμό των εξισώσεων 4.1 [259] και 4.2 [256] : M = h ( e e) (4.1) W D a i όπου και όπου M W : ο ρυθμός συμπύκνωσης ανά μονάδα επιφάνειας h D : σταθερά διάχυσης e a : Τάση ατμών κορεσμού σε απόσταση από τον μονωτήρα (Θερμοκρασία θ a ) e i : Τάση ατμών κορεσμού κοντά στον μονωτήρα (Θερμοκρασία θ i ) e S 2.3αθ = esoexp (4.2) β + θ e s : Τάση ατμών κορεσμού σε θερμοκρασία θ e sο : Τάση ατμών κορεσμού σε θερμοκρασία 0 ο C θ: θερμοκρασία ( o C) α = 9.7 (σταθερά) β = o C (σταθερά) 142

151 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Είναι σημαντικό ότι δεν γίνεται διάκριση όσον αφορά την προστατευμένη ή όχι επιφάνεια του μονωτήρα, αλλά η απώλεια ενέργειας και η πτώση της θερμοκρασίας που αυτή συνεπάγεται, λαμβάνει χώρα σε όλο το μήκος ερπυσμού. Το ερώτημα που προκύπτει είναι το κατά πόσο υπάρχει διαφορά στον ρυθμό ύγρανσης της προστατευμένης και μη επιφάνειας του μονωτήρα, αφού η πρώτη είναι μεγαλύτερη. Για τον λόγο αυτό υπολογίστηκε, για κάθε μονωτήρα, ο αριθμός Biot, ο οποίος δίδεται από την σχέση 4.3 [260]. _ hv Bi = ka (4.3) όπου Bi: ο αριθμός Biot V: ο όγκος του σώματος A: η επιφάνεια του σώματος k: η θερμική αγωγιμότητα h: ο μέσος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας Ο αριθμός αυτός είναι αδιάστατος και χρησιμοποιείται με σκοπό την αξιολόγηση των εσωτερικών θερμοκρασιακών κλίσεων, στον όγκο του υπό εξέταση σώματος και στην συγκεκριμένη περίπτωση του μονωτήρα. Στο σημείο αυτό πρέπει να σημειωθεί ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση ενδιαφέρει μόνο ο όγκος της πορσελάνης. Έτσι αν ο αριθμός Biot είναι μικρότερος του 0.1 τότε οι εσωτερικές θερμοκρασιακές κλίσεις μπορούν να αμεληθούν, με το σχετικό σφάλμα να περιορίζεται σε τιμές κάτω του 0,5%. Οπότε το υπό διερεύνηση πρόβλημα μπορεί να αντιμετωπιστεί με την προσέγγιση της εντοπισμένης χωρητικότητας (lumped capacity). Στην συγκεκριμένη περίπτωση, ο όγκος και η επιφάνεια της πορσελάνης σε κάθε μονωτήρα, υπολογίσθηκαν με την χρήση λογισμικού και στην συνέχεια υπολογίσθηκε ο αριθμός Biot. Τα αποτελέσματα δίνονται στον πίνακα 4.3, όπου προκύπτει ότι για τους συγκεκριμένους μονωτήρες ισχύει η υπόθεση της εντοπισμένης χωρητικότητας. Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό επιβεβαιώθηκε με την χρήση κάμερας υπέρυθρης ακτινοβολίας, όπως φαίνεται στα σχήματα 143

152 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 4.57 και 4.59, όπου και στις δύο περιπτώσεις οι μονωτήρες εμφανίζονται με ομοιόμορφη θερμοκρασία. Σχήμα 4.59 Καταγραφή της θερμοκρασίας μονωτήρων πορσελάνης, με την χρήση κάμερας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Το συγκεκριμένο στιγμιότυπο καταγράφει απογευματινή ώρα. Συνεπώς θεωρώντας ομοιόμορφη ύγρανση της επιφάνειας, υπολογίσθηκε για κάθε μονωτήρα η επιφανειακή αγωγιμότητα. Αρχικά το προφίλ του κάθε ενός διαιρέθηκε σε ευθύγραμμα τμήματα, μεταβλητού μήκους, ανάλογα με τον βαθμό καμπυλότητας, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.60, με σκοπό την όσο το δυνατό πιστότερη προσέγγιση του αρχικού σχήματος. Στην συνέχεια για κάθε τμήμα υπολογίσθηκε ο συντελεστής μορφής, σύμφωνα με την σχέση 4.4 [211,258] και η αγωγιμότητα σύμφωνα με την σχέση 4.5 [261]. F L = 0 dl π Dl () (4.4) όπου 144

153 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες l: το μήκος ερπυσμού και D(l): η μέση διάμετρος σε συνάρτηση του μήκους ερπυσμού σ = + i 6 (369.05Ci 0.42) 10 (4.5) όπου σ i : η επιφανειακή αγωγιμότητα του I τμήματος C i : η αντίστοιχη τιμή ESDD Σχήμα 4.60 Αποτέλεσμα της διαδικασίας χωρισμού τμήματος του προφίλ ενός μονωτήρα ομίχλης Οπότε και η επιφανειακή αντίσταση δίνεται από την σχέση 4.6 [211] : όπου 1 R= F σ R: επιφανειακή αντίσταση σ επιφανειακή αγωγιμότητα F: συντελεστής μορφής (4.6) 145

154 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Ιδιαίτερα για τον υπολογισμό της επιφανειακής αγωγιμότητας υποτέθηκαν οι εξής περιπτώσεις: (α) Ίδια ποσότητα ρύπανσης και στους δύο μονωτήρες, ομοιόμορφα κατανεμημένη, (β) Ίδια ποσότητα ρύπανσης και στους δύο μονωτήρες, ανομοιόμορφα κατανεμημένη όμως. Στην περίπτωση αυτή, διαιρέθηκε το μήκος ερπυσμού σε τέσσερα τμήματα, ανάλογα με τον βαθμό έκθεσης, βάσει μετρήσεων στον συγκεκριμένο τύπο μονωτήρων [211,262], όπως φαίνεται στο σχήμα Η ισοδύναμη αλμυρότητα για κάθε τμήμα, σε σχέση με την συνολική, δίνεται στον πίνακα 4.4. (γ) Σύμφωνα με μετρήσεις ESDD στους συγκεκριμένους μονωτήρες, λαμβάνεται υπόψη το γεγονός ότι ο δεύτερος μονωτήρας, λόγω γεωμετρίας, συγκεντρώνει μεγαλύτερη ποσότητα ρύπανσης, όπως φαίνεται στα γραφήματα του σχήματος Πίνακας 4.4 Κατανομή της ρύπανσης στα τέσσερα τμήματα του σχήματος ESDD(A-B):ESDD(Συνολικό) 0.26 ESDD(B-C):ESDD(Συνολικό) 1.85 ESDD(C-D):ESDD(Συνολικό) 0.86 Για κάθε ένα από τα παραπάνω σενάρια και κάθε μονωτήρα, υπολογίσθηκε η ελάχιστη τάση U C, που μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση, χρησιμοποιώντας την σχέση 4.7, η οποία προτάθηκε από τον F.M.Rizk [263], για την περίπτωση λειτουργίας υπό εναλλασσόμενη τάση. U = r L c p (4.7) όπου U c : η ελάχιστη τάση που μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση r p : η μέση επιφανειακή αντίσταση ανά μονάδα μήκους και L: το συνολικό μήκος ερπυσμού 146

155 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.61 Διαίρεση του μήκους ερπυσμού σε τμήματα βάσει του βαθμού έκθεσης. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών φαίνονται στα γραφήματα του σχήματος Αυτό που κυρίως αναδεικνύεται είναι η σημασία της κατανομής της ρύπανσης και γενικότερα της επίδρασης της γεωμετρίας. Όπως φαίνεται στα σχήματα 4.63α και 4.63β, η υπόθεση της ανομοιόμορφης κατανομής της ίδιας ποσότητας ρύπανσης, αντιστρέφει τελείως την συμπεριφορά των μονωτήρων. Επιπλέον, αν ληφθεί υπόψη και η διαφορά της ποσότητας ρύπων, που πραγματικά συγκεντρώνεται στην επιφάνεια, η σημασία της γεωμετρίας είναι καταφανής, όπως φαίνεται στα σχήματα 4.63γ και 4.63δ. Παράλληλα όμως, πρέπει να σημειωθεί, ότι τόσο στην περίπτωση της ομοιόμορφα κατανεμημένης ρύπανσης (σχήμα 4.63α), όσο και σε αυτήν της ανομοιόμορφης κατανομής, η συμπεριφορά των μονωτήρων δεν απέχει σημαντικά (σχήμα 4.63β). Το γεγονός αυτό, υποδεικνύει ότι για τον συγκεκριμένο μηχανισμό ύγρανσης, η προστασία της επιφάνειας του μονωτήρα δεν αποτελεί πλεονέκτημα, αφού δεν περιορίζει την δυνατότητα πρόσβασης του μηχανισμού ύγρανσης, όπως αντίστοιχα συμβαίνει στην περίπτωση της βροχόπτωσης. Αξίζει να σημειωθεί ότι στον δεύτερο μονωτήρα, το 76,7% του μήκους ερπυσμού θεωρείται προστατευμένο, ενώ 147

156 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων αντίστοιχα στον πρώτο μονωτήρα το ποσοστό αυτό είναι 51,2%, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 4.62 (α)συγκριτικές μετρήσεις ισοδυνάμου αλμυρότητας στους δύο μονωτήρες για την περίοδο του καλοκαιριού, (β) Σύγκριση της ποσότητας ρύπανσης στους δύο μονωτήρες (λόγος Χ) 148

157 ΙV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σχήμα 4.63 Υπολογισμός της ελάχιστης τάσης υπερπήδησης για τους δύο παραπάνω μονωτήρες στην περίπτωση (α) Ομοιόμορφης κατανομής της ίδιας ποσότητας ρύπανσης, (β) Μη ομοιόμορφης κατανομής της ίδιας ποσότητας ρύπανσης (σχήμα 4.61), (γ) Ομοιόμορφης κατανομής ρύπανσης λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της γεωμετρίας (λόγος Χ) και (δ) Μη ομοιόμορφης κατανομής ρύπανσης λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της γεωμετρίας (λόγος Χ) 149

158 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.64 Προστατευμένο τμήμα του προφίλ σε κάθε ένα από τους δύο υπό διερεύνηση μονωτήρες Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση του δρόσου Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στην Κρήτη (σχήμα 4.18), αλλά και η μέχρι σήμερα εμπειρία, όπως αυτή αντικατοπτρίζεται στην καταγραφή των σφαλμάτων ρύπανσης (σχήμα 4.19α), συγκλίνουν στο ότι οι μήνες Αύγουστος ως και Οκτώβριος, αποτελούν την περίοδο αιχμής της επιφανειακής δραστηριότητας, όσον αφορά τους κεραμικούς μονωτήρες. Η συμβολή του μηχανισμού της συμπύκνωσης, έχει ιδιαίτερα αξία στην περίπτωση αυτή, δεδομένου ότι διαφορετικά, δεν θα ήταν δυνατή η ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η περίοδος αυτή χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερα χαμηλές βροχοπτώσεις, ως και μηδενικές για το διάστημα Ιούνιος Αύγουστος, ενώ παράλληλα η ποσότητα της μεταφερόμενης από τον άνεμο υγρασίας (μαζί με τους ρύπους), δεν αρκεί για να υποστηρίξει τον σχηματισμό αγώγιμου ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Οι παράμετροι που υποδεικνύουν την παρουσία του συγκεκριμένου μηχανισμού, είναι η παρατήρηση δραστηριότητας κατά την διάρκεια της νύχτας και ιδιαίτερα σε νύχτες με άπνοια, ανέφελο ουρανό και υψηλή σχετική υγρασία. Η κατανομή αυτή της επιφανειακής δραστηριότητας, του ανέμου και της σχετικής υγρασίας, φαίνεται στα γραφήματα των σχημάτων 4.65 και 4.66, 150

159 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες όπου παρουσιάζεται η χρονική κατανομή της επιφανειακής δραστηριότητας σε ένα μονωτήρα πορσελάνης (σχήμα 4.65α) και η αντίστοιχη ημερήσια μεταβολή του ανέμου (σχήμα 4.66α) και της σχετικής υγρασίας (σχήμα 4.66β). Οι κατανομές αυτές προκύπτουν για το μήνα Αύγουστο, στο διάστημα παρακολούθησης των μονωτήρων, ήτοι , με εξαίρεση το έτος Προκύπτει ουσιαστικά ότι η επιφανειακή δραστηριότητα λαμβάνει χώρα κατά την διάρκεια της νύχτας και των πρώτων πρωινών ωρών, κάτι που επιβεβαιώνεται και από τα σφάλματα ρύπανσης (σχήμα 4.19β), όπου παρατηρείται άπνοια (σχήμα 4.66α), ενώ παράλληλα η σχετική υγρασία είναι αυξημένη (σχήμα 4.66β). Σχήμα 4.65 Καταγραφή της επιφανειακής δραστηριότητας (συσσωρευμένο φορτίο) κατά την διάρκεια μιας μέσης ημέρας τον μήνα Αύγουστο (α) ενός μονωτήρα πορσελάνης και (β) ενός μονωτήρα πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR. (περίοδος εκτός του 2002) 151

160 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 4.66 Καταγραφή της μέσης ταχύτητας ανέμου (α) και της σχετικής υγρασίας κατά την διάρκεια μιας μέσης ημέρας τον μήνα Αύγουστο, (περίοδος εκτός του 2002) Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί συνθήκες κατάλληλες για την ανάπτυξη αγωγιμότητας μέσω του μηχανισμού της συμπύκνωσης, παρατηρούνται και σε άλλες χρονικές περιόδους, όπως για παράδειγμα την άνοιξη. Το γεγονός όμως ότι κατά την περίοδο του καλοκαιριού, ο ρυθμός συγκέντρωσης ρύπων είναι υψηλός, λόγω της απουσίας βροχοπτώσεων και των ισχυρών ανέμων που παρατηρούνται, εντείνει το πρόβλημα, με αποτέλεσμα την καταγεγραμμένη δραστηριότητα. Επιπλέον είναι σημαντικό ότι ο μηχανισμός της συμπύκνωσης δεν μπορεί να μεταβάλλει την κατανομή των ρύπων στην επιφάνεια και ακόμη περισσότερο να καθαρίσει την επιφάνεια. 152

161 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Σε αντίθεση με τους μονωτήρες πορσελάνης, στην περίπτωση των επικαλύψεων, τα επίπεδα επιφανειακής δραστηριότητας είναι ιδιαίτερα περιορισμένα, όπως προκύπτει από την καταγραφή του ρεύματος διαρροής και ιδιαίτερα στις κατανομές των σχημάτων 4.41 ως και Προκύπτει δηλαδή ότι ο μηχανισμός της συμπύκνωσης, σε αντίθεση με την βροχόπτωση, δεν μπορεί να υποστηρίξει την ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Μάλιστα η αντίστοιχη ημερήσια κατανομή της δραστηριότητας, η οποία φαίνεται στο σχήμα 4.65β, αναδεικνύει μια τελείως διαφορετική συμπεριφορά στην περίπτωση αυτή. Όπως φαίνεται, η επιφανειακή δραστηριότητα κατά την διάρκεια της ημέρας είναι υψηλότερη από ότι την νύχτα. Το γεγονός αυτό αποδίδεται στην μεταφερόμενη από τον άνεμο ρύπανση, η οποία κατά την εναπόθεση περιέχει και υγρασία. Έτσι, μέχρι η επιφάνεια του υλικού ανακτήσει την αρχική υδρόφοβη συμπεριφορά (μετανάστευση μορίων χαμηλού μοριακού βάρους), αναπτύσσεται δραστηριότητα. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί, ότι η δραστηριότητα αυτή είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη στην πορσελάνη, όπως άλλωστε φαίνεται και από την σύγκριση των γραφημάτων στα σχήματα 4.65α και 4.65β. Η διαφορετική επίδραση των δύο μηχανισμών σε κάθε περίπτωση (με ή χωρίς επικάλυψη), αναδεικνύεται από τις καταγραφές του σχήματος Στο σχήμα 4.67α, παρουσιάζονται οι καταγραφές των μεγίστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής, σε ένα μονωτήρα πορσελάνης 150kV του Υποσταθμού Ηράκλειο ΙΙ και σε ένα μονωτήρα του ιδίου τύπου, στον ίδιο χώρο, ο οποίος όμως έχει επικάλυψη από RTV SIR. Αντίστοιχα στο σχήμα 4.67β, παρουσιάζονται οι επικρατούσες σχετική υγρασία και βροχόπτωση. Οι καταγραφές είναι συγχρονισμένες επιτρέποντας την αξιολόγηση της επίδρασης του κάθε μηχανισμού και έλαβαν χώρα στις αρχές Νοεμβρίου του 2004, κατά την περίοδο έναρξης των βροχοπτώσεων. Αρχικά καταγράφεται υψηλή σχετική υγρασία, χωρίς να υπάρχει βροχόπτωση, γεγονός που συνεπάγεται δραστηριότητα στον μονωτήρα πορσελάνης. Αντίστοιχα, στην περίπτωση της επικάλυψης η δραστηριότητα κυμαίνεται σε εξαιρετικά χαμηλά ως και μηδενικά επίπεδα. Η διαφορά αυτή παραμένει μέχρι και την εμφάνιση της βροχόπτωσης, όπου παρατηρείται δραστηριότητα και στην περίπτωση των επικαλύψεων. Βέβαια στην πρώτη 153

162 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων περίπτωση βροχόπτωσης, το μεσημέρι της 6/11/2004, η δραστηριότητα στον μονωτήρα με την επικάλυψη είναι σημαντικά μικρότερη από ότι στην καθαρή πορσελάνη. Στην δεύτερη περίπτωση όμως που ακολουθεί, το βράδυ της 6/11/2004, η δραστηριότητα της πορσελάνης παρατηρείται σε επίπεδα συγκρίσιμα με την επικάλυψη. Αντίθετα, στην περίπτωση της επικάλυψης, το επίπεδο της δραστηριότητας διατηρείται στα ίδια επίπεδα. Σχήμα 4.67 Επίδραση των δύο μηχανισμών ύγρανσης στους δύο τύπους επιφανειών (με ή χωρίς επικάλυψη). (α) ταυτόχρονη καταγραφή των μεγίστων θετικών και αρνητικών τιμών του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση ενός μονωτήρα πορσελάνης 150kV και του αντίστοιχου τύπου με επικάλυψη από RTV SIR, (β) καταγραφή των τιμών βροχόπτωσης και σχετικής υγρασίας για το παραπάνω διάστημα. 154

163 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Συνεπώς, η καταγεγραμμένη βροχόπτωση, είχε ως αποτέλεσμα τον καθαρισμό σε σημαντικό βαθμό του μονωτήρα πορσελάνης, ενώ αντίθετα, στην περίπτωση της επικάλυψης κάτι τέτοιο δεν κατέστη δυνατό. Στην συνέχεια βέβαια, η ισχυρή βροχόπτωση που ακολούθησε (80mm), επέβαλλε τον καθαρισμό και των δύο μονωτήρων. Έτσι το απόγευμα της 7/11/04, η παρατήρηση βροχόπτωσης δεν συνεπάγεται δραστηριότητα σε κανένα από τους δύο μονωτήρες. Αξίζει να σημειωθεί ότι η περιορισμένη δυνατότητα καθαρισμού των επικαλύψεων έχει καταγραφεί και από άλλους ερευνητές [38]. Μάλιστα, στην συγκεκριμένη περίπτωση, σε αυτήν αποδίδεται και η εντονότερη δραστηριότητα που έχει παρατηρηθεί σε επικαλύψεις, στην περίπτωση βροχόπτωσης, όπως αυτή του σχήματος Επιπλέον, όσον αφορά την επίδραση της συμπύκνωσης στην συμπεριφορά του μονωτήρα πορσελάνης, πρέπει να σημειωθεί ότι, τόσο στην παραπάνω καταγραφή όσο και σε άλλες, σε αντίστοιχες συνθήκες δρόσου, παρατηρείται ένα όριο μετάβασης στην σχετική υγρασία. Συγκεκριμένα, η επιφανειακή δραστηριότητα παρατηρείται αφού η σχετική υγρασία υπερβεί το όριο του 75%. Για παράδειγμα, στην συγκεκριμένη περίπτωση, στο διάστημα από 18:00 στις 4/11/2004, μέχρι και τις 24:00 της ίδιας ημέρας, η σχετική υγρασία καταγράφεται σε υψηλές τιμές, κάτω όμως του 75%. Αντίστοιχα, για το διάστημα αυτό, η επιφανειακή δραστηριότητα παρατηρείται σε σχεδόν μηδενικά επίπεδα Υγροσκοπική συμπεριφορά των επιφανειακών ρύπων Η καταγραφή της επιφανειακής δραστηριότητας στο σχήμα 4.67 και ιδιαίτερα το όριο του 75%, αποκαλύπτουν την παρουσία ενός επιπλέον μηχανισμού ύγρανσης. Ο μηχανισμός αυτός, προϋποθέτει συνθήκες ανάλογες με αυτές στην περίπτωση του δρόσου, όμως προηγείται, αφού λαμβάνει χώρα σε υγρασία 75%. Το γεγονός αυτό αναδεικνύει την σημασία της συμπεριφοράς των ρύπων, αφού για σχετική υγρασία 75%, δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί ακόμη συμπύκνωση. Δηλαδή, στο σημείο αυτό δεν είναι δυνατή η εναπόθεση υγρασίας στην επιφάνεια του μονωτήρα, αλλά φαίνεται ότι η επιφάνεια και πιο συγκεκριμένα οι ρύποι, απορροφούν υγρασία από τον αέρα. 155

164 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η συμπεριφορά αυτή, δηλαδή της απορρόφησης υγρασίας από την ατμόσφαιρα, χαρακτηρίζεται ως υγροσκοπική και αποτελεί ιδιότητα πολλών ουσιών [264,265]. Μεταξύ αυτών είναι και το χλωριούχο νάτριο (NaCl) [264,265], το οποίο αποτελεί το κυρίαρχο είδος ρύπανσης στην συγκεκριμένη περίπτωση, αλλά και γενικότερα σε παράκτιες εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων. Μάλιστα, το όριο του 75% είναι χαρακτηριστικό για το συγκεκριμένο είδος άλατος, γνωστό και ως DRH (Deliquescence Relative Humidity) [264,265]. Πρόκειται ουσιαστικά για το όριο μετάβασης του άλατος, από την αρχική κρυσταλλική δομή, σε ένυδρη κατάσταση υπό μορφή διαλύματος. Βέβαια η μεταβολή αυτή παρατηρείται σε σημαντικά μικρότερη κλίμακα και έχει ως αποτέλεσμα, τον σχηματισμό σταγόνων ηλεκτρολυτικού διαλύματος σε κορεσμό 266. Είναι χαρακτηριστικό άλλωστε, ότι το μέγεθος του σωματιδίου του άλατος, που πλέον βρίσκεται σε ένυδρη κατάσταση, αυξάνει παράλληλα με την αύξηση της σχετικής υγρασίας [266, 267]. Η αύξηση αυτή, για την περίπτωση του χλωριούχου νατρίου, φαίνεται στο σχήμα 4.68 [268]. Οι εικόνες αυτές κατεγράφησαν με την χρήση της τεχνικής ETEM (Environmental Transmission Electron Microscope), από τους M.E.Wise, G. Biskos κ.α [268]. Σχήμα 4.68 Μεταβολή του μεγέθους του χλωριούχου νατρίου σε συνάρτηση της σχετικής υγρασίας (Τεχνική ΕΤΕΜ, M.E.Wise, G. Biskos κ.α.) [268] 156

165 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Ακόμη αξίζει να σημειωθεί, ότι η τιμή της σχετικής υγρασίας μετάβασης (DRH), στην περίπτωση του χλωριούχου νατρίου, μεταβάλλεται ελάχιστα με την θερμοκρασία, στο εύρος τιμών που συναντώνται στο περιβάλλον. Αυτό προκύπτει πειραματικά, από πολλούς ερευνητές [266,269,270]. Μια τυπική περίπτωση παρουσιάζεται στο γράφημα του σχήματος 4.69 [269], για τέσσερα διαφορετικά άλατα (α) και ιδιαίτερα για το χλωριούχο νάτριο (β). Ακόμη, είναι σημαντικό, το ότι στην περίπτωση αυτή δεν παρατηρείται διάλυση του άλατος στο νερό, όπως γίνεται συνήθως [271,272], αλλά τα μόρια των υδρατμών, ουσιαστικά προσκολλώνται στην δομή του άλατος. Μάλιστα, αναφέρεται στην βιβλιογραφία, ότι ατέλειες της επιφάνειας και κοιλώματα στο στρώμα των ρύπων, ευνοούν την έναρξη της διαδικασίας ύγρανσης [273]. Σχήμα 4.69 Μεταβολή της τιμής της σχετικής υγρασίας μετάβασης DRH, σε σχέση με την θερμοκρασία, (α) για τέσσερις τύπους αλάτων και (β) ειδικά για το χλωριούχο νάτριο. 157

166 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, υπό συνθήκες ρύπανσης, υπάρχει συγκεντρωμένη στην επιφάνεια του μονωτήρα, μια ποσότητα άλατος. Η ποσότητα αυτή είναι ουσιαστικά εκτεθειμένη στην δράση του συγκεκριμένου μηχανισμού. Έτσι όταν η σχετική υγρασία υπερβεί το όριο μετάβασης DRH, αρχίζει η υγροποίηση των ρύπων και ως εκ τούτου η έναρξη επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας. Αντίθετα, στην περίπτωση ενός μονωτήρα με επικάλυψη από RTV SIR, η συγκεντρωμένη ποσότητα ρύπων αλληλεπιδρά με το υλικό της επικάλυψης. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, μια ποσότητα μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του Silicone Rubber, διεισδύει στο στρώμα των ρύπων και επιτυγχάνει την μεταβολή της αρχικής υδρόφιλης συμπεριφοράς σε υδρόφοβη. Η μεταβολή αυτή προκύπτει, ως αποτέλεσμα της παρουσίας των μορίων αυτών κοντά στην επιφάνεια και την μείωση της επιφανειακής ενέργειας, που αυτό συνεπάγεται. Συνεπώς, περιορίζεται σημαντικά ο βαθμός έκθεσης των επιφανειακών ρύπων στην δράση των υδρατμών, αφού πλέον η επιφάνεια είναι υδρόφοβη. Ως εκ τούτου καταστέλλεται η πιθανή ηλεκτρική δραστηριότητα και δεν διαταράσσεται η συμπεριφορά των συγκεκριμένων μονωτήρων. Αξίζει να σημειωθεί, ότι ο συγκεκριμένος μηχανισμός, εμφανίζει αρκετές ομοιότητες με τον μηχανισμό του δρόσου. Κατ αρχάς και οι δύο βασίζονται στον σχηματισμό υγρασίας από την συμπύκνωση των υδρατμών της ατμόσφαιρας. Μπορούν να οδηγήσουν στην ύγρανση της συνολικής επιφάνειας των μονωτήρων, τόσο των προστατευμένων, όσο και των μη προστατευμένων τμημάτων του μήκους ερπυσμού. Ενώ η ύγρανση λαμβάνει χώρα χωρίς την μεταβολή της κατανομής της ρύπανσης στην επιφάνεια των μονωτήρων. Στην περίπτωση της Κρήτης και ιδιαίτερα των καλοκαιρινών μηνών, οι δύο αυτοί μηχανισμοί εμφανίζονται υπό τις ίδιες προϋποθέσεις, δηλαδή σε ανέφελες νύχτες με άπνοια. Η παρουσία του μηχανισμού της απορρόφησης αναδείχθηκε και επιβεβαιώθηκε από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Οι μέχρι σήμερα καταγραφές, δείχνουν ότι ο μηχανισμός της απορρόφησης, προηγείται αυτού της συμπύκνωσης (δρόσου). Δεν είναι όμως ξεκάθαρο, για το αν ανεξάρτητα ο καθένας μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση ή απαιτείται η παρουσία και των δύο για να προκύψει κάτι τέτοιο. 158

167 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Αυτό που είναι σημαντικό όμως σε κάθε περίπτωση, είναι ότι και οι δύο μπορούν να οδηγήσουν στην ύγρανση της συνολικής επιφάνειας ενός κεραμικού μονωτήρα. Μάλιστα, στην περίπτωση των δύο μονωτήρων πορσελάνης της παραγράφου 4.7.3, η υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων, εντείνει ακόμη περισσότερο την σημασία της γεωμετρίας, αφού η ύγρανση παρατηρείται σε όλο το μήκος ερπυσμού και αναμένεται ο σχηματισμός μεγαλύτερης ποσότητας κορεσμένου διαλύματος, σε τμήματα όπου συγκεντρώνεται περισσότερη ρύπανση. Παράλληλα, στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR, η υδρόφοβη συμπεριφορά του στρώματος των ρύπων, που προκύπτει από την παρουσία των μορίων LMW, καταστέλλει σε σημαντικό βαθμό την ικανότητα ύγρανσης και των δύο μηχανισμών. 4.8 Συνολική αξιολόγηση της συμπεριφοράς των μονωτήρων στο περιβάλλον της Κρήτης Οι παράμετροι που συνθέτουν το πρόβλημα της ρύπανσης, στην Κρήτη, είναι ο άνεμος, η βροχόπτωση και οι κατά καιρούς εμφανιζόμενοι μηχανισμοί ύγρανσης. Ο άνεμος αποτελεί τον κύριο μηχανισμό μεταφοράς ρύπων, από την θάλασσα. Καταγράφεται σε ταχύτητες ικανές να μεταφέρουν ρύπανση σε όλη την διάρκεια του έτους και σε συνδυασμό με την παράκτια ανάπτυξη των εγκαταστάσεων, αυτό συνεπάγεται σε συνεχή εναπόθεση ρύπων, με σχετικά όμως ελεγχόμενους ρυθμούς. Το γεγονός αυτό επιβάλλει την συμμετοχή διαφόρων μηχανισμών ύγρανσης με σκοπό τον σχηματισμό ενός αγώγιμου ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Οι μηχανισμοί αυτοί είναι η βροχόπτωση, η υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων και ο δρόσος. Η βροχόπτωση, αποτελεί παράλληλα τον κύριο μηχανισμό καθαρισμού των μονωτήρων. Οι μετρήσεις που έγιναν, αλλά και τα διαθέσιμα δεδομένα βροχοπτώσεων, αναδεικνύουν την καλοκαιρινή περίοδο ως μια ξηρά εποχή, με εξαιρετικά ως και μηδενικά επίπεδα βροχόπτωσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, την περίοδο του καλοκαιριού να αυξάνεται η ποσότητα των ρύπων στην επιφάνεια των μονωτήρων, γεγονός που ενισχύεται ακόμη 159

168 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων περισσότερο από την παρουσία των μελτεμιών τους μήνες Ιούλιο και Αύγουστο. Έτσι στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, το καλοκαίρι αναδεικνύεται ως η περίοδος αιχμής, όσον αφορά την επιφανειακή δραστηριότητα λόγω ρύπανσης και την πιθανότητα υπερπήδησης ενός μονωτήρα. Στο γεγονός αυτό συμβάλλουν, η παρουσία μεγαλύτερης ποσότητας ρύπων (απουσία μηχανισμού καθαρισμού) και η ικανότητα των μηχανισμών ύγρανσης, ήτοι της υγροσκοπικής συμπεριφοράς των ρύπων και του δρόσου, να οδηγήσουν στον σχηματισμό επιφανειακής αγωγιμότητας, σε όλο το μήκος ερπυσμού, χωρίς παράλληλα να απομακρύνουν (καθαρίσουν) τμήμα της συσσωρευμένης ρύπανσης. Από την άλλη μεριά, κατά την διάρκεια της χειμερινής περιόδου, ενώ υπάρχει η δυνατότητα μεταφοράς ρύπων, ο καθαρισμός των μονωτήρων από την βροχόπτωση περιορίζει σημαντικά την παρατηρούμενη επιφανειακή δραστηριότητα. Σε αντίθεση με την περίπτωση της πορσελάνης, οι μονωτήρες με επικάλυψη από RTV SIR εμφανίζουν δραστηριότητα κατά την διάρκεια της χειμερινής περιόδου, υπό την επίδραση ασθενούς βροχόπτωσης, ενώ την καλοκαιρινή περίοδο καταστέλλεται σε ιδιαίτερα σημαντικό βαθμό η ανάπτυξη επιφανειακής δραστηριότητας. Η διαφορά αυτή αποδίδεται στην παρουσία ενός πληθυσμού μορίων χαμηλού μοριακού βάρους SIR στο στρώμα των ρύπων και στην φύση του μηχανισμού ύγρανσης. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, τα μόρια αυτά, περιορίζουν την δυνατότητα πρόσβασης των υδρατμών στους ρύπους. Έτσι αφού κανένας από τους δύο μηχανισμούς δεν είναι ικανός να μεταβάλει την κατάσταση της επιφάνειας, δεν είναι δυνατός ο σχηματισμός επιφανειακής αγωγιμότητας. Στην περίπτωση της βροχόπτωσης όμως, η πρόσκρουση των σταγόνων νερού στην επιφάνεια του μονωτήρα και η παρουσία μεγαλύτερης ποσότητας ύδατος, φαίνεται να ανατρέπει την αρχική ισορροπία και να οδηγεί στην ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Στην κατάσταση αυτή, συμβάλλει και η μεγαλύτερη ποσότητα ρύπανσης, που συνήθως υπάρχει στην επιφάνεια των επικαλύψεων, δεδομένου ότι στην περίπτωση αυτή, ο καθαρισμός της επιφάνειας είναι δυσκολότερος, κάτι που επίσης οφείλεται στα προαναφερθέντα μόρια χαμηλού μοριακού βάρους. 160

169 IV. Μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί, ότι η δραστηριότητα αυτή απέχει σημαντικά από την αντίστοιχη δραστηριότητα που παρατηρείται στους μονωτήρες πορσελάνης, το καλοκαίρι. Όμως πρέπει να διερευνηθεί, αφενός γιατί αποτελεί παράμετρο καταπόνησης γήρανσης των υλικών και αφετέρου διότι, με τα μέχρι τώρα δεδομένα, δεν είναι απόλυτα ξεκάθαρο αν η πορεία προς την υπερπήδηση, είναι η ίδια στην περίπτωση των μονωτήρων με ή χωρίς επικάλυψη. Πάντως, η μέχρι τώρα καταγεγραμμένη δραστηριότητα, αναδεικνύει την επιλογή των επικαλύψεων από RTV SIR, ως ιδιαίτερα αποτελεσματική στην περίπτωση της Κρήτης, αφού περιορίστηκε σε ιδιαίτερα σημαντικό βαθμό, η επιφανειακή δραστηριότητα και ως εκ τούτου και η πιθανότητα υπερπήδησης, την ιδιαίτερα δύσκολη περίοδο του καλοκαιριού. 161

170 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 162

171 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Κεφάλαιο 5 ο Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας 5.1 Εισαγωγή Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, όπως παρουσιάσθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο, προσφέρουν σημαντική ποσότητα πληροφορίας, όσον αφορά την συμπεριφορά των μονωτήρων. Όμως, για την διερεύνηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια ενός μονωτήρα, απαιτείται επιπλέον η καταγραφή της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής. Τα χαρακτηριστικά αυτής και ιδιαίτερα η απόκλιση που έχει, σε σχέση με ένα ημιτονοειδές ρεύμα, μπορούν να αποκαλύψουν την συμπεριφορά της επιφάνειας των υλικών και τον τύπο των φαινομένων που παρατηρούνται στις αντίστοιχες συνθήκες. Το πρόβλημα που προκύπτει, είναι ο όγκος της πληροφορίας που τελικά συγκεντρώνεται. Ιδιαίτερα στην περίπτωση των μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, ο όγκος αυτός είναι αρκετά μεγάλος, δεδομένου ότι απαιτείται η συνεχής καταγραφή της δραστηριότητας, για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Παράλληλα οι δυνατότητες αποθήκευσης είναι συνήθως περιορισμένες, κυρίως λόγο των συνθηκών που επικρατούν, οι οποίες υπό το πρίσμα της αξιοπιστίας, περιορίζουν την δυνατότητα χρήσης σκληρών δίσκων. Για τον λόγο αυτό, όπως έχει άλλωστε ήδη αναφερθεί, με σκοπό την μείωση της αποθηκευόμενης πληροφορίας από την συνεχή παρακολούθηση της επιφανειακής δραστηριότητας, αντί του συνόλου των μετρήσεων, εξάγονται στοιχεία, όπως για παράδειγμα η μέγιστη τιμή του ρεύματος διαρροής, το συνολικό φορτίο κτλ, ανά ορισμένα χρονικά διαστήματα. Τα δεδομένα αυτά περιγράφουν αρκετά ικανοποιητικά την συμπεριφορά των μονωτήρων, όπως φάνηκε και από το προηγούμενο κεφάλαιο, δεν περιέχουν όμως την πρωτογενή μέτρηση, η οποία θα επέτρεπε την διερεύνηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια των μονωτήρων. Απαιτείται δηλαδή η καταγραφή της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής, όπως αυτή αρχικά μετράται. Έτσι, ως μέση λύση, λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις χώρου αποθήκευσης, η διάταξη μέτρησης έχει την δυνατότητα αποθήκευσης στιγμιότυπων του ρεύματος διαρροής, ορισμένης χρονικής 163

172 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων διάρκειας. Αυτά επιλέγονται, ανά χρονικά διαστήματα των έξι ωρών, βάσει της μέγιστης τιμής του ρεύματος, γεγονός που συνεπάγεται ένα πλήθος των 900 κυματομορφών για κάθε μήνα λειτουργίας της κάθε συσκευής. Έχοντας ως αναφορά το πλήθος των κυματομορφών του ρεύματος που έχουν συγκεντρωθεί στο διάστημα μέτρησης, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τυπικές μορφές, των οποίων τα χαρακτηριστικά διερευνώνται και συσχετίζονται με φαινόμενα στην επιφάνεια των μονωτήρων. Σκοπός είναι, αφενός η διερεύνηση της συμπεριφοράς της επιφάνειας σε κάθε περίπτωση και αφετέρου η αναγνώριση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών, τα οποία θα μπορούσαν να υποστηρίξουν την δημιουργία κριτηρίων αξιολόγησης της δραστηριότητας. Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη ενός συστήματος επιλογής των κυματομορφών, από ένα σύστημα τεχνικής ευφυΐας, όπως για παράδειγμα ένα νευρωνικό δίκτυο. 5.2 Μέθοδοι αξιολόγησης των κυματομορφών Η διερεύνηση των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής ουσιαστικά εστιάζεται στην ανίχνευση και ανάλυση της μη γραμμικής συμπεριφοράς που τελικά προκύπτει, από την καταγεγραμμένη επιφανειακή δραστηριότητα. Σημείο αναφοράς αποτελεί η εφαρμοζόμενη τάση, αφενός διότι προκαλεί τα υπό διερεύνηση φαινόμενα και αφετέρου διότι στην απλούστερη των περιπτώσεων, η αναμενόμενη συμπεριφορά του επιφανειακού στρώματος των ρύπων θα είναι ωμική, θα έδινε δηλαδή ένα ρεύμα με την ίδια ακριβώς μορφή. Συνεπώς ξεκινώντας από ένα ημιτονοειδές ρεύμα, της ίδιας συχνότητας με την τάση και μηδενική διαφορά φάσης, αξιολογείται ο βαθμός της μη γραμμικής συμπεριφοράς του ρεύματος διαρροής. Προς την κατεύθυνση αυτή, χρησιμοποιήθηκαν, επιπλέον της οπτικής σύγκρισης των δύο σημάτων, διαγράμματα Χ-Υ, με το ρεύμα στον άξονα Χ και την τάση αντίστοιχα στον Υ, καθώς και ο Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier (FFT). Τα διαγράμματα Χ-Υ χρησιμοποιούνται συχνά στην μέτρηση με παλμογράφο, με σκοπό είτε τον προσδιορισμό της διαφοράς φάσης δύο σημάτων (Χ και Υ αντίστοιχα), όπως φαίνεται στο σχήμα 5.1, είτε της συχνότητας του ενός αν είναι γνωστή η συχνότητα του άλλου. Στο πλαίσιο αυτό, χρησιμοποιήθηκαν 164

173 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας και στην περίπτωση αυτή, με σκοπό κυρίως την διερεύνηση ενδεχόμενης ύπαρξης διαφοράς φάσης μεταξύ της εφαρμοζόμενης τάσης και του ρεύματος διαρροής. Από την εφαρμογή τους προέκυψε ότι επιπλέον της διαφοράς φάσης, είναι δυνατή και η αξιολόγηση της μορφής του ρεύματος με την μέθοδο αυτή. Σχήμα 5.1 Διαγράμματα Χ-Υ για δύο ημιτονοειδή σήματα ίδιου εύρους και συχνότητας αλλά με διαφορά φάσης Δφ Η δεύτερη μέθοδος, ο μετασχηματισμός Fourier, χρησιμοποιήθηκε με σκοπό τον προσδιορισμό του φάσματος συχνοτήτων για κάθε υπό ανάλυση σήμα. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε καταγράφεται στο σχήμα 5.2. Αρχικά, κάθε σήμα είναι διαθέσιμο σε ψηφιακή μορφή ήδη από την συσκευή καταγραφής. Έτσι το πρώτο βήμα ήταν η προσαρμογή του πλήθους των δειγμάτων στον 165

174 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων απαιτούμενο από τον αλγόριθμό 2 Ν αριθμό. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, το παράθυρο παρακολούθησης περιλαμβάνει 24 περιόδους των 50Hz, ήτοι 480ms. Σχήμα 5.2 Διαδικασία προσδιορισμού του φάσματος συχνοτήτων με την χρήση Γρήγορου Μετασχηματισμού Fourier (FFT). Με συχνότητα δειγματοληψίας 2kHz αυτό αντιστοιχεί σε 960 δείγματα. Οπότε απαιτήθηκε η επέκταση του σήματος στα 1024, που είναι και η πλησιέστερη δύναμη του δύο. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό MatLab και συγκεκριμένα το εργαλείο επέκτασης σήματος (Signal Extension Tool). Αυτό ουσιαστικά αναπαράγει το σήμα με χαρακτηριστικά ανάλογα με αυτά του αρχικού, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.3. Στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμός FFT, που επίσης υπάρχει στο λογισμικό MatLab, ο οποίος και παρείχε το φάσμα συχνοτήτων. 166

175 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Σχήμα 5.3 Αποτέλεσμα της διαδικασίας επέκτασης σήματος με το signal extension tool του MatLab για μια κυματομορφή του ρεύματος διαρροής. 5.3 Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης Η συμπεριφορά των μονωτήρων πορσελάνης, στην περίπτωση της ρύπανσης, κυριαρχείται από την παρουσία ξηρών ζωνών (dry bands) στην επιφάνεια του μονωτήρα, οι οποίες μπορούν να μεταβάλλουν την συμπεριφορά του και τελικά να οδηγήσούν σε υπερπήδηση (flashover). Η σύνθεση της αγωγιμότητας που τελικά προκύπτει, είναι αποτέλεσμα της αντίρροπης δράσης αφενός των μηχανισμών ύγρανσης και αφετέρου της εξάτμισης ύδατος, ως αποτέλεσμα της θέρμανσης του επιφανειακού στρώματος ρύπων, που προκύπτει από την ροή ρεύματος (απώλειες Joule). Η παρουσία των ξηρών ζωνών και η συμβολή που αυτές έχουν σε μια ενδεχόμενη υπερπήδηση, είχε εντοπισθεί ήδη από πολύ νωρίς και συγκεκριμένα το 1942 από τον J.S.Forrest [274]. Έκτοτε πολλοί ερευνητές ασχολήθηκαν με την διερεύνηση του φαινομένου, κυρίως με σκοπό την μαθηματική μοντελοποίηση του και πάντα με ορίζοντα την πρόβλεψη μιας ενδεχόμενης υπερπήδησης. Η πρώτη συστηματική μελέτη καταγράφεται την δεκαετία του 1960, στην Μεγάλη Βρετανία, από τον B.F. Hampton [275]. Μια πολύ καλή ανασκόπηση των μαθηματικών μοντέλων που είχαν αναπτυχθεί μέχρι και το 1981, παρουσιάζεται από τον F.M.Rizk στην αναφορά 263. Οι διαφορές μεταξύ αυτών και η εξέλιξη που υπάρχει, 167

176 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων αναφέρονται κυρίως στον τρόπο προσέγγισης της αέριας αγωγιμότητας που αναπτύσσεται στα άκρα μια ξηράς ζώνης, αλλά και στις παραμέτρους που την επηρεάζουν. Επίσης αξίζει αναφοράς η προσπάθεια συσχέτισης του ρεύματος διαρροής με την πιθανότητα υπερπήδησης, κάτι που εκφράζεται κυρίως από την εργασία των M.P.Verma et al. και ιδιαίτερα το κριτήριο του μέγιστου ρεύματος I [276] max. Σε κάθε περίπτωση πάντως, η γενικά αποδεκτή τροχιά εξέλιξης του φαινομένου, έχει προταθεί από τον P.J. Lambeth [277] και απαρτίζεται από έξι στάδια, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.4. Σχήμα 5.4 Στάδια εξέλιξης του φαινομένου της ρύπανσης στην επιφάνεια μιας μονωτικής λωρίδας (strip) με ρύπανση καθώς και η κατανομή της τάσης. (α) Έναρξη της διαδικασίας ύγρανσης (b) Σχηματισμός ξηρών ζωνών (c) Επικράτηση μιας εξ αυτών (d) Διάσπαση της ξηράς ζώνης (e) Επέκταση της διάσπασης (f) Υπερπήδηση 168

177 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Έχοντας ως αναφορά τα παραπάνω στάδια, προέκυψαν για τις καταγεγραμμένες κυματομορφές, τρεις τυποποιημένες μορφές δραστηριότητας, ως εξής: Α μορφή: Ημιτονοειδής κυματομορφή Η κυματομορφή του ρεύματος διαρροής στο σχήμα 5.5, είναι μια μορφή ρεύματος διαρροής, η οποία συναντάται κατά την έναρξη της επιφανειακής δραστηριότητας. Όπως φαίνεται, πρόκειται για ένα ημιτονοειδές ρεύμα, το οποίο είναι σε φάση με την εφαρμοζόμενη τάση, υποδεικνύοντας ωμική συμπεριφορά για το επιφανειακό στρώμα των ρύπων. Στο σχήμα 5.6 φαίνεται ένα τμήμα αυτής της κυματομορφής, από το οποίο έχει αφαιρεθεί ο θόρυβος με την βοήθεια ενός χαμηλοπερατού φίλτρου, με αποτέλεσμα να είναι ακόμη περισσότερο εμφανή τα χαρακτηριστικά αυτά. Σχήμα 5.5 Ημιτονοειδής κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της αντίστοιχης εφαρμοζόμενης τάσης σε ένα μονωτήρα στηρίξεως πορσελάνης 150kV του Υποσταθμού Ηράκλειο ΙΙ. Η ανάλυση της κυματομορφής κατά Fourier, επιβεβαίωσε την παρουσία μίας και μόνο αρμονικής, της βασικής των 50Hz, όπως φαίνεται στο φάσμα του σχήματος 5.7. Όμως μια προσεκτικότερη διερεύνηση της κυματομορφής, αποκαλύπτει ότι παρατηρείται μεταβολή των χαρακτηριστικών και ιδιαίτερα 169

178 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων της αγωγιμότητας του επιφανειακού φιλμ με την πάροδο του χρόνου. Η μεταβολή αυτή φαίνεται στο σχήμα 5.8, όπου έχουν καταγραφεί οι απόλυτες τιμές του μεγίστου ρεύματος, για το τμήμα της κυματομορφής του σχήματος 5.7. Σχήμα 5.6 Τμήμα της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής και της αντίστοιχης εφαρμοζόμενης τάσης, του σχήματος 5.5, από το οποίο έχει απομακρυνθεί ο θόρυβος με την χρήση χαμηλοπερατού φίλτρου. Σχήμα 5.7 Φάσμα συχνοτήτων της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής του σχήματος

179 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Σχήμα 5.8 Μεταβολή της απόλυτης τιμής των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής του σχήματος 5.6. Η μεταβολή αυτή μπορεί να οφείλεται στο επιφανειακό στρώμα των ρύπων. Θεωρώντας ότι υπάρχει ένα διάλυμα αποκλειστικά NaCl, κάτι το οποίο είναι αρκετά κοντά στην πραγματικότητα, η αγωγιμότητα που αυτό εμφανίζει δίνεται από την σχέση 5.1, όπου Κ η ηλεκτρική αγωγιμότητα, C η συγκέντρωση, u,v η ευκινησία των ιόντων και e το φορτίο. K = C( u+ v) e (5.1) Η παρουσία ρεύματος στον όγκο του διαλύματος, συνεπάγεται αρχικά την θέρμανση του τελευταίου, από τις απώλειες Joule που προκύπτουν, όπως επιβεβαιώνει και η μηδενική διαφορά φάσης που κατεγράφη στα σχήματα 5.5 και 5.6. Η θέρμανση αυτή συνεπάγεται την αύξηση της ευκινησίας των ιόντων στην εξίσωση 5.1 και ως εκ τούτου και την αγωγιμότητα. Συνεπώς η παρουσία ρεύματος, πριν οδηγήσει στην εξάτμιση ύδατος, προκαλεί την αύξηση της αγωγιμότητας του διαλύματος. Παράλληλα βέβαια πρέπει να ληφθεί υπόψη και η δράση του μηχανισμού ύγρανσης, ο οποίος εναποθέτοντας νερό χαμηλότερης θερμοκρασίας περιορίζει την θερμαντική δράση του ρεύματος. Ο συνδυασμός των δύο, μπορεί να οδηγήσει στην παρατηρούμενη διακύμανση της αγωγιμότητας του σχήματος

180 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η μεταβολή της αγωγιμότητας στο παράθυρο μιας περιόδου των 50Hz επιβεβαιώνεται και από το διάγραμμα τάσης ρεύματος (V-I), που φαίνεται στο σχήμα 5.9. Όπως φαίνεται η συμπεριφορά της αγωγιμότητας μπορεί να θεωρηθεί ως ωμική, κάτι που προκύπτει από την σύγκριση με τις καμπύλες του σχήματος 5.1. Παράλληλα όμως η αγωγιμότητα δεν είναι σταθερή, αφού για την ίδια τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης μπορεί να έχουμε διαφορετικό ρεύμα. Μάλιστα, στην συγκεκριμένη περίπτωση, φαίνεται ότι η θέρμανση που προκαλείται από το ρεύμα κατά το πρώτο μισό της κάθε ημιπεριόδου, οδηγεί στην αύξηση της αγωγιμότητας, αφού με την ίδια τάση, το ρεύμα κατά το πρώτο μισό (σημείο Α) είναι μικρότερο από το αντίστοιχο κατά το δεύτερο (σημείο Β). Σχήμα 5.9 Διάγραμμα τάσης ρεύματος (V-I) για μια τυπική περίοδο της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής στο σχήμα 5.6. Βέβαια, πρέπει να σημειωθεί ότι το επίπεδο του 1mA στο οποίο κινείται το ρεύμα διαρροής, είναι πολύ κοντά στο κατώφλι έναρξης μέτρησης του αισθητήρα, γεγονός που συνεπάγεται την πιθανή παρουσία σφάλματος στην μέτρηση. Επιπλέον το γεγονός ότι η μέτρηση γίνεται σε πραγματικές συνθήκες, σε έναν από τους μονωτήρες ενός εν λειτουργία υποσταθμού, δεν επιτρέπει την συλλογή στοιχείων, όσον αφορά την κατάσταση της επιφάνειας και την αντίστοιχη δράση του μηχανισμού ύγρανσης. Συνεπώς η επίδραση αυτή του ρεύματος διαρροής, στην αγωγιμότητα του επιφανειακού φίλμ, μένει να επιβεβαιωθεί και από άλλες μετρήσεις, με μεγαλύτερο ρεύμα. 172

181 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Είναι όμως σίγουρο, ότι ένα τέτοιο ρεύμα της τάξης των 1-2mA, μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό ξηρών ζωνών, στην επιφάνεια του μονωτήρα. Αυτό επιβεβαιώνεται από την καταγραφή των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής. Μια τυπική τέτοια περίπτωση φαίνεται στο σχήμα 5.10, όπου καταγράφεται μια περίοδος δραστηριότητας, με σχετικά υψηλό ρεύμα, ενώ πριν και μετά το ρεύμα κυμαίνεται σε τιμές μικρότερες των 2mA. Σχήμα 5.10 Σχηματισμός ξηρών ζωνών από ένα ρεύμα της μορφής του σχήματος 5.5 και εύρους μικρότερου από 2mA, (α) Καταγραφή της απόλυτης τιμής των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής, (β) η σχετική υγρασία την ίδια περίοδο και (γ) αντίστοιχα η βροχόπτωση. 173

182 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην περίπτωση αυτή, η σχετική υγρασία καταγράφεται σε επίπεδα που υπερβαίνουν κατά πολύ το όριο του 75%, ενώ η ανάπτυξη δραστηριότητας προκύπτει σε συνδυασμό με την εμφάνιση ασθενούς βροχόπτωσης. Πρέπει όμως να σημειωθεί, ότι η έναρξη της δραστηριότητας προκύπτει πριν από την εμφάνιση της βροχόπτωσης, γεγονός που υποδεικνύει ότι ο σχηματισμός της ξηρής ζώνης προήλθε από το μικρό ρεύμα των 1-2mA. Βέβαια, στην συνέχεια η εμφάνιση της βροχόπτωσης υποστήριξε την εμφάνιση ακόμη εντονότερης δραστηριότητας. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να ερμηνευτεί λαμβάνοντας υπόψη την συμπεριφορά του νερού και την γεωμετρία του μονωτήρα. Συγκεκριμένα, το προφίλ του υπό παρακολούθηση μονωτήρα αποτελείται από 21 τμήματα, όπως αυτό του σχήματος Χρησιμοποιώντας την ίδια μεθοδολογία με αυτήν που παρουσιάσθηκε στην παράγραφο 4.7.3, κατέστη δυνατός ο υπολογισμός της επιφανειακής αντίστασης, κατά μήκος αυτού του τμήματος και για ομοιόμορφη κατανομή ρύπανσης. Έτσι θεωρώντας ένα ρεύμα της τάξης του 1mA (ενεργός τιμή), υπολογίσθηκε η κατανάλωση ισχύος, θεωρώντας επίπεδο ρύπανσης (ESDD)= 0.5mg/cm 2. Ο χωρισμός της γεωμετρίας σε τμήματα καθώς και το αποτέλεσμα της διαδικασίας υπολογισμού φαίνονται στα σχήματα 5.12α και 5.12β αντίστοιχα. Όπως προκύπτει από το σχήμα 5.12β, η κατανάλωση ενέργειας, εμφανίζεται εντονότερη κοντά στον κύριο κορμό του μονωτήρα, όσο δηλαδή μειώνεται η απόσταση R X, από τον κατακόρυφο άξονα συμμετρίας αυτού (σχήμα 5.11). Συνεπώς η θερμαντική δράση του ρεύματος διαρροής, εντοπίζεται σε συγκεκριμένες περιοχές, οι οποίες και εμφανίζουν μεγαλύτερη πιθανότητα μετατροπής σε ξηρές ζώνες. Σχήμα 5.11 Γεωμετρικό προφίλ του ελάχιστου επαναλαμβανόμενου τμήματος του υπό παρακολούθηση μονωτήρα (συνολικά 21 τμήματα). 174

183 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας (α) (β) Σχήμα 5.12 (α)χωρισμός της γεωμετρίας σε τμήματα και (β) κατανάλωση ισχύος κατά μήκος της γεωμετρίας, στην περίπτωση ενός ρεύματος 1mA και ομοιόμορφη κατανομή ρύπανσης με ESDD= 0.5mg/cm 2. Παράλληλα, η γεωμετρία του μονωτήρα είναι σχετικά απλή, γεγονός που συνεπάγεται ότι η βροχόπτωση έχει πρόσβαση σε μεγάλο τμήμα του μήκους ερπυσμού. Έτσι στην περίπτωση του σχήματος 5.10, το αρχικό ρεύμα διαρροής οδήγησε στην εμφάνιση μιας ή περισσοτέρων ξηρών ζωνών και ως εκ τούτου προκύπτει η δραστηριότητα κατά το διάστημα 13:00 με 14:00. Η δραστηριότητα στην συνέχεια έγινε εντονότερη, γεγονός που συσχετίζεται με την εμφάνιση της ασθενούς βροχόπτωσης και ιδιαίτερα με την επίδραση που θα μπορούσε να έχει στην επιφανειακή αγωγιμότητα. Συγκεκριμένα, η παρουσία μεγαλύτερων ποσοτήτων ύδατος, θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγαλύτερη αγωγιμότητα, θεωρώντας ότι η ποσότητα ρύπανσης ήταν τέτοια, ώστε αρχικά, πριν την βροχόπτωση, δεν είχε παρατηρηθεί πλήρης διάλυση (κορεσμένο διάλυμα). Η αύξηση της αγωγιμότητας που προκύπτει για το μη ξηρό τμήμα (wet part), θα μπορούσε να υποστηρίξει την διάσπαση μεγαλύτερου τμήματος του μήκους ερπυσμού, γεγονός που αντικατοπτρίζεται στο επίπεδο του ρεύματος. Ένα στιγμιότυπο της δραστηριότητας στην περίπτωση αυτή φαίνεται στο σχήμα

184 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.13 Στιγμιότυπο της επιφανειακής δραστηριότητας κατά την διάρκεια της ασθενούς βροχόπτωσης στο περιστατικό του σχήματος Β μορφή: Μη γραμμικό ρεύμα διαρροής χωρίς την παρουσία ηλεκτρικών εκκενώσεων Ο σχηματισμός των ξηρών ζωνών παρατηρείται στα τμήματα του μήκους ερπυσμού, όπου η θερμική δράση του ρεύματος διαρροής υπερτερεί αυτής του μηχανισμού ύγρανσης. Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, ένα ρεύμα της τάξης του 1-2mA μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό ξηρών περιοχών στην επιφάνεια του μονωτήρα. Έχει παρατηρηθεί όμως, ότι ανάλογα με τον μηχανισμό ύγρανσης, μπορεί στην επιφάνεια του μονωτήρα να αναπτυχθεί τέτοια αγωγιμότητα, ώστε να επιτραπεί η ροή ενός μεγαλύτερου ρεύματος, της τάξης των 10mA, πριν τον σχηματισμό ξηρών ζωνών. Μια τέτοια περίπτωση παρουσιάζεται στο σχήμα 5.14, όπου παρατίθενται οι κυματομορφές της εφαρμοζόμενης τάσης και του ρεύματος διαρροής (σχήμα 5.14α) καθώς και των μετεωρολογικών συνθηκών την ημέρα εκείνη (σχήμα 5.14β). Τέτοιου τύπου κυματομορφές έχουν καταγραφεί επανειλημμένως, στην περίπτωση ασθενούς βροχόπτωσης, όπως άλλωστε προκύπτει και για την περίπτωση αυτή, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.14β. Πρέπει να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη κυματομορφή έχει καταγραφεί κατά την έναρξη των βροχόπτωσης, η οποία έφθασε τα 10mm. 176

185 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Σχήμα 5.14 Μη γραμμικό ρεύμα διαρροής χωρίς την παρουσία εκκενώσεων. (α) Κυματομορφές της εφαρμοζόμενης τάσης και του ρεύματος διαρροής και (β) μετεωρολογικές συνθήκες την ημέρα της καταγραφής. Η εξέταση της κυματομορφής του σχήματος 5.14α, αλλά ακόμη περισσότερο του τμήματος αυτής που παρατίθεται στο σχήμα 5.15, υποδεικνύει αρχικά ένα ημιτονοειδές ρεύμα, με μηδενική διαφορά φάσης από την τάση. Η περαιτέρω ανάλυση όμως, χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό FFT, αποκαλύπτει την παρουσία στην κυματομορφή ανώτερων αρμονικών και συγκεκριμένα στα 150Hz (3 η ), 250Hz (5 η ) και 350Hz (7 η ). Το φάσμα συχνοτήτων που προκύπτει φαίνεται στο σχήμα 5.16, όπου είναι εμφανής η παρουσία των αρμονικών, παρά το γεγονός ότι αυτές κυμαίνονται σε σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα από την βασική. 177

186 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.15 Τμήμα των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης που παρατίθενται στο σχήμα 5.14α. Σχήμα 5.16 Φάσμα συχνοτήτων της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής του σχήματος Η μη γραμμική συμπεριφορά επιβεβαιώνεται ακόμη περισσότερο στο διάγραμμα τάσης ρεύματος του σχήματος Προκύπτει και στην περίπτωση αυτή η μεταβολή στην τιμή της αγωγιμότητας κατά την διάρκεια κάθε ημιπεριόδου και μάλιστα στην περίπτωση αυτή είναι περισσότερο 178

187 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας εμφανής. Επιπλέον, αντίστοιχα με την προηγούμενη περίπτωση (μορφή Α), καταγράφεται μεταβολή στις τιμές κορυφής του ρεύματος διαρροής, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 5.17 Τμήμα των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης που παρατίθενται στο σχήμα 5.14α. Σχήμα 5.18 Μεταβολή της απόλυτης τιμής των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής του σχήματος

188 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η μη γραμμική συμπεριφορά του ρεύματος στην περίπτωση αυτή, φαίνεται επίσης ότι προκύπτει ως αποτέλεσμα της αλλοίωσης που προκαλεί η μεταβολή της αγωγιμότητας του ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Η παρουσία ηλεκτρικών εκκενώσεων δεν φαίνεται πιθανή στο στάδιο αυτό, τουλάχιστο σε βαθμό που να μπορεί να επηρεάσει την μορφή του ρεύματος. Αυτό προκύπτει λαμβάνοντας υπόψη, ότι η ενδεχόμενη παρουσία μιας ξηράς ζώνης, όπως θα φανεί παρακάτω, θα είχε ως αποτέλεσμα τον στραγγαλισμό του αγώγιμου καναλιού, για όσο χρονικό διάστημα η εφαρμοζόμενη τάση θα ήταν μικρότερη από την διηλεκτρική αντοχή του αέρα που περιβάλλει την ζώνη. Αυτό συνεπάγεται ένα μηδενικό ρεύμα για το διάστημα που μεσολαβεί μέχρι την διάσπαση. Στην περίπτωση αυτή όμως, η έναυση και ο μηδενισμός, τάσης και ρεύματος, λαμβάνουν χώρα ταυτόχρονα, αποκλείοντας ουσιαστικά την πιθανότητα αυτή. Συνεπώς, κυρίαρχο ρόλο στην διαμόρφωση των χαρακτηριστικών του ρεύματος διαρροής, έχει το ηλεκτρολυτικό διάλυμα και ιδιαίτερα η αντίρροπη δράση του ρεύματος και των απωλειών Joule που αυτό συνεπάγεται και του μηχανισμού ύγρανσης. Το μεγαλύτερο ρεύμα θερμαίνει την επιφάνεια ταχύτερα, με αποτέλεσμα την εντονότερη αύξηση της αγωγιμότητας κατά την διάρκεια μιας ημιπεριόδου (σχήμα 5.17). Παράλληλα η παρουσία ενός μηχανισμού όπως η ασθενής βροχόπτωση, συνεπάγεται την ύγρανση της επιφάνειας του μονωτήρα, με αποτέλεσμα τον περιορισμό της δράσης του ρεύματος. Πρέπει να σημειωθεί ότι η γεωμετρία του μονωτήρα είναι σχετικά απλή, οπότε ευνοείται η ύγρανση λόγω ασθενούς βροχόπτωσης. Μάλιστα η συμβολή της βροχόπτωσης είναι απαραίτητη στην περίπτωση αυτή, δεδομένου ότι η θέρμανση του διαλύματος περιορίζει σημαντικά την δυνατότητα ύγρανσης των υπό ξήρανση τμημάτων του μονωτήρα, από μηχανισμούς όπως η συμπύκνωση ή η υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων. Οπότε, στο ενδεχόμενο απουσίας της βροχόπτωσης, ο σχηματισμός ξηρών ζωνών προκύπτει σε σημαντικά μικρότερο επίπεδο ρεύματος, όπως περιγράφηκε στην προηγούμενη παράγραφο (μορφή Α). Ακόμη, λαμβάνοντας υπόψη ότι για κάθε τμήμα του μονωτήρα η ισορροπία μεταξύ θέρμανσης και ύγρανσης μπορεί να μεταβάλλεται διαφορετικά, ερμηνεύεται και η διακύμανση των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής, η οποία φαίνεται στο σχήμα

189 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Γ μορφή: Μη γραμμικό ρεύμα διαρροής με την παρουσία ηλεκτρικών εκκενώσεων Η εμφάνιση ηλεκτρικών εκκενώσεων στην επιφάνεια του μονωτήρα, μεταβάλλει σημαντικά την μορφή του ρεύματος διαρροής. Παρακάτω παρουσιάζονται και αναλύονται έξι τυπικές κυματομορφές του ρεύματος διαρροής, οι οποίες κατατάσσονται βάσει της μέγιστης τιμής του ρεύματος. Μορφή Γ1: Διάσπαση ξηράς ζώνης με I max =14mA Στο σχήμα 5.19α παρατίθεται η κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της αντίστοιχης εφαρμοζόμενης τάσης, Η δραστηριότητα η οποία καταγράφηκε, αποδίδεται στην υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων και στον μηχανισμό της συμπύκνωσης, αφού την συγκεκριμένη ημερομηνία (1/11/2001) δεν έχει καταγραφεί βροχόπτωση, ενώ η σχετική υγρασία κατά την ώρα της μέτρησης υπερβαίνει το 85%. Η παρουσία της ηλεκτρικής εκκένωσης προκύπτει από την μορφή του ρεύματος διαρροής και ιδιαίτερα από την απότομη αύξηση της αγωγιμότητας, η οποία παρατηρείται κατά την διάρκεια κάποιων ημιπεριόδων. Μια τέτοια, τόσο απότομη αύξηση της αγωγιμότητας, δεν μπορεί να συσχετιστεί με την συμπεριφορά του ηλεκτρολυτικού διαλύματος, δεδομένου ότι εξελίσσεται σημαντικά ταχύτερα, από όποια φαινόμενα θα μπορούσαν να συσχετισθούν με αυτό. Επιπλέον, η μεταβολή αυτή εμφανίζεται κοντά στο μέγιστο της τάσης, γεγονός που υποδεικνύει συσχέτιση με την διηλεκτρική συμπεριφορά της επιφάνειας. Ουσιαστικά δηλαδή, προκύπτει ότι στην επιφάνεια έχουν σχηματιστεί μια ή περισσότερες ξηρές ζώνες, οι οποίες διαταράσσουν την κατανομή της τάσης, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ηλεκτρικών εκκενώσεων. Αυτές προσφέρουν έναν δρόμο μεγαλύτερης αγωγιμότητας για το ρεύμα, γεφυρώνοντας τμήματα του μήκους ερπυσμού, τα οποία μάλιστα εμφανίζουν χαμηλή αγωγιμότητα (ξηρά). Η συμπεριφορά αυτή φαίνεται καλύτερα στο σχήμα 5.19γ, όπου παρουσιάζεται το διάγραμμα V-I για μια τυπική περίοδο της τάσης, στην 181

190 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων οποία παρατηρείται η διάσπαση μιας ξηράς ζώνης. Η χαρακτηριστική εμφανίζεται «αριθμημένη» με κάθε σημείο να αντιστοιχεί σε 0,5ms. Σχήμα 5.19 Διάσπαση μιας ξηράς ζώνης με I max =14mA, (α) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης, (β) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT και (γ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος Προκύπτει ότι αρχικά υπάρχει ένα πολύ μικρό, σχεδόν μηδενικό ρεύμα της και ξαφνικά παρατηρείται μια απότομη μεταβολή, φθάνοντας μέχρι και τα 8mA (μέγιστο 14mA). Στην περίπτωση αυτή διαπιστώνεται εύκολα η συσχέτιση της στιγμής αύξησης του ρεύματος με την αντίστοιχη εφαρμοζόμενη τάση. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι εκκενώσεις αυτές φαίνεται να είναι ανεξάρτητες για κάθε ημιπερίοδο, αφού δεν παρατηρείται μείωση της απαιτούμενης τάσης για την έναρξη της δραστηριότητας. Αυτό φαίνεται ακόμη περισσότερο στο σχήμα 5.20, όπου παρουσιάζονται οι V-I χαρακτηριστικές για δύο διαδοχικές ημιπεριόδους. Όπως φαίνεται, η διάσπαση της ξηράς ζώνης σε κάθε ημιπερίοδο λαμβάνει χώρα στο ίδιο επίπεδο τάσης, οπότε δεν φαίνεται να υπάρχει παραμένουσα αγωγιμότητα, η οποία να οφείλεται στον ιονισμό που προηγήθηκε. 182

191 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Η συμβολή της ηλεκτρικής εκκένωσης στην επιφανειακή αγωγιμότητα αντικατοπτρίζεται και στο φάσμα συχνοτήτων του ρεύματος διαρροής. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5.19β, η συμπεριφορά αυτή έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μιας σημαντικής συνιστώσας στα 150Hz, αλλά και αρμονικών στα 250Hz και 350 Hz, σημαντικά μικρότερου εύρους όμως. Σχήμα 5.20 Ι-V χαρακτηριστικές για τέσσερις διαδοχικές ημιπεριόδους του ρεύματος στο σχήμα 5.19α, κατά τις οποίες παρατηρείται διάσπαση μιας ή περισσοτέρων ξηρών ζωνών. Μορφή Γ2: Διάσπαση ξηράς ζώνης με I max =50mA Στο σχήμα 5.21 παρουσιάζονται δύο στιγμιότυπα που αφορούν δραστηριότητα με μέγιστο ρεύμα της τάξης των 50mA. Στην πρώτη περίπτωση (α1) καταγράφεται ένα μικρής διάρκειας περιστατικό, όπου παρατηρείται η διάσπαση μια ξηράς ζώνης. Η ανάλυση της κυματομορφής κατά Fourier (σχήμα 5.21(α2)) δείχνει την έντονη παρουσία της τρίτης αρμονικής (150Hz) και σημαντικά μικρότερες συνιστώσες στα 250Hz και 350Hz. Από την κυματομορφή δεν φαίνεται να υπάρχει διεύρυνση του μήκους της εκκένωσης, αφού δεν παρατηρείται μεταβολή της μέγιστης τιμής του ρεύματος. Επιπλέον κάθε εκκένωση δεν φαίνεται να επηρεάζεται από ένα ενδεχόμενο ιονισμό που προηγήθηκε και αντίστοιχα δεν φαίνεται να παραμένει αγωγιμότητα μετά την σβέση αυτής. Η ανεξαρτησία αυτή των εκκενώσεων φαίνεται ακόμη περισσότερο στο σχήμα 5.21(α3), όπου 183

192 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων παρουσιάζεται η V-I χαρακτηριστική για μια τυπική περίοδο του ρεύματος, όταν παρατηρείται η διάσπαση. Προκύπτει η παρουσία ενός διαστήματος μηδενικού ρεύματος μεταξύ των δύο εκκενώσεων, ενώ η έναυση της δραστηριότητας λαμβάνει χώρα στο ίδιο επίπεδο τάσης. Σχήμα 5.21 Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής κατά την διάσπαση μιας ξηράς ζώνης με I max =50mA, (α1) Περιστατικό μικρής διάρκειας, (α2) Φάσμα συχνοτήτων του α1, (α3) διάγραμμα τάσης ρεύματος για το α1, (β1) Μεγαλύτερης διάρκειας περιστατικό, (β2) Φάσμα συχνοτήτων του β1, (β3) διάγραμμα τάσης ρεύματος για το β1. Στην δεύτερη κυματομορφή του σχήματος 5.21(β1), παρουσιάζεται δραστηριότητα στο ίδιο επίπεδο ρεύματος με σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια όμως. Προκύπτει και στην περίπτωση αυτή η σημαντική 184

193 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας παρουσία της τρίτης αρμονικής, αλλά και μιας συνιστώσας στα 250Hz (σχήμα 5.21(β2)). Επιπλέον, όπως φαίνεται από το διάγραμμα V-I στο σχήμα 5.21(β3), επιβεβαιώνεται και εδώ η ανεξαρτησία των εκκενώσεων σε κάθε ημιπερίοδο. Η έναυση παρατηρείται στην μέγιστη τάση, ενώ υπάρχει επίσης και το διάστημα μηδενικού ρεύματος μεταξύ των δύο εκκενώσεων. Μορφή Γ3: Διάσπαση ξηράς ζώνης με I max >80mA Στο σχήμα 5.22 παρουσιάζονται δύο περιστατικά, όπου καταγράφεται δραστηριότητα σε ξηρές ζώνες, με μέγιστο ρεύμα μεγαλύτερο των 80mA Στην πρώτη περίπτωση (σχήμα 5.22(α1)), καταγράφεται η διάσπαση μιας ξηράς ζώνης, όπου η δραστηριότητα ξεκινά αρχικά από ένα επίπεδο ρεύματος της τάξης των 20mA και στην συνέχεια φαίνεται μια αύξηση της αγωγιμότητας, με το ρεύμα να φθάνει μέχρι και τα 80mA. Αντίστοιχα στο σχήμα 5.22(β1) παρουσιάζεται η κυματομορφή του ρεύματος διαρροής, στην περίπτωση διαδοχικών ομάδων διασπάσεων. Μεταξύ αυτών υπάρχουν διαστήματα όπου το ρεύμα περιορίζεται σε σημαντικά χαμηλές τιμές, της τάξης των 4mA, ενώ στα διαστήματα δραστηριότητας, ξεκινά από χαμηλές τιμές της τάξης των 10mA και φθάνει μέχρι και τα 106mA. Το μοτίβο της μεταβολής του ρεύματος και στις δύο περιπτώσεις εμφανίζει παρόμοια χαρακτηριστικά. Δηλαδή, η δραστηριότητα ξεκινά από ένα σχετικά μικρό ρεύμα, στην συνέχεια διευρύνεται σημαντικά, φθάνοντας ένα μέγιστο, από το οποίο και μετά η δραστηριότητα φθίνει και οδηγείται σε σβέση. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να συσχετισθεί με την κατάσταση της επιφάνειας, λαμβάνοντας υπόψη την ταυτόχρονη δράση του ρεύματος και του μηχανισμού ύγρανσης. Αρχικά η επιφάνεια μπορεί να θεωρηθεί ως ο εν σειρά συνδυασμός δύο αντιστάσεων, μια για το λεγόμενο υγρό τμήμα, αυτό δηλαδή όπου ο μηχανισμός ύγρανσης υπερισχύει της δράσης του ρεύματος και αντίστοιχα άλλη μια για το ξηρό τμήμα. Η ροή ρεύματος αυξάνει την τιμή της αντίστασης του υγρού τμήματος με αποτέλεσμα ολοένα και περισσότερη τάση να κατανέμεται στα άκρα αυτού. Οπότε, όπως έχει ήδη αναφερθεί, 185

194 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων κάποια στιγμή η εφαρμοζόμενη τάση υπερβαίνει την αντοχή του αέρα που περιβάλλει την ζώνη οδηγώντας στην διάσπαση αυτού. Σχήμα 5.22 Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής κατά την διάσπαση μιας ξηράς ζώνης με I max >80mA, (α1) Περιστατικό μικρής διάρκειας, (α2) Φάσμα συχνοτήτων του α1, (α3) διάγραμμα τάσης ρεύματος για το α1, (β1) Μεγαλύτερης διάρκειας περιστατικό, (β2) Φάσμα συχνοτήτων του β1, (β3) διάγραμμα τάσης ρεύματος για το β1, Από την κυματομορφή του ρεύματος αλλά και τα διαγράμματα Τάσης Ρεύματος, που δίνονται στα σχήματα 5.22(α3) και 5.22(β3) αντίστοιχα, προκύπτει ότι και στην περίπτωση αυτή παρατηρείται μια ακολουθία από ανεξάρτητες εκκενώσεις, δεδομένου των κενών διαστημάτων ρεύματος, που μεσολαβούν μεταξύ αυτών. Πρόκειται δηλαδή για ανεξάρτητες 186

195 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας εκκενώσεις, οι οποίες λαμβάνουν χώρα η μία μετά την άλλη, χωρίς να υπάρχει επίδραση μεταξύ αυτών, μέσω κάποιου παραμένοντα ιονισμού. Επιπλέον η συσχέτιση των τιμών της εφαρμοζόμενης τάσης κατά την έναρξη της εκκένωσης σε κάθε ημιπερίοδο, με την αντίστοιχη μέγιστη τιμή του ρεύματος διαρροής, η οποία φαίνεται στα σχήματα 5.23(α) και 5.23(β) αντίστοιχα, δείχνει ότι η αύξηση του ρεύματος συνδυάζεται πάντα με μείωση της τάσης έναρξης της εκκένωσης. Οπότε δίνεται το περιθώριο στην αέρια αγωγιμότητα να αναπτύξει υψηλότερες τιμές, οι οποίες αντικατοπτρίζονται στο ρεύμα. Τα δύο αυτά δεδομένα, δηλαδή της ανεξαρτησίας των εκκενώσεων και της συσχέτισης του ρεύματος με την τάση έναρξης των εκκενώσεων, υποδεικνύουν ότι κατά την διάρκεια των εκκενώσεων υπάρχει μεταβολή στην κατάσταση των ρύπων. Η μεταβολή αυτή αναφέρεται τόσο στο υγρό όσο και το ξηρό τμήμα του επιφανειακού στρώματος. Στην πρώτη περίπτωση η ροή ενός σημαντικά μεγαλύτερου ρεύματος οδηγεί στην θέρμανση και άρα και στην αύξηση της αγωγιμότητας, μέχρι βέβαια την στιγμή που θα αρχίσει η εξάτμιση νερού σε άλλα τμήματα, οπότε και η δημιουργία άλλων ξηρών τμημάτων. Αξίζει να σημειωθεί, ότι στην συγκεκριμένη περίπτωση η δραστηριότητα στην επιφάνεια των μονωτήρων, συνοδεύονταν από έντονες συνθήκες ύγρανσης, με σχετική υγρασία να υπερβαίνει το 95% και στις δύο περιπτώσεις και ασθενή βροχόπτωση στην δεύτερη. Παράλληλα στο ξηρό τμήμα, η ροή ρεύματος δια του καναλιού της εκκένωσης, επιτρέπει την ανεμπόδιστη δράση του μηχανισμού ύγρανσης, στο τμήμα της επιφάνειας που παρακάμπτεται. Αξίζει να σημειωθεί στην περίπτωση αυτή, ότι μια ξηρά ζώνη επεκτείνεται σε όλη την περιφέρεια του μονωτήρα σε αντίθεση με την εκκένωση. Έτσι, στην συγκεκριμένη περίπτωση, η έναρξη των εκκενώσεων παρατηρείται όταν η τάση στα άκρα της ξηρά ζώνης υπερβεί την διηλεκτρική αντοχή του αέρα που την περιβάλλει. Από εκεί και μετά, η ροή ρεύματος αυξάνει την αγωγιμότητα του υγρού τμήματος, με αποτέλεσμα να αυξάνει το τμήμα της τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα της ξηράς ζώνης. Έτσι η έναρξη της εκκένωσης πραγματοποιείται σε μικρότερη τάση και το ρεύμα που προκύπτει είναι μεγαλύτερο. 187

196 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.23 Συσχέτιση των τιμών της τάσης κατά την έναρξη των εκκενώσεων σε κάθε ημιπερίοδο με το μέγιστο ρεύμα στο αντίστοιχο διάστημα για (α) την κυματομορφή του ρεύματος στο σχήμα 5.23(α1) και (β) την κυματομορφή του ρεύματος στο σχήμα 5.23(β1) Η παρουσία όμως της εκκένωσης αφήνει εκτεθειμένη την επιφάνεια της ξηράς ζώνης στην δράση του μηχανισμού ύγρανσης, με αποτέλεσμα οι διαστάσεις αυτής να αρχίζουν να μειώνονται. Αυτό συνεπάγεται την μεταβολή της κατανομής της τάσης, με μείωση του τμήματος αυτής στα άκρα της ζώνης. Έτσι η περαιτέρω εμφάνιση εκκενώσεων απαιτεί ολοένα και μεγαλύτερη τάση, φθάνοντας κάποια στιγμή στην σβέση, όταν η τάση στα άκρα της ζώνης δεν επαρκεί για να υποστηρίξει την διάσπαση της. Σε αυτό μπορεί να συντελεί και η δημιουργία επιπλέον ξηρών τμημάτων στην επιφάνεια του μονωτήρα, τα οποία επίσης οδηγούν σε ανακατανομή της τάσης και μείωση της καταπόνησης στην υπό εξέταση περιοχή. Πάντως πάρα την δυναμική συμπεριφορά του επιφανειακού στρώματος και το σημαντικά μεγαλύτερο ρεύμα, τα χαρακτηριστικά των κυματομορφών ρεύματος στην περίπτωση αυτή δεν απέχουν από αυτά 188

197 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας των κυματομορφών του σχήματος 5.21, ιδιαίτερα όσον αφορά το φασματικό περιεχόμενο. Και στην περίπτωση αυτή η μη γραμμική συμπεριφορά του ρεύματος αντικατοπτρίζεται σε μια σημαντική αρμονική στα 150Hz και σημαντικά μικρότερες συνιστώσες στα 250Hz και 350Ηz. Επιπλέον και η μορφή των διαγραμμάτων τάσης ρεύματος, όπως φαίνεται στα σχήματα 5.22(α3) και 5.22(β3), δεν διαφέρουν από αυτές των κυματομορφών με μικρότερο ρεύμα. Υπάρχει και εδώ το διάστημα μηδενικού ρεύματος, μεταξύ των εκκενώσεων, το οποίο όμως εμφανίζει μείωση με την αύξηση του ρεύματος. Βέβαια διατηρείται η ανεξαρτησία των διαδοχικών εκκενώσεων, την οποία εκφράζει το διάστημα αυτό, εμφανίζεται όμως μια τάση προσέγγισης αυτών. Αυτό προκύπτει και για τις δύο κυματομορφές, όπως φαίνεται στα διαγράμματα των σχημάτων 5.22(α3) και 5.22(β3), συγκρίνοντας σε κάθε περίπτωση τα διαγράμματα που αντιστοιχούν σε διαφορετικό επίπεδο ρεύματος. Επιπλέον αξίζει αναφοράς η συμπεριφορά της αέριας αγωγιμότητας, κατά την διάρκεια μιας ημιπεριόδου, ιδιαίτερα στην περίπτωση των υψηλότερων τιμών ρεύματος. Όπως φαίνεται από τις γραφικές με κόκκινο χρώμα στα σχήματα 5.22(α3) και 5.22(β3), για την ίδια τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης, το ρεύμα που προκύπτει είναι μεγαλύτερο κατά το δεύτερο τμήμα της κάθε ημιπεριόδου. Η συμπεριφορά αυτή είναι χαρακτηριστική στην περίπτωση εκκενώσεων σε αέρια και αναλύεται σε παράγραφο που ακολουθεί. Μορφή Γ4: Διάσπαση ξηράς ζώνης με I max >140mA Η καταγραφή της συμπεριφοράς μονωτήρων σε πραγματικές συνθήκες, επιτρέπει την διερεύνηση του φαινομένου, όπως αυτό πραγματικά εξελίσσεται. Στην περίπτωση όμως που η καταγραφή πραγματοποιείται σε μονωτήρες, που αποτελούν ενεργά τμήμα ενός Συστήματος, όπως ενός υποσταθμού, τότε δεν είναι δυνατή η διερεύνηση μιας ενδεχόμενης υπερπήδησης, αφού οι μονωτήρες αυτοί εντάσσονται στις διαδικασίες συντήρησης του συστήματος. Είναι πολύ δύσκολο δηλαδή να επιτραπεί η υπερπήδηση ενός μονωτήρα, με ότι κινδύνους αυτό συνεπάγεται για το Σ.Η.Ε. για ερευνητικούς σκοπούς. 189

198 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Έτσι και στην συγκεκριμένη περίπτωση, κατέστη δυνατή η παρακολούθηση των αρχικών σταδίων του φαινομένου, φθάνοντας σε μέγιστο ρεύμα διαρροής ίσο με 160mA, στην περίπτωση που παρουσιάζεται στο σχήμα 5.24(α). Η απόσταση από αυτό το επίπεδο δραστηριότητας μέχρι και την υπερπήδηση δεν είναι εύκολο να προσδιοριστεί. Σχήμα 5.24 (α)κυματομορφή του ρεύματος διαρροής κατά την διάσπαση μιας ξηράς ζώνης με I max =160mA, (β) Φάσμα συχνοτήτων του α, (γ) διάγραμμα τάσης ρεύματος για το α. 190

199 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Μια εκτίμηση όμως, χρησιμοποιώντας το κριτήριο του Verma [210], το οποίο παρουσιάζεται στην εξίσωση 5.2, δίνει ένα κρίσιμο ρεύμα της τάξης των 270mA. Συνεπώς, υπάρχει ένα επίσης σημαντικό τμήμα του φαινομένου μέχρι και την υπερπήδηση, επιπλέον αυτού που μελετάται στην συγκεκριμένη περίπτωση, το οποίο πρέπει να μελετηθεί. Για το σκοπό αυτό απαιτείται η διενέργεια μετρήσεων σε ελεγχόμενους χώρους, όπως για παράδειγμα ένας σταθμός υπαίθριων δοκιμών. I C ( 2 ) 800 L = 3 VC (5.2) Όπου V C η εφαρμοζόμενη τάση, L το μήκος ερπυσμού και I C η τιμή του ρεύματος διαρροής, που θα μπορούσε να οδηγήσει σε υπερπήδηση. Η ανάλυση της κυματομορφής του ρεύματος και στην περίπτωση αυτή αναδεικνύει χαρακτηριστικά αντίστοιχα με αυτά των μικρότερων επιπέδων δραστηριότητας. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5.24(β) το φάσμα συχνοτήτων που προκύπτει από τον μετασχηματισμό FFT, κυριαρχείται επιπλέον της βασικής από μια ισχυρή τρίτη αρμονική, καθώς και σημαντικά μικρότερες συνιστώσες στα 250Hz και 350Hz. Η έντονη παρουσία της τρίτης αρμονικής έχει καταγραφεί σε όλες τις κυματομορφές μη γραμμικού ρεύματος. Μάλιστα προκύπτει ότι υπάρχει συσχέτιση μεταξύ του επιπέδου του μεγίστου ρεύματος και του αντίστοιχου εύρους της τρίτης αρμονικής. Στο σχήμα 5.25 φαίνεται η μεταβολή του συντελεστής αλλοίωσης D F, ο οποίος εκφράζει την παρουσία της τρίτης αρμονικής και δίνεται από την εξίσωση 5.3, συναρτήσει του μεγίστου ρεύματος, για ένα πλήθος 100 κυματομορφών σε διάφορα επίπεδα ρεύματος. D I 150Hz F = I50Hz (5.3) 191

200 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.25 Μεταβολή του συντελεστή αλλοίωσης D F συναρτήσει του ρεύματος, για ένα πλήθος 100 κυματομορφών του ρεύματος διαρροής. Συνεπώς, το επίπεδο της τρίτης αρμονικής μπορεί να αποτελέσει κριτήριο αξιολόγησης του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης. Αρκεί να τεθεί και να επιβεβαιωθεί το κατώφλι μετάβασης σε κυματομορφές με διάσπαση ξηρών ζωνών, ώστε να ληφθεί υπόψη και η παρουσία κυματομορφών της κατηγορίας Β. Στην συγκεκριμένη περίπτωση η μετάβαση αυτή φαίνεται να λαμβάνει χώρα για D F > 0.2. Βέβαια απαιτείται και η καταγραφή του μεγίστου ρεύματος, αφού η μεταβολή του D F φαίνεται να παρουσιάζει σημεία κορεσμού. Επίδραση της αέριας αγωγιμότητας Στο σχήμα 5.24γ παρουσιάζεται η χαρακτηριστική τάσης ρεύματος για την συγκεκριμένη κυματομορφή. Παρατηρείται και στην περίπτωση αυτή ένα διάστημα μηδενικού ρεύματος μεταξύ των ημιπεριόδων, γεγονός που όπως έχει ήδη αναφερθεί υποδεικνύει έναν ορισμένο βαθμό ανεξαρτησίας μεταξύ των εκκενώσεων. Φαίνεται δηλαδή ότι παρά την αύξηση του ρεύματος, για την συγκεκριμένη περιοχή δραστηριότητας, δεν είναι δυνατή η ανάπτυξη μιας αυτοσυντηρούμενης εκκένωσης, αλλά σε κάθε 192

201 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας ημιπερίοδο παρατηρείται ο εκ του μηδενός σχηματισμός της αέριας αγωγιμότητας. Αντίθετα κατά την σβέση της εκκένωσης, συγκρίνοντας τις χαρακτηριστικές τάσης ρεύματος που παρουσιάστηκαν παραπάνω, προκύπτει ότι η αύξηση του επιπέδου του ρεύματος, οδηγεί σε μείωση της απόστασης μεταξύ των σημείων σβέσης, γεγονός που συνεπάγεται ότι μετά την έναυση, η εκκένωση διατηρείται για ολοένα και μικρότερες τιμές της τάσης. Μάλιστα, αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλες τις περιπτώσεις προκύπτει, ότι η τάση έναυσης είναι μεγαλύτερη από αυτή στην οποία παρατηρείται η σβέση. Παράλληλα με την τάση και το ρεύμα εμφανίζει διαφορετική συμπεριφορά κατά την αύξηση και αντίστοιχα μείωση της τάσης. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, αλλά και επιβεβαιώνεται από την χαρακτηριστική τάσης ρεύματος και στην περίπτωση αυτή, για την ίδια τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης, το ρεύμα είναι μεγαλύτερο κατά το δεύτερο μισό της ημιπεριόδου, ήτοι κατά την μείωση της τάσης. Για παράδειγμα, στο σχήμα 5.26α φαίνονται οι κυματομορφές τάσης και ρεύματος για το διάστημα μιας περιόδου στην περίπτωση των κυματομορφών του σχήματος 5.24 και στο σχήμα 5.26β η αντίστοιχη χαρακτηριστική τάσης ρεύματος. Στην πρώτη ημιπερίοδο, η τάση έναρξης της εκκένωσης καταγράφεται στα 88,59kV και η αντίστοιχη τάση σβέσης στα 19,524kV. Επιπλέον για την ίδια τάση, καταγράφονται διαφορετικές τιμές ρεύματος, όπως προκύπτει από τα σημεία Α και Β. Αντίστοιχα στο σχήμα 5.26β, καταγράφονται τα ίδια σημεία στην χαρακτηριστική τάσης ρεύματος, ενώ φαίνεται και το διάστημα μηδενικού ρεύματος. Τα δεδομένα αυτά συγκλίνουν ότι κατά την διάρκεια της ημιπεριόδου παρατηρείται αύξηση της αγωγιμότητας της εκκένωσης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τόσο την αύξηση της ροής ρεύματος, όσο και την διατήρηση της εκκένωσης για μικρότερες τιμές της τάσης. Αιτία είναι η ενέργεια που προσφέρεται από την ροή ρεύματος, η οποία οδηγεί στην αύξηση της θερμοκρασίας τοπικά και ως εκ τούτου στην ενίσχυση των φαινομένων ιονισμού (Θέρμο ιονισμός). Μάλιστα η επίδραση του ρεύματος μπορεί να επιβεβαιωθεί συγκρίνοντας τις τάσεις σβέσεως των εκκενώσεων όσο αυξάνει το ρεύμα, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.27, όπου παρατίθενται οι 193

202 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων χαρακτηριστικές τάσης ρεύματος, για χρονική διάρκεια μιας περιόδου, στην περίπτωση των κυματομορφών στα σχήματα 5.22(α1) και Σχήμα 5.26 Επίδραση της αέριας αγωγιμότητας στην μορφή του ρεύματος διαρροής. Σχήμα 5.27 Μεταβολή της τάσης σβέσης σε δύο διαφορετικά επίπεδα δραστηριότητας 194

203 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας 5.4 Μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση υδρόφοβων υλικών Η ροή ρεύματος και ο σχηματισμός ξηρών ζωνών προϋποθέτουν την ύγρανση της επιφάνειας ενός μονωτήρα και τον σχηματισμό του αγώγιμου επιφανειακού φιλμ των ρύπων. Στην περίπτωση που η ύγρανση δεν είναι δυνατή, όπως συμβαίνει σε ένα υδρόφοβο υλικό, τότε ουσιαστικά καταστέλλεται η πιθανότητα εμφάνισης επιφανειακής δραστηριότητας, αντίστοιχης αυτής σε ένα μονωτήρα με υδρόφιλη επιφάνεια. Στην πραγματικότητα, ακόμη και στην επιφάνεια ενός υδρόφοβου μονωτήρα μπορεί να παρατηρηθεί επιφανειακή δραστηριότητα, η οποία μάλιστα μπορεί να συμβάλλει σε φαινόμενα γήρανσης του μονωτήρα. Θεωρώντας αρχικά ότι η επιφάνεια του μονωτήρα διατηρεί υδρόφοβα χαρακτηριστικά, η παρουσία ενός μηχανισμού ύγρανσης, μπορεί να οδηγήσει στον σχηματισμό σταγόνων στην επιφάνεια, όπως φαίνεται στο σχήμα Οι σταγόνες αυτές διαταράσσουν την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του μονωτήρα, με αποτέλεσμα την δημιουργία σημείων εστίασης της καταπόνησης και εμφάνιση εκκενώσεων Corona [98]. Η συμπεριφορά αυτή έχει διερευνηθεί από πολλούς ερευνητές [96-103] και είναι σήμερα αποδεκτό ότι το φαινόμενο αυτό αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους μηχανισμούς που μπορούν να οδηγήσουν σε απώλεια των υδρόφοβων χαρακτηριστικών ενός συνθετικού υλικού, όπως το Silicone Rubber. Σχήμα 5.28 Σχηματισμός σταγόνων νερού στην επιφάνεια ενός μονωτήρα πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR 195

204 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Παράλληλα, το ενδεχόμενο απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας σε πραγματικές συνθήκες πρέπει να θεωρείται ιδιαίτερα πιθανό. Μηχανισμοί όπως η επικάθιση υδρόφιλων ρύπων και η κάλυψη της επιφάνειας από αυτούς, η υπεριώδης ακτινοβολία και η επιφανειακή ηλεκτρική δραστηριότητα (corona και dry band arcing), μπορούν να οδηγήσουν σε απώλεια της υδροφοβίας, η οποία σε κάποιες περιπτώσεις είναι παροδική, μπορεί όμως να υπάρχουν και μη αναστρέψιμες μεταβολές της συμπεριφοράς (γήρανση). Η δυναμική συμπεριφορά της επιφάνειας ενός υδρόφοβου υλικού, μπορεί να διερευνηθεί με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, τόσο σε υδρόφοβη κατάσταση, όσο και κατά τα διαστήματα απώλειας της αρχικής συμπεριφοράς. Το πρόβλημα που υπάρχει αφορά το επίπεδο των μετρούμενων τιμών του ρεύματος, αφού στην περίπτωση των εκκενώσεων corona, το ρεύμα περιορίζεται σε εξαιρετικά χαμηλές τιμές, πολύ μικρότερες του 1mA, ενώ στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας, μπορεί να προκύψουν αρκετά υψηλότερες μετρήσεις χωρίς ο μονωτήρας να οδηγηθεί σε υπερπήδηση. Έτσι συνήθως διακρίνονται οι δύο περιοχές λειτουργίας(υδρόφοβη και υδρόφιλη) και χρησιμοποιούνται κατά περίπτωση διαφορετικού τύπου διατάξεις [101,248], με την κατάλληλη διακριτική ικανότητα και το αντίστοιχο εύρος μέτρησης. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, η διάταξη μέτρησης επιλέχθηκε με σκοπό την ταυτόχρονη παρακολούθηση μονωτήρων με και χωρίς επικάλυψη. Έτσι επιλέχθηκε ένα εύρος μέτρησης της τάξης των 300mA, περιορίζοντας όμως την διακριτική ικανότητα του συστήματος, το οποίο έχει ελάχιστο εύρος μέτρησης 1mA. Οπότε οι μετρήσεις του ρεύματος και οι καταγεγραμμένες κυματομορφές αφορούν περιστατικά απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας, τα οποία μάλιστα, όπως έχει ήδη αναφερθεί, καταγράφονται στην περίπτωση ασθενούς βροχόπτωσης Κυματομορφές του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR Η διάταξη μέτρησης του ρεύματος διαρροής στον Υ/Σ του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων, έχει την δυνατότητα αποθήκευσης ενός στιγμιότυπου της κυματομορφής του ρεύματος ανά κανάλι και δύο ώρες. Αυτό συνεπάγεται την συγκέντρωση ενός μεγάλου πλήθους κυματομορφών, το οποίο ξεπερνά τις 196

205 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας 3000 ανά μήνα. Ο αριθμός αυτός αυξάνει λαμβάνοντας υπόψη και τις κυματομορφές από τον Υ/Σ Ηράκλειο ΙΙ. Από το πλήθος αυτό παρουσιάζονται παρακάτω, τυπικές κυματομορφές, οι οποίες αντιστοιχούν σε διαφορετικά επίπεδα δραστηριότητας. Σε κάθε περίπτωση ο μηχανισμός ύγρανσης είναι η βροχόπτωση. Α μορφή: Ημιτονοειδής κυματομορφή Στο ενδεχόμενο απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας, η συμπεριφορά της επιφάνειας προσεγγίζει αυτή ενός μονωτήρα χωρίς επικάλυψη. Έτσι, πολλές από τις κυματομορφές εμφανίζουν κοινά χαρακτηριστικά, με αυτά τις προηγούμενης παραγράφου. Η ροή ενός ημιτονοειδούς ρεύματος έχει καταγραφεί αρκετές φορές. Μια από αυτές τις καταγραφές παρουσιάζεται στο σχήμα 5.29α, ενώ η απουσία ανώτερων αρμονικών επιβεβαιώνεται από την ανάλυση κατά Fourier του ρεύματος, η οποία παρουσιάζεται στο σχήμα 5.29β και από το διάγραμμα τάσης ρεύματος του σχήματος 5.29γ. Σχήμα 5.29 (α) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης, (β) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT και (γ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος 197

206 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην περίπτωση του σχήματος 5.29α, η μέγιστη τιμή του ρεύματος διαρροής είναι 2mΑ. Έχουν καταγραφεί αντίστοιχες κυματομορφές, με μεγαλύτερο ρεύμα της τάξης των 10mA. Συνήθως όσο αυξάνει το εύρος του ρεύματος, ενισχύονται αντίστοιχα και τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά αυτού. Η μετάβαση αυτή φαίνεται στην κυματομορφή του σχήματος 5.30α. Η ανάλυση κατά Fourier αποκαλύπτει την παρουσία συνιστωσών σε μεγαλύτερες συχνότητες και συγκεκριμένα στα 150Hz και 250Hz. Οι συχνότητες αυτές αποδίδονται στο δεύτερο τμήμα της κυματομορφής, το οποίο είναι εμφανώς μη γραμμικό, όπως άλλωστε προκύπτει και από τα διαγράμματα τάσης και ρεύματος στα σχήματα 5.30γ και 5.30δ. Σχήμα 5.30 (α) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης, (β) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT, (γ) και (δ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος Επιπλέον της ανάλυσης Fourier, η συνεισφορά του κάθε τμήματος του ρεύματος, όσον αφορά τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά που παρατίθενται παραπάνω, διερευνήθηκε και με την χρήση wavelets. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει τον προσδιορισμό των επιμέρους συνιστωσών του ρεύματος, όπως και η ανάλυση Fourier, παρέχοντας επιπλέον την πληροφορία του χρόνου εμφάνισης κάθε μιας εξ αυτών. 198

207 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Ως μητρικό wavelet χρησιμοποιήθηκε ο τύπος morlet, που φαίνεται στο σχήμα Επιπλέον πρέπει να σημειωθεί ότι ο συγκεκριμένος μετασχηματισμός χρησιμοποιεί αντί της συχνότητας την κλίμακα (scale), η οποία όμως μπορεί να αντιστοιχηθεί σε συχνότητα σύμφωνα με την σχέση 5.5. Η αντιστοίχηση αυτή παρουσιάζεται στον πίνακα 5.1. Σχήμα 5.31 Η κυματομορφή του μητρικού wavelet της οικογένειας morlet Όπου F F C a = λ Δ (5.5) F a η συχνότητα F C η κεντρική συχνότητα (center frequency) του wavelet λ η κλίμακα και Δ η συχνότητα δειγματοληψίας Το αποτέλεσμα της διαδικασίας φαίνεται στο σχήμα 5.32α, όπου είναι εμφανές ότι υπάρχει η βασική συνιστώσα των 50Hz (κλίμακα 32), ενώ οι υψηλότερες σε συχνότητα (κλίμακες μικρότερες του 11), εμφανίζονται μετά από τα 200ms, όπου γίνεται και η μετάβαση από την μια μορφή στην άλλη. Η διαφορά αυτή εύκολα ανιχνεύεται, λαμβάνοντας υπόψη το αποτέλεσμα της ίδιας διαδικασίας, για την ημιτονοειδή κυματομορφή του σχήματος 5.29α, η οποία φαίνεται στο σχήμα 5.32β. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο άξονας του 199

208 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων χρόνου αντιστοιχεί σε τιμές δειγματοληψίας, ήτοι σε 0,5ms ανά σημείο. Δηλαδή για παράδειγμα η τιμή 400 αντιστοιχεί σε χρόνο 200ms. Πίνακας 5.1 Συσχέτιση των παραμέτρων κλίμακας και συχνότητας. Κλίμακα Συχνότητα Κλίμακα Συχνότητα Κλίμακα Συχνότητα Κλίμακα Συχνότητα (scale) (Ηz) (scale) (Ηz) (scale) (Ηz) (scale) (Ηz) Είναι σημαντικό το ότι οι παραπάνω κυματομορφές δεν έχουν χαρακτηριστικά τέτοια ώστε να μπορούν να συσχετισθούν με την εμφάνιση επιφανειακών εκκενώσεων, που να μεταβάλλουν την συμπεριφορά της επιφάνειας. Η μόνη ένδειξη αέριας αγωγιμότητας καταγράφεται στην περίπτωση του σχήματος 5.30δ, όπου η απόκλιση από την γραμμική συμπεριφορά εμφανίζεται εντονότερη στο μέγιστο της τάσης. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό ότι η αύξηση αυτή δεν μπορεί να συσχετισθεί με την συμπεριφορά των ρύπων, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οφείλεται σε επιφανειακές διασπάσεις, περιορισμένης έκτασης. Τέτοιες διασπάσεις θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε περιοχές όπου δεν έχει παρατηρηθεί ολική απώλεια της υδροφοβίας, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό σταγόνων. Η παρουσία αυτών, όπως έχει ήδη αναφερθεί, συνεπάγεται την ανακατανομή του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του υλικού, με αποτέλεσμα την εμφάνιση εκκενώσεων στις παρυφές ή μεταξύ των σταγόνων. 200

209 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Σχήμα 5.32 Ανάλυση των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής με την χρήση wavelets (α) ανάλυση για την κυματομορφή του σχήματος 5.30α και (β) ανάλυση για την κυματομορφή του σχήματος 5.29α Β μορφή: Εμφάνιση εκκενώσεων Ήδη από την κυματομορφή του σχήματος 5.30α και ιδιαίτερα σύμφωνα με την ανάλυση του σχήματος 5.30δ, είναι πιθανή η ανάπτυξη ηλεκτρικών εκκενώσεων στην επιφάνεια του μονωτήρα, πριν τον σχηματισμό ξηρών ζωνών. Στην περίπτωση του σχήματος 5.30 η παρουσία αυτών των 201

210 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων εκκενώσεων είναι ελάχιστα εμφανής. Στο σχήμα 5.33α όμως, παρουσιάζεται μια τυπική κυματομορφή του ρεύματος διαρροής, όπου η μεταβολή του ρεύματος υποδεικνύει την παρουσία σημαντικών εκκενώσεων, ενώ δεν φαίνεται να υπάρχουν ξηρές ζώνες. Η απουσία των ξηρών ζωνών, προκύπτει, με αφετηρία τις μορφές που παρουσιάστηκαν παραπάνω, για την περίπτωση της πορσελάνης χωρίς επικάλυψη, δεδομένου ότι στην περίπτωση αυτή δεν φαίνεται να υπάρχουν διαστήματα μηδενισμού του ρεύματος, όπως επιβεβαιώνεται από την κυματομορφή τάσης ρεύματος στο σχήμα 5.33γ. Αντιθέτως η κυματομορφή φαίνεται να αποτελείται από μια ημιτονοειδή συνιστώσα, πάνω στην οποία υπερτίθενται μια ακολουθία από κρουστικά ρεύματα, τα οποία μάλιστα εμφανίζονται σε συγχρονισμό με το μέγιστο της τάσης, γεγονός που συνεπάγεται την διηλεκτρική προέλευση τους. Σχήμα 5.33 (α) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης, (β) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT, (γ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος Επιπλέον, η ανάλυση της κυματομορφής κατά Fourier στο σχήμα 5.33γ, αποκαλύπτει την παρουσία ανώτερων αρμονικών, τόσο σε περιττά όσο και άρτια πολλαπλάσια της βασικής αρμονικής, ενώ υπάρχει και μια συνεχής συνιστώσα, δεδομένης της τυχαίας εμφάνισης των εκκενώσεων. Οι αρμονικές 202

211 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας αυτές εντοπίζονται στα διαστήματα ανάπτυξης των ηλεκτρικών εκκενώσεων, ενώ στο υπόλοιπο διάστημα η κυματομορφή είναι ημιτονοειδής, κάτι που προκύπτει από την ανάλυση με wavelets. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5.34, η απόκλιση από τα 50Hz καταγράφεται σε χρονικά διαστήματα όπου εμφανίζονται οι ηλεκτρικές εκκενώσεις, ενώ για το υπόλοιπο διάστημα κυριαρχεί η συνιστώσα των 50Hz (κλίμακα 32). Ισχύουν και εδώ, όσον αφορά τα wavelets, τα ίδια δεδομένα ανάλυσης όπως και στην προηγούμενη παράγραφο (πίνακας 5.1). Σχήμα 5.34 Ανάλυση της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής του σχήματος 5.33α με την χρήση wavelets. Γ μορφή: Εμφάνιση εκκενώσεων σε ξηρές ζώνες Οι εκκενώσεις σε ξηρές ζώνες μπορούν να εντοπισθούν από την παρουσία διαστημάτων πολύ μικρού ως και μηδενικού ρεύματος διαρροής, τα οποία ακολουθούνται από μια ραγδαία αύξηση του ρεύματος, πάντα στην διάρκεια της ημιπεριόδου. Στην περίπτωση αυτή, παρουσιάζονται στο σχήμα 5.35, τρεις τυπικές κυματομορφές του ρεύματος διαρροής, όπου εντοπίζονται διασπάσεις σε ξηρές ζώνες. Το διάστημα μηδενικού ρεύματος φαίνεται και στις τρεις περιπτώσεις στα αντίστοιχα διαγράμματα τάσης ρεύματος (5.35 γ1,γ2,γ3). 203

212 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.35 (α) κυματομορφές του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης στην περίπτωση διάσπασης ξηρών ζωνών, (β) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT, (γ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος 204

213 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Στην πρώτη περίπτωση (σχήμα 5.35α1) παρουσιάζεται η περίπτωση διάσπασης μιας ξηράς ζώνης, με διάρκεια 80ms και μέγιστο ρεύμα 10mA. Η συσχέτιση της κυματομορφής με τέτοιου τύπου δραστηριότητα βασίζεται στον βαθμό ομοιότητας με αντίστοιχες κυματομορφές σε πορσελάνη χωρίς επικάλυψη. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5.35β1 το φάσμα συχνοτήτων αποτελείται κυρίως από την βασική αρμονική των 50Hz και μια συνιστώσα στα 150Hz. Η χρονική κατανομή των αρμονικών φαίνεται στο σχήμα 5.36α, όπου παρουσιάζεται η ανάλυση της κυματομορφής με wavelets και προκύπτει ότι το ρεύμα που προηγείται είναι ημιτονοειδές, όπως και αυτό που ακολουθεί. Καταγράφονται και εκκενώσεις ανάλογες με αυτές του σχήματος Μάλιστα, στο σχήμα 5.37 παρουσιάζεται οι χαρακτηριστικές τάσης ρεύματος στην περίπτωση εκκενώσεων που αποδίδονται σε ξηρές ζώνες και εκκενώσεις όπου δεν φαίνεται να υπάρχουν ξηρές ζώνες. Η σύγκριση των δύο αποκαλύπτει την παρουσία του διαστήματος μηδενικού ρεύματος στην περίπτωση των ξηρών ζωνών. Αντίθετα, σε εκκενώσεις που δεν σχετίζονται με ξηρές ζώνες, παρατηρείται η παρουσία μη μηδενικού ρεύματος, πριν την ραγδαία αύξηση της αγωγιμότητας που αποδίδεται στην εκκένωση, γεγονός που συνεπάγεται την απουσία ξηρών περιοχών. Στην δεύτερη κυματομορφή, η οποία παρουσιάζεται στο σχήμα 5.35α2, παρουσιάζεται μια περίπτωση εντονότερης δραστηριότητας, με μέγιστο ρεύμα τα 30mA. Το φάσμα συχνοτήτων του ρεύματος παρουσιάζεται στο σχήμα 5.35β2, όπου προκύπτει και στην περίπτωση αυτή η παρουσία επιπλέον της βασικής αρμονικής των 50Hz και μια συνιστώσα στα 150Hz, ενώ η χρονική κατανομή των αρμονικών φαίνεται στο σχήμα 5.36β, όπου παρουσιάζεται το αποτέλεσμα της ανάλυσης της κυματομορφής με wavelets. Ακόμη η χαρακτηριστική τάσης ρεύματος, του σχήματος 5.35γ2 έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με αυτή της προηγούμενης κυματομορφής, όπου και εδώ επιβεβαιώνεται η παρουσία του διαστήματος μηδενικού ρεύματος. Τέλος, στην κυματομορφή του σχήματος 5.35α3 παρουσιάζεται η περίπτωση εντονότερης δραστηριότητας όσον αφορά το ρεύμα, το οποίο ξεπερνά τα 50mA, ενώ παράλληλα είναι μικρότερη σε χρονική διάρκεια. Και στην περίπτωση αυτή το φάσμα συχνοτήτων (σχήμα 5.35β3) και η χαρακτηριστική τάσης ρεύματος (σχήμα 5.35γ3), επιβεβαιώνουν την παρουσία ξηρών ζωνών. 205

214 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Επιπλέον η ανάλυση με wavelets, στο σχήμα 5.36γ επιβεβαιώνει επίσης την συνεισφορά των εκκενώσεων στα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του ρεύματος. Σχήμα 5.36 Ανάλυση με wavelets για τις κυματομορφές του ρεύματος διαρροής στα σχήματα (α) 5.35α1, (β) 5.35α2 και (γ) 5.35α3. 206

215 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Σχήμα 5.37 Χαρακτηριστικές τάσης ρεύματος για την κυματομορφή του ρεύματος διαρροής στο σχήμα 5.35α1, στην περίπτωση που η εκκένωση έχει χαρακτηριστικά που την συνδέουν με την διάσπαση μιας ξηράς ζώνης και στην περίπτωση που όχι. Η κυματομορφή με το μέγιστο ρεύμα Στο σχήμα 5.38α παρουσιάζεται η κυματομορφή του ρεύματος διαρροής με το μέγιστο καταγεγραμμένο ρεύμα, το οποίο φθάνει τα 163mA. Στο σχήμα 5.38β φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια, ενώ στα σχήματα 5.38γ και 5.38δ παρουσιάζοντα αντίστοιχα το φάσμα συχνοτήτων και το διάγραμμα τάσης ρεύματος για μια μέση περίοδο του ρεύματος. Ακόμη στο σχήμα 5.39 παρουσιάζεται το αποτέλεσμα ανάλυσης της κυματομορφής με wavelets. Από την κυματομορφή, ιδιαίτερα στο σχήμα 5.38β αλλά και την χαρακτηριστική τάσης ρεύματος (σχήμα 5.38δ) προκύπτει ότι στην επιφάνεια του μονωτήρα αναπτύσσονται ξηρές ζώνες, οι οποίες όπως και στην περίπτωση της πορσελάνης, στραγκαλίζουν το κανάλι αγωγιμότητας, επιβάλλοντας τον περιορισμό του εύρους του ρεύματος, μέχρι την εμφάνιση της εκκένωσης. Και στην περίπτωση αυτή, αλλά και στις κυματομορφές που παρουσιάστηκαν παραπάνω, η δραστηριότητα συντίθεται από μια ακολουθία ανεξάρτητων και ως εκ τούτου μη αυτοσυντηρούμενων εκκενώσεων, οι οποίες μάλιστα μεταβάλλουν σημαντικά τα χαρακτηριστικά του ρεύματος, όπως επιβεβαιώνεται από την ανάλυση με wavelets. 207

216 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 5.38 (α) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης, (β) κυματομορφή του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης σε μικρότερο παράθυρο χρόνου, (γ) Φάσμα συχνοτήτων από τον μετασχηματισμό FFT και (δ) διάγραμμα Τάσης Ρεύματος Σχήμα 5.39 Ανάλυση με wavelets της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής στο σχήμα 5.38α 208

217 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας Παράλληλα, αξίζει να σημειωθεί η παρουσία στο φάσμα συχνοτήτων αρμονικών στα 100Hz και 200Hz, επιπλέον της βασικής των 50Hz και αυτής των 150Hz, οι οποίες συνήθως παρατηρούνται Αξιολόγηση των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση του RTV SIR Οι κυματομορφές του ρεύματος διαρροής, στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR αποκαλύπτουν ότι στην περίπτωση βροχόπτωσης παρατηρείται απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας. Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται περίτρανα από κυματομορφές, όπως αυτές στα σχήματα 5.29α και 5.30α, όπου καταγράφεται ένα καθαρά ημιτονοειδές ρεύμα. Από εκεί και μετά όμως, μέσω του ρεύματος διαρροής προκύπτει ότι η επιφάνεια εμφανίζει χαρακτηριστικά που διαφέρουν από αυτά της πορσελάνης χωρίς επικάλυψη. Οι καταγραφές των σχημάτων 5.30α (μετά την μετάβαση) και 5.33α δείχνουν ότι είναι δυνατή η εμφάνιση ηλεκτρικών εκκενώσεων στην επιφάνεια του μονωτήρα, χωρίς να έχει προηγηθεί ο σχηματισμός ξηρών ζωνών. Η παρατήρηση αυτή βασίζεται αφενός στο γεγονός ότι οι απότομες μεταβολές της αγωγιμότητας, οι οποίες παρατηρούνται σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, δεν μπορούν να συσχετισθούν με την συμπεριφορά του επιφανειακού ηλεκτρολυτικού φιλμ, αλλά προκύπτουν ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης ηλεκτρικών εκκενώσεων. Η άποψη αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι η μεταβολή της αγωγιμότητας λαμβάνει χώρα σε διαστήματα υψηλής διηλεκτρικής καταπόνησης, συνήθως γύρω από το μέγιστο της τάσης. Αφετέρου, δεν παρατηρείται ο γνωστός από τους μονωτήρες πορσελάνης «στραγκαλισμός» της επιφανειακής αγωγιμότητας, αλλά υπάρχει η ροή ενός μη μηδενικού ρεύματος, πάνω στο οποίο υπερτίθενται οι εκκενώσεις αυτές, γεγονός που συνεπάγεται ότι δεν προέρχονται από την ανάπτυξη ξηρών ζωνών. Η περαιτέρω εξέλιξη της δραστηριότητας βέβαια οδηγεί και στην ανάπτυξη ξηρών ζωνών, όπως προκύπτει από τις κυματομορφές του σχήματος Στην περίπτωση αυτή η ανάλυση κατά Fourier οδηγεί σε συμπεράσματα ανάλογα με αυτά στην περίπτωση της πορσελάνης, όπως επιβεβαιώνεται 209

218 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων από τον υπολογισμό του συντελεστή παραμόρφωσης (εξίσωση 5.3). Όπως φαίνεται στο σχήμα 5.40, στην περίπτωση των επικαλύψεων ο βαθμός παραμόρφωσης είναι μεγαλύτερος, παρουσιάζει όμως τον ίδιο τρόπο μεταβολής, παρουσιάζοντας επίσης σημεία κορεσμού, όπως και στην περίπτωση της πορσελάνης. Βέβαια, η διαφορά που υπάρχει υποδεικνύει ότι στην περίπτωση των επικαλύψεων, λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια επιπλέον φαινόμενα, τα οποία οδηγούν σε περαιτέρω αλλοίωση της κυματομορφής. Στο σημείο αυτό πρέπει να ληφθεί επιπλέον υπόψη σε κάποιες από τις κυματομορφές, η παρουσία άρτιων αρμονικών στα 100Hz και 200Hz. Σχήμα 5.40 Μεταβολή του συντελεστή αλλοίωσης D F συναρτήσει του ρεύματος, για ένα πλήθος 100 κυματομορφών του ρεύματος διαρροής, στην περίπτωση μονωτήρων πορσελάνης και πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR. Η διαφορά αυτή αποδίδεται στην συμπεριφορά της επιφάνειας των υλικών. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η γεωμετρία των μονωτήρων επιτρέπει την ύγρανση σχεδόν του συνόλου του μήκους ερπυσμού. Όμως λαμβάνοντας υπόψη την διεύθυνση πρόσπτωσης της βροχόπτωσης, προκύπτει ότι υπάρχουν περιοχές της επιφάνειας του μονωτήρα, οι οποίες είτε δεν 210

219 V. Διερεύνηση της επιφανειακής δραστηριότητας υπόκεινται καθόλου την δράση του μηχανισμού ύγρανσης, είτε η ποσότητα του νερού που επικάθεται σε αυτές είναι περιορισμένη, οπότε διατηρούν υδρόφοβα χαρακτηριστικά. Παράλληλα υπάρχουν και περιοχές όπου παρατηρείται απώλεια της υδροφοβίας, ως αποτέλεσμα της συγκέντρωσης σχετικά μεγαλύτερων ποσοτήτων νερού, ικανών να διαταράξουν την ισορροπία, που είχε αναπτυχθεί μεταξύ των ρύπων και των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του υλικού. Αξίζει να σημειωθεί ότι όσο αυξάνει η ποσότητα του νερού στην επιφάνεια του υλικού, περιορίζεται η δυνατότητα διατήρησης υδρόφοβης συμπεριφοράς. Όπως φαίνεται στην φωτογραφία του σχήματος 5.41, στην επιφάνεια του συγκεκριμένου μονωτήρα παρατηρείται υδρόφοβη συμπεριφορά σε περιοχές όπου η ποσότητα ύδατος είναι περιορισμένη. Εκεί όμως που η ποσότητα του νερού είναι μεγαλύτερη παρατηρείται ο σχηματισμός νησίδων νερού. Αυτές είτε έχουν είτε μπορούν να αποκτήσουν αγωγιμότητα από την ρύπανση, που βρίσκεται στην επιφάνεια και δεν έχει προσαρτηθεί από το μεταλλαγμένο στρώμα των ρύπων, με τα υδρόφοβα χαρακτηριστικά. Οπότε δημιουργούνται επιπλέον δρόμοι ροής ρεύματος, ενώ μπορεί να επηρεάζεται και η κατανομή της τάσης κατά το μήκος ερπυσμού. Σχήμα 5.41 Συμπεριφορά της επιφάνειας μιας επικάλυψης από RTV SIR στην περίπτωση εναπόθεσης ποσότητας ύδατος ανάλογης με την περίπτωση ασθενούς βροχόπτωσης. 211

220 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Είναι σημαντικό ότι είναι δυνατός ο σχηματισμός μια ξηράς ζώνης από συνδυασμό περιοχών με υδρόφοβα και μη χαρακτηριστικά. Επιπλέον τόσο οι σταγόνες όσο και οι νησίδες νερού εμφανίζουν δυναμικά χαρακτηριστικά, που αποτέλεσμα έχουν την μεταβολή της μορφής τους υπό την επίδραση του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι η κυματομορφή του ρεύματος πριν την διάσπαση, κυριαρχείται από το υδρόφιλο τμήμα, αφού δεν καταγράφεται διαφορά φάσης σε σχέση με την τάση, ως αποτέλεσμα της χωρητικής συμπεριφοράς του υδρόφοβου τμήματος. Συνεπώς, επιπλέον των εκκενώσεων corona, που προηγούνται ή προκαλούν την αρχική απώλεια της υδροφοβίας, παρατηρούνται στην επιφάνεια των επικαλύψεων εκκενώσεις, που είτε συνδέονται είτε όχι με την παρουσία ξηρών ζωνών. Η συμπεριφορά αυτή προκύπτει από το γεγονός ότι η απώλεια της υδροφοβίας δεν αφορά το σύνολο της επιφάνειας, αλλά περιοχές όπου είτε ο βαθμός έκθεσης στον μηχανισμό ύγρανσης είναι μεγαλύτερος είτε η επίδραση του φαινομένου corona εντονότερη, οπότε και η πιθανότητα απώλειας της υδροφοβίας μεγαλύτερη. Πάντως και στην περίπτωση αυτή, δεδομένων των δυνατοτήτων μέτρησης, οι ξηρές ζώνες φαίνεται να αποτελούν την κυρίαρχη μορφή επιφανειακής δραστηριότητας, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση του μονωτήρα. Ο ακριβής μηχανισμός που θα οδηγήσει σε κάτι τέτοιο, αλλά και γενικότερα η σύνθεση της συμπεριφορά από υδρόφοβες και υδρόφιλες επιφάνειες, απαιτεί περαιτέρω εργαστηριακή διερεύνηση, η οποία μάλιστα να περιλαμβάνει και οπτική παρακολούθηση των σταγόνων και των αντίστοιχων εκκενώσεων, κάτι που στην περίπτωση αυτή δεν ήταν εφικτό. Είναι τέλος σημαντικό ότι παρά την παροδική απώλεια της υδροφοβίας και την πιθανή παρουσίας μεγαλύτερης ποσότητας ρύπων όπως έχει ήδη αναφερθεί, επιτυγχάνεται ο περιορισμός της επιφανειακής δραστηριότητας σε σχετικά χαμηλά επίπεδα, λαμβάνοντας δε υπόψη το γεγονός ότι οι μονωτήρες με επικάλυψη δεν υπόκεινται σε εργασίες καθαρισμού, ενώ ο φυσικός καθαρισμός από την βροχή είναι δυσκολότερος. 212

221 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Κεφάλαιο 6 ο Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος 6.1 Εισαγωγή Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, που παρουσιάστηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, αναδεικνύουν την σημαντικά καλύτερη συμπεριφορά των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR, σε σχέση με τους αντίστοιχους μονωτήρες χωρίς επικάλυψη. Ακόμη και στην περίπτωση της ασθενούς βροχόπτωσης, όπου παρουσιάζεται δραστηριότητα στην επιφάνεια των επικαλύψεων, αυτή διατηρείται σε χαμηλά επίπεδα, ενώ η συμπεριφορά των μονωτήρων ανακάμπτει στην συνέχεια, όπως φαίνεται από την περαιτέρω λειτουργία των υλικών. Επομένως, στο διάστημα των πέντε πρώτων ετών λειτουργίας των υλικών, δεν προκύπτουν από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής στοιχεία, που να υποδηλώνουν μεταβολή των ιδιοτήτων των υλικών και συγκεκριμένα μόνιμη απώλεια της υδρόφοβης συμπεριφοράς. Σε αυτό συγκλίνουν και οι μετρήσεις της επιφανειακής υδροφοβίας, σε μονωτήρες του Υποσταθμού Λινοπεραμάτων, οι οποίες έγιναν βάσει του οδηγού 92 του STRI [93]. Οι μετρήσεις αυτές είχαν περισσότερο δειγματοληπτικό και όχι συστηματικό χαρακτήρα, αφού το γεγονός ότι οι υπό παρακολούθηση μονωτήρες αποτελούν ενεργές συνιστώσες του υποσταθμού, περιόριζε την δυνατότητα πραγματοποίησης τους. Έτσι συνήθως συνδυάζονταν με άλλες εργασίες συντήρησης και ως εκ τούτου αφορούν διάφορους μονωτήρες. Παρά ταύτα, σε καμία περίπτωση δεν παρατηρήθηκε μόνιμη απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας, αλλά η κατάσταση της επιφάνειας διατηρούσε υδρόφοβα χαρακτηριστικά, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.1, όπου παρουσιάζεται η κατανομή των μετρήσεων στις διάφορες κλάσεις υδροφοβίας. Μοναδική εξαίρεση αποτελεί η περίπτωση επικάθισης αδρανών υλικών, κάτι που όπως έχει ήδη αναφερθεί στην &4.5, δεν αποτελεί την συνήθη μορφή ρύπανσης, αλλά συνέβη κατ εξαίρεση το 2003 στον υποσταθμό των Λινοπεραμάτων, λόγω χωματουργικών έργων σε κοντινή απόσταση. 213

222 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Παράλληλα, η εμπειρία που υπάρχει τόσο σε διεθνές επίπεδο, για την εφαρμογή των επικαλύψεων από RTV SIR, όσο και σε τοπικό, όσον αφορά την συμπεριφορά μονωτήρων Teflon, οι οποίοι εγκαταστάθηκαν στην Κρήτη στα τέλη της δεκαετίας του 70 και δεν παρουσίασαν κανένα σφάλμα ρύπανσης για όσο χρόνο ήταν σε λειτουργία (&1.6), συνηγορούν σε ένα ευοίωνο μέλλον, τόσο όσον αφορά την διάρκεια ζωής των υλικών, όσο και την αποτελεσματικότητα τους. Αξίζει να σημειωθεί ότι η διάρκεια ζωής των υλικών, σε διάφορες εφαρμογές ανά τον κόσμο, κυμαίνεται από 5 μέχρι και 15 έτη κατά μέσο όρο, ενώ έχουν αναφερθεί και περιπτώσεις με ακόμη μεγαλύτερη, της τάξης των 20 ετών. Σχήμα 6.1 Κατανομή των μετρήσεων υδροφοβίας με τον οδηγό 92 του STRI σε μονωτήρες 150kV του υποσταθμού Λινοπεραμάτων Συνεπώς, με σκοπό την αξιολόγηση των υλικών σε μεγαλύτερο εύρος χρόνου, απαιτείται παράλληλα με τις μετρήσεις στο πεδίο, η διενέργεια εργαστηριακών δοκιμών, όπου με κατάλληλη μεθοδολογία είναι δυνατή η επιτάχυνση των μηχανισμών γήρανσης. Έτσι, σε εύλογο χρονικό διάστημα, είναι δυνατή η αξιολόγηση της συμπεριφοράς και αποτελεσματικότητας των υλικών, λαμβάνοντας βέβαια πάντα υπόψη την σχέση μεταξύ του επιπέδου καταπόνησης στο εργαστήριο και αυτής που παρατηρείται σε πραγματικές συνθήκες. 214

223 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Ο τύπος τη εργαστηριακής δοκιμής που κάθε φορά απαιτείται, εξαρτάται από την προς αξιολόγηση ιδιότητα που ενδιαφέρει. Στην συγκεκριμένη περίπτωση αυτή είναι η επιφανειακή υδροφοβία και ιδιαίτερα η ικανότητα των υλικών να διατηρούν την υδρόφοβη επιφανειακή συμπεριφορά, υπό την επίδραση επιφανειακών ηλεκτρικών εκκενώσεων, ήτοι την ευστάθεια της υδροφοβίας (Hydrophobicity stability) [135]. 6.2 Εργαστηριακή διερεύνηση της ευστάθειας της υδροφοβίας των υλικών RTV SIR Δοκιμές επιτανχυνόμενης γήρανσης Ο όρος ευστάθεια της επιφανειακής υδροφοβίας περιλαμβάνει ουσιαστικά δύο επιμέρους ιδιότητες των υλικών, την ικανότητα διατήρησης της επιφανειακής υδροφοβίας και την ικανότητα ανάκαμψης στο ενδεχόμενο μιας παροδικής απώλειας αυτής. Με σκοπό την αξιολόγηση αυτών, οι επικρατέστεροι τύποι εργαστηριακών δοκιμών, όπως καθορίστηκαν πρόσφατα από την ομάδα εργασίας 14 της επιτροπής μελέτης D1 της Cigre [135] είναι: (α) δοκιμή σε θάλαμο υδατονέφωσης με ταυτόχρονη επικάθιση άλατος (salt fog chamber) Στην δοκιμή αυτή, η επικάθιση των ρύπων και του νερού στην επιφάνεια των δοκιμίων επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη ομίχλης (fog). Τα δοκίμια τοποθετούνται σε ένα θάλαμο ειδικής κατασκευής, όπου με κατάλληλη διάταξη δημιουργείται ομίχλη εμπλουτισμένη με αλάτι (salt). Μέσω του νέφους που προκύπτει η ρύπανση μεταφέρεται στην επιφάνεια των δοκιμίων, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνεται και η ύγρανση της επιφάνειας. Επιπλέον στα δοκίμια επιβάλλεται ηλεκτρική καταπόνηση, ολοκληρώνοντας έτσι ένα μοτίβο λειτουργίας ανάλογο με αυτό που προκύπτει σε πραγματικές συνθήκες. Ως μέθοδος αξιολόγησης στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιείται η μέτρηση του ρεύματος διαρροής. Προς το παρόν δεν έχουν θεσπιστεί κοινά αποδεκτά όρια αξιολόγησης των υλικών. Συνήθως όμως, ως 215

224 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων κατώφλι απώλειας της υδροφοβίας, θεωρείται η καταγραφή ενός ρεύματος μεγαλύτερου από 1mA [101]. Στο σχήμα 6.2 φαίνεται ένας θάλαμος ομίχλης άλατος για την δοκιμή μονωτήρων Υ.Τ.. Σχήμα 6.2 Θάλαμος υδατονέφωσης για δοκιμή μονωτήρων Υ.Τ (Chalmers University of Technology). (β) Η τροποποιημένη δοκιμή του περιστρεφόμενου τροχού (modified rotating wheel test) Κατά την δοκιμή αυτή τα δοκίμια τοποθετούνται σε ένα τροχό κατάλληλης κατασκευής. Αυτός περιστρέφεται, μεταβάλλοντας την θέση των δοκιμίων μεταξύ τεσσάρων σημείων. Τα τέσσερα σημεία αφορούν την τοποθέτηση του δοκιμίου μέσα σε ένα διάλυμα (σημείο 3), την εφαρμογή τάσης (σημείο 1) και την «ανάπαυση» (σημεία 2 και 4). Ανάλογα με τις δυνατότητες της διάταξης είναι δυνατή η δοκιμή υλικών αλλά και μονωτήρων. Στο σχήμα 6.3α φαίνονται οι διαφορετικές θέσεις των δοκιμίων και στο 6.3β φαίνεται μια διάταξη MRWT. Ως μέθοδος αξιολόγησης χρησιμοποιείται και στην περίπτωση αυτή το ρεύμα διαρροής. Η καταγραφή του γίνεται στην θέση 1 216

225 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος της διάταξης και ως κατώφλι μετάβασης στην υδρόφιλη κατάσταση θεωρείται και στην περίπτωση αυτή η υπέρβαση του 1mA [135]. Πλεονέκτημα της διάταξης θεωρείται ο μικρότερος σε χρόνο κύκλος δοκιμής. Από την άλλη μεριά όμως η πολυπλοκότητα της διάταξης αλλά και η επίδραση που μπορεί να υπάρξει μεταξύ των δοκιμίων, αφού όλα εμβαπτίζονται στο ίδιο διάλυμα, αποτελούν τα σημαντικότερα μειονεκτήματα της. Μάλιστα αξίζει να σημειωθεί ότι δεν προτείνεται η τοποθέτηση δοκιμίων από διαφορετικά υλικά στον ίδιο κύκλο δοκιμών. Σχήμα 6.3 (α) Οι διαφορετικές θέσεις των δοκιμίων στο MRWT και (β) η πειραματική διάταξη ενός MRWT για τον έλεγχο υλικών. (γ) Η δοκιμή dynamic drop test Η δοκιμή dynamic drop test έχει πρόσφατα προταθεί για την αξιολόγηση της ευστάθειας της επιφανειακής υδροφοβίας, υλικών που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές υπαίθριων μονώσεων (outdoor insulation) [135]. Σκοπός είναι η μείωση της επίδρασης που έχει στα αποτελέσματα, η κίνηση σταγόνων νερού προς το ηλεκτρόδιο γείωσης. Τόσο στην περίπτωση του θαλάμου υδατονέφωσης, όσο και στο MRWT, έχει παρατηρηθεί η εμφάνιση ηλεκτρικών εκκενώσεων κοντά στο ηλεκτρόδιο γείωσης, όταν προσεγγίζουν σε αυτό σταγόνες νερού. Οι εκκενώσεις αυτές επηρεάζουν την επιφανειακή υδροφοβία, όπως είναι αναμενόμενο και δεδομένου του τυχαίου ρυθμού εμφάνισης, μπορούν να 217

226 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων οδηγήσουν σε αύξηση της στατιστικής διασποράς των αποτελεσμάτων. Η βασική ιδέα του DDT είναι ο έλεγχος του πλήθους και της συχνότητας αυτών των σταγόνων. Η διάταξη μέτρησης καθώς και οι λεπτομέρειες των ηλεκτροδίων φαίνονται στο σχήμα 6.4. Η προτεινόμενη τιμή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του διαλύματος είναι 1,5mS/cm και στο δοκίμιο τροφοδοτούνται 16 σταγόνες το λεπτό. Σχήμα 6.4 Η διάταξη του Dynamic Drop Test (α) η διάταξη της δοκιμή και η διαμόρφωση των δοκιμίων, (β) ηλεκτρικές συνδέσεις και (γ) διαμόρφωση των ηλεκτροδίων [135]. Η αξιολόγηση της συμπεριφοράς των υλικών γίνεται πάλι με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, με όριο μετάβασης στην υδρόφιλη συμπεριφορά τα 218

227 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος 5mA για χρόνο 2sec. Στο σχήμα 6.5 φαίνεται η συμπεριφορά ενός δείγματος, αρχικά σε υδρόφοβη κατάσταση και στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας. Σχήμα 6.5 Συμπεριφορά ενός δείγματος κατά το DDT, αρχικά (α) σε υδρόφοβη κατάσταση και (β) στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας [135]. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, επιλέχθηκε η δοκιμή σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος (salt fog). Η επιλογή αυτή βασίστηκε στον σημαντικό βαθμό ομοιότητας που προκύπτει ανάμεσα στην κατάσταση της επιφάνειας των υλικών που αναπτύσσεται κατά την συγκεκριμένη δοκιμή και την περίπτωση εμφάνισης επιφανειακής δραστηριότητας κατά την διάρκεια ασθενών βροχοπτώσεων. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι κατά την εποχή πραγματοποίησης των μετρήσεων, δεν υπήρχε η απαραίτητη πληροφόρηση και εμπειρία για το πολύ καλό DDT, ενώ η πολυπλοκότητα της διάταξης, αλλά και οι πιθανές επιδράσεις μεταξύ των δοκιμίων, αποτέλεσαν τους σημαντικότερους ανασταλτικούς παράγοντες για την επιλογή του MRWT. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε ένα πλήρως αυτοματοποιημένο θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Chalmers University of Technology, στο Γκέτεμποργκ της Σουηδίας. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος μέτρησης αλλά και οι παράμετροι της δοκιμής παρουσιάζονται στην επόμενη παράγραφο. 219

228 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Επιλογή και προετοιμασία των δοκιμίων Στην Κρήτη έχουν χρησιμοποιηθεί επικαλύψεις RTV SIR από τρεις διαφορετικούς κατασκευαστές. Έτσι η συγκεκριμένη δοκιμή αναφέρεται στην συγκριτική αξιολόγηση αυτών των τριών υλικών, τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά των οποίων καταγράφονται στον πίνακα 6.1. Για κάθε υλικό παρασκευάστηκαν 5 δοκίμια, χρησιμοποιώντας κυλινδρικούς μονωτήρες πορσελάνης, με διάμετρο 3cm και μήκος 11cm, ένας εκ των οποίων φαίνεται στο σχήμα 6.6. Η επιλογή της συγκεκριμένης απλής διάταξης έγινε με σκοπό τον περιορισμό της επίδρασης της γεωμετρίας στην συμπεριφορά των υλικών, λαμβάνοντας υπόψη ότι τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται σε πλήθος μονωτήρων με διαφορετική γεωμετρία. Σχήμα 6.6 Κυλινδρικό δοκίμιο πορσελάνης (α) πριν την τοποθέτηση υλικού και (β) διαστάσεις Η τοποθέτηση των υλικών έγινε με ψεκασμό, όπως ακριβώς και στην περίπτωση των υποσταθμών. Στην συνέχεια για κάθε υλικό κρατήθηκε ένα από τα πέντε δοκίμια ως δοκίμιο αναφοράς και στα υπόλοιπα τέσσερα, τα οποία επρόκειτο να χρησιμοποιηθούν στην δοκιμή, προσαρμόστηκαν κατάλληλης σχεδίασης ηλεκτρόδια, τα οποία φαίνονται στο σχήμα 6.7α, με σκοπό την εξομάλυνση του ηλεκτρικού πεδίου, ιδιαίτερα στην πλευρά της υψηλής τάσης. Λεπτομέρειες για την σχεδίαση των ηλεκτροδίων υπάρχουν στην αναφορά [278]. Επίσης στο σχήμα 6.7β φαίνεται μια ομάδα δοκιμίων, μετά και την τοποθέτηση των ηλεκτροδίων εξομάλυνσης. 220

229 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Πίνακας 6.1 Τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν στην συγκεκριμένη δοκιμή Επικάλυψη Α Επικάλυψη Β Επικάλυψη Γ Χρώμα Πράσινο Λευκό Κίτρινο Διηλεκτρική αντοχή (kv/cm) Αντίσταση (όγκος) Ωcm 7.3 x x x Συντελεστής απωλειών 0.01(100Hz) 0.07(100Hz) 0.01(100Ηz) Τύπος πρόσμιξης για την προστασία από Tracking και erosion ΑΤΗ (silanol treated) ΑΤΗ (silanol treated) Silica Ποσότητα πρόσμιξης 32% 40% 30% Θερμική αγωγιμότητα (W/mK) Διαλύτης Νάφθα Νάφθα Νάφθα Σχήμα 6.7 (α)ηλεκτρόδια εξομάλυνσης του ηλεκτρικού πεδίου και (β) η προσαρμογή των ηλεκτροδίων στα κυλινδρικά δοκίμια πορσελάνης Ο θάλαμος υδατονέφωσης άλατος Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε σε ένα πλήρως αυτοματοποιημένο θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, διαστάσεων 1.3m x 1.1m x 2.2m, κατασκευής του 221

230 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων οίκου Liebisch, ο οποίος φαίνεται στο σχήμα 6.8. Στον θάλαμο αυτό είναι δυνατή η ταυτόχρονη καταπόνηση οκτώ δοκιμίων, με σενάριο καταπόνησης σε εικοσιτετράωρη βάση. Σχήμα 6.8 Ο Θάλαμος υδατονέφωσης άλατος που χρησιμοποιήθηκε στην συγκεκριμένη δοκιμή Η παραγωγή της ομίχλης γίνεται με κατάλληλο σύστημα ψεκασμού (σχήμα 6.9), το οποίο βρίσκεται στο δάπεδο του θαλάμου και το οποίο τροφοδοτείται από ένα σύστημα δύο δεξαμενών κάτω από τον θάλαμο, με ένα διάλυμα NaCl επιλεγόμενης περιεκτικότητας και αποσταγμένο νερό Σχήμα 6.9 Το σύστημα ψεκασμού παραγωγής της ομίχλης 222

231 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Παράλληλα, η ηλεκτρική καταπόνηση των δοκιμίων είναι εφικτή με την χρήση ενός μετασχηματιστή δοκιμής Υ.Τ., 220V/30kV, ισχύος 4kVΑ, ο οποίος τοποθετημένος στην οροφή του θαλάμου και συνδέεται με τα δοκίμια μέσω ενός μονωτήρα διελεύσεως. Τα δοκίμια το τοποθετούνται στον θάλαμο σε κατακόρυφη διάταξη όπως φαίνεται στο σχήμα Το πάνω άκρο αυτών συνδέεται στον μονωτήρα διελεύσεως, ο οποίος επίσης διακρίνεται στο σχήμα 6.10, ενώ το κάτω άκρο στο σύστημα μέτρησης. Επιπλέον σε κάθε θέση τοποθέτησης, υπάρχει ένα πλαστικό καπάκι προστασίας του δοκιμίου, το οποίο σκοπό έχει την απομάκρυνση σταγόνων νερού, οι οποίες σχηματίζονται στο ικρίωμα ανάρτησης των δοκιμίων και κατέρχονται λόγω βαρύτητας προς αυτό. Σχήμα 6.10 Τοποθέτηση των δοκιμίων στον θάλαμο υδατονέφωσης και ηλεκτρικές συνδέσεις Στην συγκεκριμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκε ένα διάλυμα NaCl, αγωγιμότητας 1000μS/cm, ενώ η τάση καταπόνησης επιλέχθηκε στα 7kV RMS. Πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές, σε κάθε μια εκ των οποίων χρησιμοποιήθηκαν δύο δοκίμια από κάθε υλικό. Το σενάριο καταπόνησης 223

232 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων περιελάμβανε συνεχή ηλεκτρική καταπόνηση και εφαρμογή ομίχλης για 18h ημερησίως, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.11 Χρονική κατανομή των παραμέτρων καταπόνησης των υλικών σε εικοσιτετράωρο κύκλο Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η τοποθέτηση των δοκιμίων στον θάλαμο, έγινε κατά τρόπο τέτοιο, ώστε να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση που θα μπορούσε να έχει η θέση των δοκιμών, ως προς το σημείο παραγωγής της ομίχλης. Ο τρόπος τοποθέτησης φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.12 Τοποθέτηση των δοκιμίων στον θάλαμο υδατονέφωσης σε σχέση με την βαλβίδα ψεκασμού Καταγραφή του ρεύματος διαρροής Η αξιολόγηση της συμπεριφοράς των υλικών έγινε με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα μέτρησης, με δυνατότητα ταυτόχρονης και ανεξάρτητης καταγραφής οκτώ καναλιών. Η 224

233 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος μέτρηση είναι εφικτή με την παρεμβολή μιας αντίστασης μέτρησης (shunt) των 1000Ω, στον προς γείωση ακροδέκτη του κάθε δοκιμίου, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.13 Ηλεκτρική σύνδεση του συστήματος μέτρησης Η μετρούμενη τάση τροφοδοτείται σε ένα σύστημα συλλογής δεδομένων με συχνότητα δειγματοληψίας 10kHz, ανεξάρτητη για κάθε κανάλι μέτρησης (σχήμα 6.14). Δεδομένου του όγκου της πληροφορίας που συγκεντρώνεται, από το σύστημα μετράται και καταγράφεται η μέγιστη θετική και αρνητική τιμή του ρεύματος ανά 30sec, ενώ κάθε δύο ώρες αποθηκεύεται ένα στιγμιότυπο της κυματομορφής του ρεύματος διαρροής διάρκειας 30sec. Επιπλέον με την χρήση ενός μετασχηματιστή μέτρησης μετράται και η εφαρμοζόμενη τάση. Η πληροφορία η οποία συγκεντρώνεται κατά τον τρόπο αυτό, αποθηκεύεται στην συνέχεια στον σκληρό δίσκο ενός προσωπικού υπολογιστή (PC), ο οποίος είναι συνδεδεμένος σε αυτό. Σχήμα 6.14 Η διάταξη μέτρησης του ρεύματος διαρροής και της εφαρμοζόμενης τάσης 225

234 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Μέτρηση της επιφανειακής υδροφοβίας Επιπλέον του ρεύματος διαρροής, μετρήθηκε και η επιφανειακή υδροφοβία κάθε δοκιμίου. Οι μετρήσεις έγιναν στην αρχή και στο τέλος της δοκιμής, καθώς και μια φορά σε ενδιάμεσο χρόνο. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε κατάλληλη διάταξη, αποτελούμενη από ένα γωνιόμετρο, μια πλατφόρμα έδρασης των δοκιμίων και μια σύριγγα εναπόθεσης σταγόνων νερού. Η διάταξη φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.15 (α)διάταξη μέτρησης της επιφανειακής υδροφοβίας και (β) μέτρηση σε ένα από τα δείγματα της δοκιμής. 226

235 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος 6.3 Συμπεριφορά των επικαλύψεων RTV SIR σε εργαστηριακές συνθήκες Καταγραφή της επιφανειακής δραστηριότητας Η καταγραφή της επιφανειακής δραστηριότητας, με την μέτρηση του ρεύματος διαρροής, στοχεύει στον εντοπισμό του σημείου μετάβασης της επιφανειακής συμπεριφοράς, από την υδρόφοβη κατάσταση στην υδρόφιλη. Τόσο η υδρόφοβη όσο και η υδρόφιλη συμπεριφορά, αντιστοιχούν σε διαφορετικά ηλεκτρικά φαινόμενα, τα οποία είναι δυνατό να καταγραφούν από το ρεύμα διαρροής. Στην περίπτωση μια υδρόφοβης επιφάνειας, όπως έχει ήδη αναφερθεί, κυρίαρχη μορφή ηλεκτρικής καταπόνησης αποτελεί το φαινόμενο corona, το οποίο εμφανίζεται ως αποτέλεσμα του σχηματισμού σταγόνων νερού και της αλλοίωσης της κατανομής του επιφανειακού ηλεκτρικού πεδίου, που αυτό επιφέρει. Οι εκκενώσεις αυτές λαμβάνουν χώρα είτε στην επιφάνεια των σταγόνων, είτε μεταξύ αυτών, ενώ επιπλέον στην περίπτωση αυτή παρατηρήθηκαν και εκκενώσεις μεταξύ κάποιων σταγόνων και του γειωμένου ηλεκτροδίου. Η εμφάνιση αυτού του τύπου δραστηριότητας, προκύπτει εξαιτίας της κίνησης των σταγόνων αυτών, υπό την επίδραση της βαρύτητας και δεδομένης και της γεωμετρίας των δοκιμίων, όταν αυτές πλησιάζουν το κάτω ηλεκτρόδιο. Ως αποτέλεσμα εμφανίζονται στις καταγραφές του ρεύματος διαρροής απομονωμένα κρουστικά ρεύματα, όπως φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.16 Καταγραφή των μεγίστων τιμών ρεύματος στην περίπτωση απομονωμένων κρουστικών ρευμάτων ως αποτέλεσμα της κίνησης σταγόνων προς το γειωμένο ηλεκτρόδιο. 227

236 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στο ενδεχόμενο απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας, αναμένεται η καταγραφή συνεχούς δραστηριότητας στο ρεύμα διαρροής, η οποία μάλιστα να ξεπερνά το 1mA. To κατώφλι αυτό μετάβασης από την υδρόφοβη στην υδρόφιλη συμπεριφορά είναι σε συμφωνία με παρατηρήσεις τόσο του S.M. Gubanski [278] όσο και από άλλους ερευνητές, όπως έχει ήδη αναφερθεί στην παράγραφο 3.6 και ιδιαίτερα στην αναφορά [101]. Μια καταγραφή των μεγίστων τιμών του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση αυτή, για ένα από τα υπό παρακολούθηση δοκίμια, φαίνεται στο σχήμα Σχήμα 6.17 Καταγραφή των μεγίστων τιμών ρεύματος στην περίπτωση συνεχούς δραστηριότητας. Έτσι, ως παράμετρος αξιολόγησης των υλικών, βάσει των καταγραφών των μεγίστων θετικών και αρνητικών τιμών ρεύματος, επιλέχθηκε το πλήθος αυτών με εύρος μεγαλύτερο από 1mA. Βέβαια σε αυτό περιλαμβάνονται και τα απομονωμένα κρουστικά ρεύματα, τα οποία όμως είναι περιορισμένα σε πλήθος και ως εκ τούτου δεν επηρεάζουν την κατανομή των τιμών. Επιπλέον, η ολοκλήρωση της δοκιμής καθορίζεται επίσης από το ρεύμα διαρροής και ιδιαίτερα την καταγραφή συνεχούς δραστηριότητας μεγαλύτερης του 1mA, χωρίς σημάδια ανάκαμψης. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε κάθε ημερήσιο κύκλο, υπήρχε ένα διάστημα έξι ωρών, κατά το οποίο, όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω, η καταπόνηση των υλικών δεν περιελάμβανε ομίχλη άλατος, επιτρέποντας την ανάκαμψη της υδροφοβίας. Έτσι, η απουσία ενδείξεων ανάκαμψης ακόμη και μετά από το διάστημα αυτό, συνεπάγονταν 228

237 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος την μόνιμη απώλεια της υδροφοβίας και άρα το τέλος της δοκιμής. Βάσει αυτού πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές, με τις ίδιες παραμέτρους καταπόνησης, διάρκειας 8 ημερών. Αξίζει να σημειωθεί πάντως, ότι η διάρκεια της κάθε δοκιμής δεν επιλέχθηκε εκ των προτέρων, αλλά προέκυψε από τις μετρήσεις. Στο σχήμα 6.18α παρουσιάζεται η μέση μεταβολή του πλήθους των μεγίστων τιμών ρεύματος, που υπερβαίνουν το 1mA, για κάθε ημέρα της πρώτης δοκιμή και κάθε υλικό. Αντίστοιχα στο σχήμα 6.18β παρουσιάζεται η ίδια καταγραφή για την δεύτερη δοκιμή. Σχήμα 6.18 Πλήθος των μεγίστων τιμών ρεύματος που υπερβαίνουν το 1mA, για κάθε ημέρα και υλικό κατά (α) την πρώτη δοκιμή και (β) την δεύτερη. 229

238 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Επίσης στο σχήμα 6.19 παρουσιάζονται οι κυματομορφές του ρεύματος διαρροής σε τέσσερις περιπτώσεις επιφανειακής δραστηριότητας, ήτοι στην περίπτωση υδρόφοβης συμπεριφοράς (σχήμα6.19α), απομονωμένου κρουστικού ρεύματος (σχήμα6.19β), στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας (σχήμα6.19γ) και στην περίπτωση εμφάνισης διαδοχικών εκκενώσεων (σχήμα6.19δ). Σχήμα 6.19 Κυματομορφή του ρεύματος διαρροής στην περίπτωση (α) της υδρόφοβης συμπεριφοράς, (β) εκκένωσης μέσω του μηχανισμού κίνησης μιας σταγόνας προς το γειωμένο ηλεκτρόδιο, (γ) της υδρόφιλης επιφάνειας και (δ) διαδοχικών εκκενώσεων Μεταβολή της επιφανειακής υδροφοβίας Η μεταβολή της επιφανειακής υδροφοβίας, μετρήθηκε μέσω της στατικής γωνίας επαφής, με την διάταξη που παρουσιάσθηκε παραπάνω. Για όλα τα δείγματα η πρώτη μέτρηση έγινε πριν την τοποθέτηση τους στον θάλαμο. Στην συνέχεια για την πρώτη ομάδα, η δεύτερη μέτρηση έγινε όταν παρατηρήθηκαν σημάδια απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας (συνεχής δραστηριότητα) καθώς και στο τέλος της δοκιμής. Για την δεύτερη ομάδα δοκιμίων, οι μετρήσεις έγιναν ακολουθώντας την ίδια χρονική κατανομή. 230

239 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Πρέπει να σημειωθεί ότι σε κάθε περίπτωση για την ενδιάμεση μέτρηση απαιτήθηκε η διακοπή της δοκιμής για μία ώρα. Η μέση συμπεριφορά για κάθε υλικό παρουσιάζεται στο σχήμα Σχήμα 6.20 Μεταβολή της στατικής γωνίας επαφής κατά την πρώτη (α) και δεύτερη (β) δοκιμή Μεταβολές στην επιφάνεια των υλικών Επιπλέον της υδροφοβίας, η εμφάνιση ηλεκτρικής δραστηριότητας, είχε ως αποτέλεσμα την μεταβολή και άλλων χαρακτηριστικών της επιφάνειας. Καταρχήν παρατηρήθηκε μεταβολή του χρώματος των δοκιμίων, σε βαθμό που συσχετίζεται με την ένταση της ηλεκτρικής δραστηριότητας. Η μεταβολή αυτή και για τις τρεις επικαλύψεις φαίνεται στο σχήμα 6.21, όπου είναι δυνατή η σύγκριση ενός εκ των δοκιμών για κάθε υλικό με το δοκίμιο αναφοράς. 231

240 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 6.21 Μεταβολές της επιφάνειας των υλικών σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς, ως αποτέλεσμα της επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας στην περίπτωση (α) της επικάλυψης Α, (β) της επικάλυψης Β και (γ) της επικάλυψης Γ. 232

241 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Από την σύγκριση προκύπτει ότι για την επικάλυψη Α (σχήμα 6.21α), η οποία έδειξε την καλύτερη συμπεριφορά, η μεταβολή είναι περιορισμένη, ενώ το υλικό διατηρεί υδρόφοβα χαρακτηριστικά. Διακρίνονται επίσης ίχνη από την τροχιά κίνησης των σταγόνων νερού, που αναφέρθηκαν παραπάνω. Στην περίπτωση της επικάλυψης Β (σχήμα 6.21β), το λευκό χρώμα περιορίζει την δυνατότητα εντοπισμού μεταβολών στο χρώμα. Διακρίνονται πάντως και εδώ ίχνη από τροχιές κίνησης σταγόνων, όπως και στην προηγούμενη περίπτωση και μάλιστα στην περίπτωση αυτή σε μεγαλύτερη έκταση. Επιπλέον έχουν σχηματιστεί στην επιφάνεια ίχνη μαύρου χρώματος, που παραπέμπουν σε κάποιας μορφής κατάλοιπο. Τα ίχνη αυτά είναι εντονότερα στην περίπτωση της επικάλυψης Γ, στην η οποία καταγράφηκε και η εντονότερη δραστηριότητα. Αντίστοιχα και η μεταβολή του χρώματος στην περίπτωση αυτή είναι εντονότερη και σε μεγαλύτερη έκταση. Η επίδραση που έχει η ηλεκτρική δραστηριότητα φαίνεται σε μεγαλύτερη ανάλυση στις φωτογραφίας των σχημάτων 6.22 και Στο σχήμα 6.22 παρουσιάζονται δύο φωτογραφίες, οι οποίες ελήφθησαν με την χρήση μικροσκοπίου (Χ150), στην περίπτωση της επικάλυψης Γ, για τα δοκίμια του σχήματος 6.21γ (εντονότερη δραστηριότητα). Αντίστοιχα στο σχήμα 6.23 παρουσιάζονται οι φωτογραφίες των δοκιμίων του σχήματος 6.21α (καλύτερη συμπεριφορά). Η σύγκριση επιβεβαιώνει την μεταβολή της επιφάνειας του υλικού, η οποία μάλιστα είναι εντονότερη στην περίπτωση του σχήματος 6.22, όπου παρουσιάζεται το δοκίμιο, στο οποίο καταγράφηκε η εντονότερη δραστηριότητα. Επιβεβαιώνεται επιπλέον η παρουσία των μαύρων καταλοίπων. Αντίθετα, στην περίπτωση του σχήματος 6.23, υπάρχει μεταβολή στο χρώμα του υλικού, αλλά και ίχνη από μαύρα κατάλοιπα, όμως σε σημαντικά μικρότερη έκταση από ότι στο σχήμα Πρέπει να σημειωθεί ότι επιπλέον των παραπάνω, μετά την δοκιμή, έγινε προσπάθεια διερεύνησης της κατάστασης των υλικών με την χρήση μεθόδων φασματοσκοπίας και συγκεκριμένα της μεθόδου FTIR. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Ποιοτικών Μετρήσεων της εταιρίας Πλαστικά Κρήτης Α.Ε. στο Ηράκλειο Κρήτης αλλά και στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας και Έρευνας, επίσης στο Ηράκλειο Κρήτης. 233

242 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 6.22 Φωτογραφίες της επιφάνειας των δοκιμίων του σχήματος 6.21γ οι οποίες ελήφθησαν με την χρήση μικροσκοπίου (α) δοκίμιο αναφοράς και (β) το δοκίμιο με την εντονότερη δραστηριότητα Σχήμα 6.23 Φωτογραφίες της επιφάνειας των δοκιμίων του σχήματος 6.21α οι οποίες ελήφθησαν με την χρήση μικροσκοπίου (α) δοκίμιο αναφοράς και (β) το δοκίμιο με την εντονότερη δραστηριότητα 234

243 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Η προσπάθεια δεν ήταν όμως επιτυχής. Στην πρώτη περίπτωση, ο φασματογράφος είχε ρυθμιστεί για μετρήσεις σε διαφανή υλικά, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η μέτρηση. Στην δεύτερη περίπτωση, η μέτρηση έγινε εξ ανακλάσεως, όμως ο βαθμός διείσδυσης στον όγκο του υλικού δεν ήταν αρκετός, ώστε να οδηγήσει σε αξιόπιστα αποτελέσματα. 6.4 Αξιολόγηση της συμπεριφοράς των επικαλύψεων RTV SIR. Η διάρκεια και των δύο δοκιμών καθορίσθηκε ουσιαστικά από την συμπεριφορά της επικάλυψης Γ. Στην πρώτη δοκιμή, η επικάλυψη Γ έδωσε πολύ νωρίς, ήδη από την τρίτη ημέρα, σημάδια απώλειας της επιφανειακής υδροφοβίας και εξαιρετικά περιορισμένη δυνατότητα ανάκαμψης. Η συμπεριφορά αυτή, η οποία ήταν μη αναμενόμενη οδήγησε στην πραγματοποίηση και της δεύτερης δοκιμής, υπό τις ίδιες συνθήκες και για το ίδιο χρονικό διάστημα, όπου και πάλι κατεγράφη το ίδιο μοτίβο δραστηριότητας. Συγκρίνοντας τα γραφήματα του σχήματος 6.18, προκύπτει ότι η επικάλυψη Α είχε και στις δύο περιπτώσεις σημαντικά καλύτερη συμπεριφορά από τις άλλες δύο. Διατήρησε υδρόφοβη συμπεριφορά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, σε σχέση με τις άλλες δύο, ενώ τα πρώτα σημάδια απώλειας της υδροφοβίας, εμφανίσθηκαν στο τέλος των δοκιμών. Αξίζει να σημειωθεί μάλιστα ότι στην δεύτερη περίπτωση φαίνεται η συμπεριφορά να ανακάμπτει. Στον αντίποδα βρίσκεται η επικάλυψη Γ. Όπως προκύπτει από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, η έναρξη της επιφανειακής δραστηριότητας καταγράφεται πολύ νωρίς, ήδη από την δεύτερη ημέρα στην πρώτη δοκιμή και την τρίτη ημέρα στην δεύτερη. Από εκεί και μετά παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της επιφανειακής δραστηριότητας. Μεταξύ των δύο παραπάνω επικαλύψεων κατατάσσεται η επικάλυψη Β. Και στην περίπτωση αυτή η δραστηριότητα άρχισε νωρίτερα από το αναμενόμενο, ουσιαστικά ταυτόχρονα με την επικάλυψη Γ, όμως διατηρήθηκε σε χαμηλότερα επίπεδα και στις δύο δοκιμές. Η συμπεριφορά αυτή έρχεται σε συμφωνία με τις μετρήσεις της επιφανειακής υδροφοβίας, οι οποίες παρουσιάζονται στο σχήμα Και στην περίπτωση 235

244 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων αυτή η επικάλυψη Α εμφανίζει την καλύτερη συμπεριφορά, διατηρώντας υδρόφοβα χαρακτηριστικά σε όλη την διάρκεια της δοκιμής. Αντίθετα στην επικάλυψη Γ παρατηρήθηκε ραγδαία μείωση της επιφανειακής υδροφοβίας, σε επίπεδα κάτω των 90 ο ήδη από τα μέσα και των δύο δοκιμών. Ως ενδιάμεση συμπεριφορά καταγράφηκε και εδώ αυτή της επικάλυψης Β, η οποία διατήρησε υδρόφοβα χαρακτηριστικά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από ότι η Γ, όμως στο τέλος της δοκιμής και σε αυτή παρατηρήθηκε απώλεια της υδροφοβίας. Συνεπώς στην επιφάνεια των υλικών καταγράφηκε τόσο η υδρόφοβη όσο και η υδρόφιλη συμπεριφορά, γεγονός που συνεπάγεται αφενός την παρουσία εκκενώσεων corona, ως αποτέλεσμα της παρουσίας των σταγόνων νερού στην επιφάνεια των υλικών και αφετέρου την εμφάνιση εκκενώσεων, με χαρακτηριστικά ανάλογα αυτών σε ξηρές ζώνες. Πρέπει να σημειωθεί βέβαια, ότι στην περίπτωση αυτή δεν είναι δυνατή η ανάπτυξη ξηρών ζωνών, όπως συμβαίνει στην πραγματικότητα σε μονωτήρες πορσελάνης. Αυτό προκύπτει εξαιτίας της γεωμετρίας των δοκιμίων, η οποία είναι κυλινδρική και ως εκ τούτου δεν οδηγεί στον σχηματισμό περιοχών με υψηλή πυκνότητα ρεύματος. Όμως έχουν καταγραφεί εκκενώσεις με χαρακτηριστικά που μοιάζουν με αυτά των αντίστοιχων εκκενώσεων σε ξηρές ζώνες, κυρίως όσον αφορά το επίπεδο ρεύματος και την χρονική διάρκεια. Η μεταβολή της μορφής του ρεύματος στην εξέλιξη της δοκιμής φαίνεται στο σχήμα Αρχικά καταγράφεται ένα πολύ μικρό χωρητικό ρεύμα, το οποίο φαίνεται στο σχήμα 6.19α. Στην περίπτωση αυτή το ρεύμα είναι αρκετά μικρό κοντά στο ελάχιστο ρεύμα μέτρησης και ως εκ τούτου διακρίνονται στην κυματομορφή τα επίπεδα δειγματοληψίας της μέτρησης. Στην συνέχεια η επικάθιση ρύπων και νερού στην επιφάνεια, οδηγούν στην αύξηση του ρεύματος, το οποίο πλέον έρχεται σε φάση με την εφαρμοζόμενη τάση, έχοντας όμως μη γραμμικά χαρακτηριστικά, όπως φαίνεται στην κυματομορφή του σχήματος 6.19β. Στην φάση αυτή, στην επιφάνεια έχει σχηματιστεί ένα πλήθος από σταγόνες, οι οποίες μεταβάλλουν την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη corona. Μάλιστα στην κυματομορφή του ρεύματος, στην περιοχή του μεγίστου, το οποίο είναι και μέγιστο της τάσης, εμφανίζονται παλμοσειρές από ρεύματα, τα οποία φαίνεται ότι έχουν σχέση με την δραστηριότητα αυτή. 236

245 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Επιπλέον έχουν καταγραφεί στιγμιότυπα απότομης αύξησης του ρεύματος, σε εύρος που φθάνει ή και ξεπερνά τα 10mA και πολύ μικρή χρονική διάρκεια. Κάτι τέτοιο φαίνεται επίσης στην κυματομορφή του σχήματος 6.19β, όπου καταγράφεται μια απότομη αύξηση του ρεύματος, το οποίο προσεγγίζει τα - 7mA, ενώ διαρκεί πολύ λίγο. Τέτοιου τύπου μεταβολές αποδίδονται, όπως έχει ήδη αναφερθεί, σε εκκενώσεις μεταξύ του γειωμένου ηλεκτροδίου και σταγόνων, οι οποίες κινούνται υπό την επίδραση της βαρύτητας κατά μήκος του δοκιμίου. Η δράση τόσο της υδατονέφωσης άλατος όσο και της επιφανειακής ηλεκτρικής δραστηριότητας (εκκενώσεις corona και εκκενώσεις μεταξύ σταγόνων και του γειωμένου ηλεκτροδίου), οδηγούν κάποια στιγμή σε απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας. Στην περίπτωση αυτή καταγράφεται συνεχής δραστηριότητα, σε επίπεδο ρεύματος το οποίο ξεπερνά το 1mA. Στο σχήμα 6.19γ φαίνεται η κυματομορφή του ρεύματος στην περίπτωση αυτή. Η περαιτέρω εξέλιξη της δραστηριότητας δεν ακολουθεί τα ίδια βήματα με την εξέλιξη σε πραγματικές συνθήκες, κυρίως εξαιτίας της γεωμετρίας των δοκιμίων, όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω. Όμως καταγράφηκε δραστηριότητα με ανάλογα χαρακτηριστικά, όπως φαίνεται στην κυματομορφή του σχήματος 6.19δ αλλά και από την χαρακτηριστική τάσης ρεύματος στο σχήμα Σχήμα 6.24 Χαρακτηριστικές τάσης ρεύματος για την κυματομορφή του σχήματος 6.19δ 237

246 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι δεν παρατηρείται ο στραγκαλισμός της επιφανειακής αγωγιμότητας, όπως συνέβαινε σε πραγματικές συνθήκες, το εύρος όμως και η διάρκεια των εκκενώσεων αυτών, συντελούν σε αντίστοιχου επιπέδου καταπόνηση. Η μετάβαση αυτή από την αρχικά υδρόφοβη συμπεριφορά στην υδρόφιλη και η αντίστοιχη μεταβολή της επιφανειακής δραστηριότητας καταγράφονται στις χαρακτηριστικές του σχήματος 6.25, όπου παρουσιάζεται η μεταβολή των μεγίστων τιμών, ανά 30sec, για ένα δοκίμιο από κάθε υλικό, κατά την δεύτερη δοκιμή. Σε όλες τις περιπτώσεις και για όσο χρονικό διάστημα η επιφάνεια διατηρεί υδρόφοβα χαρακτηριστικά, καταγράφονται ομάδες αυτόνομων κρουστικών ρευμάτων, με εύρος που προσεγγίζει ή και ξεπερνά τα 10mA. Συγκρίνοντας τις τρεις επικαλύψεις δεν φαίνεται να υπάρχει σημαντική διαφορά στο πλήθος αυτών των ρευμάτων, ιδιαίτερα μεταξύ των επικαλύψεων Β και Γ οι οποίες εμφανίζουν παραπλήσια συμπεριφορά. Όμως στην περίπτωση της επικάλυψης Γ, η δραστηριότητα ξεκινά νωρίτερα. Από εκεί και μετά η ένταση της επιφανειακής δραστηριότητας αυξάνει παρουσιάζοντας μια συνεχή δραστηριότητα σε τιμές μεγαλύτερες από το 1mA. Βέβαια και στην περίπτωση αυτή συνεχίζει η εμφάνιση απομονωμένων κρουστικών ρευμάτων, γεγονός που υποδεικνύει την διατήρηση υδρόφοβων χαρακτηριστικών σε τμήματα της επιφάνειας των δοκιμίων. Συνεπώς η αρχική απώλεια της υδροφοβίας, φαίνεται να προκύπτει από την εμφάνιση εκκενώσεων corona σε σταγόνες και εκκενώσεων που εμφανίζονται κατά την προσέγγιση κάποιων σταγόνων στο γειωμένο ηλεκτρόδιο. Στην συνέχεια αναπτύσσεται στην επιφάνεια ένα αγώγιμο κανάλι το οποίο επιτρέπει την συνεχή ροή ρεύματος, ενώ παράλληλα παρατηρούνται και εκκενώσεις με χαρακτηριστικά παραπλήσια αυτών σε ξηρές ζώνες Επίδραση των εκκενώσεων corona. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η επίδραση του φαινομένου corona δεν μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, αφού οι εκκενώσεις αυτές συνοδεύονται από πολύ μικρό ρεύμα. 238

247 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Σχήμα 6.25 Μετάβαση από την υδρόφοβη στην υδρόφιλη συμπεριφορά από την οπτική γωνία του ρεύματος διαρροής. 239

248 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Στην περίπτωση αυτή, ίσως η μόνη ένδειξη των εκκενώσεων corona, είναι η εμφάνιση παλμοσειρών ρεύματος, οι οποίες υπερτίθενται στην βασική συνιστώσα του ρεύματος. Οι παλμοσειρές αυτές φαίνονται στο σχήμα 6.19β, καθώς και στο σχήμα 6.26, όπου παρουσιάζεται μια περίοδος του ρεύματος του σχήματος 6.19β. Η συσχέτιση τους με το φαινόμενο corona βασίζεται κυρίως στο γεγονός ότι εμφανίζονται στο μέγιστο της τάσης, ενώ οι μεταβολές του ρεύματος είναι πάρα πολύ γρήγορες για να συσχετισθούν με το επιφανειακό φιλμ. Σχήμα 6.26 Παλμοσειρές ρεύματος υπερτιθέμενες στην βασική συνιστώσα οι οποίες φαίνεται ότι σχετίζονται με εκκενώσεις corona. Η ανάπτυξη εκκενώσεων corona μπορεί να υποστηρίξει μεταβολές στην δομή του υλικού. Καταρχήν, η μεταβολή του χρώματος, είναι μια πρώτη ένδειξη τέτοιας δραστηριότητας, κάτι που έχει επιβεβαιωθεί από εργαστηριακές δοκιμές, με αποκλειστική καταπόνηση των υλικών από corona [116,279]. Επιπλέον, έχει καταγραφεί η εξέλιξη διαφόρων μηχανισμών, όπως αντιδράσεις οξείδωσης, αντικατάστασης, ψαλιδισμού κτλ, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 2 (σχήμα 2.11). Μεταξύ αυτών, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στις αντιδράσεις οξείδωσης, οι οποίες οδηγούν σε αύξηση του πλήθους των δεσμών Si-O, ήτοι του βαθμού διασταύρωσης. Ως αποτέλεσμα παρατηρείται ο σχηματισμός ενός στρώματος SiO 2, το οποίο δεν 240

249 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος επιτρέπει την κίνηση των LMW μορίων από τον όγκο του υλικού προς την επιφάνεια και ως εκ τούτου οδηγεί το υλικό στην απώλεια της ικανότητας ανάκαμψης της υδροφοβίας. Επιπλέον των εκκενώσεων corona, λόγω της παρουσίας των σταγόνων νερού στην επιφάνεια των υλικών, σε αυτό το πλαίσιο δραστηριότητας εντάσσεται και ο μηχανισμός εμφάνισης ηλεκτρικών εκκενώσεων κατά την προσέγγιση σταγόνων στο γειωμένο ηλεκτρόδιο. Και στην περίπτωση αυτή, η επιφάνεια διατηρεί υδρόφοβα χαρακτηριστικά, όμως το παρατηρούμενο ρεύμα είναι σημαντικά μεγαλύτερο. Η δραστηριότητα αυτή επηρεάζει επίσης την επιφανειακή υδροφοβία [135]. Μάλιστα, αξίζει να σημειωθεί, ότι και στις δύο δοκιμές προέκυψε ότι στην επιφάνεια των δοκιμίων επικρατεί μια τροχιά κίνησης των σταγόνων, κατά μήκος του δοκιμίου, για λόγους που δεν έχουν διευκρινισθεί πλήρως. Στην τροχιά αυτή, παρατηρείται η απώλεια της υδροφοβίας νωρίτερα από ότι στην υπόλοιπη επιφάνεια, γεγονός που αναδεικνύει την σημασία της κίνησης αυτής. Στην φωτογραφία του σχήματος 6.27 φαίνονται τα ίχνη αυτής της τροχιάς, στην περίπτωση ενός δοκιμίου της επικάλυψης Β. Ανάλογα ίχνη εντοπίσθηκαν και σε δοκίμια των άλλων δύο επικαλύψεων. Σχήμα 6.27 Ίχνη από την τροχιά κίνησης μιας σταγόνας νερού, υπό την επίδραση της βαρύτητας, κατά μήκος ενός δοκιμίου. Επίσης στο σχήμα 6.28 φαίνεται η απώλεια της υδροφοβίας στα όρια του καναλιού κίνησης της σταγόνας. Η συγκεκριμένη φωτογραφία τραβήχτηκε στο τέλος της δοκιμής, με αποτέλεσμα η απώλεια της υδροφοβίας να εκτείνεται σε μεγαλύτερη περιοχή. Όμως παρατηρώντας τους σχηματισμούς του νερού, 241

250 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων όσο απομακρύνεται από την συγκεκριμένη περιοχή, προκύπτει η διαφορά στην συμπεριφορά της επιφάνειας. Σχήμα 6.28 Μεταβολή της επιφανειακής συμπεριφοράς στην επιφάνεια ενός δοκιμίου, μεταξύ του καναλιού επικρατέστερου καναλιού κίνησης και της υπόλοιπης επιφάνειας. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, η επικάλυψη Γ φαίνεται να είναι περισσότερο ευάλωτη στην δράση των εκκενώσεων corona, γεγονός που οδηγεί στην γρήγορη απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας. Ο προσδιορισμός της αιτίας για την συμπεριφορά αυτή, προϋποθέτει την διερεύνηση της δομής του υλικού με την χρήση κατάλληλων μεθόδων (φασματοσκοπία κτλ), κάτι που όπως αναφέρθηκε προηγουμένως δεν κατέστη δυνατό. Έτσι ως πιθανότερη αιτία, φαίνεται να είναι η παρουσία του SiO 2 ως πρόσμιξη στο συγκεκριμένο υλικό. 242

251 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Το βασικό πλεονέκτημα που αυτή έχει, δηλαδή ο υψηλός βαθμός συγγένειας με το PDMS, συνεπάγεται ότι το πλήθος των δεσμών Si-O κοντά στην επιφάνεια είναι μεγαλύτερο, αυξάνοντας την πιθανότητα εξέλιξης αντιδράσεων οξείδωσης. Ως εκ τούτου η πιθανότητα εξέλιξης αντιδράσεων οξείδωσης είναι μεγαλύτερη, οδηγώντας αφενός στην απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας (αντικατάσταση πλευρικών μεθυλίων) και αφετέρου στον περιορισμό της ικανότητας ανάκαμψης της υδροφοβίας (στρώμα SiO 2 ). Παράλληλα η συμπεριφορά των άλλων δύο επικαλύψεων, όπου αντί SiO 2 χρησιμοποιείται ATH, ήταν καλύτερη, όμως και στην περίπτωση αυτή παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά. Η συμπεριφορά της επικάλυψης Α ήταν σημαντικά καλύτερη από αυτή της Β. Μάλιστα στην επικάλυψη Α η έναρξη της επιφανειακής δραστηριότητας, ακόμη και όσον αφορά την κίνηση των σταγόνων ξεκίνησε αργότερα, όπως επιβεβαιώνεται και από το σχήμα Η διαφορά αυτή φαίνεται να σχετίζεται με την ποιότητα της επιφάνειας, όπου στην περίπτωση της επικάλυψης Α, είναι σαφώς καλύτερη. Οι ατέλειες που μπορούν να εντοπισθούν στην επιφάνεια των δοκιμίων της επικάλυψης Β, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.29, μπορούν να επιβραδύνουν την κίνηση των σταγόνων, με αποτέλεσμα το υλικό να καταπονείται παραπάνω. Σχήμα 6.29 Σύγκριση της επιφάνειας των δοκιμίων αναφοράς. Υπάρχουν εμφανείς ανωμαλίες στην επιφάνεια της επικάλυψης Β. 243

252 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Ακόμη η επιφάνεία της επικάλυψης Γ είναι σε ποιότητα σαφώς ανώτερη από ότι αυτή της Β. Συνεπώς προκύπτει η ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης της επίδρασης που η corona έχει στην συμπεριφορά των υλικών, καθώς και η σχέση που υπάρχει με τον τύπο και τα χαρακτηριστικά των προσμίξεων που χρησιμοποιούνται. Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν ήδη σχετικές αναφορές στην βιβλιογραφία [132,279], αφορούν όμως κυρίως τον τύπο της πρόσμιξης και ιδιαίτερα την τάση απορρόφησης υγρασίας που έχει. Συνεπώς απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση της συσχέτισης αυτής, στα πλαίσια κατάλληλων δοκιμών αποκλειστικά για καταπόνηση με corona Επίδραση εκκενώσεων ξηρών ζωνών Η απώλεια της υδροφοβίας, συνεπάγεται την ανάπτυξη ενός αγώγιμου επιφανειακού καναλιού, το οποίο επιτρέπει την ροή ενός ημιτονικού ρεύματος, με μορφή ανάλογη αυτής του σχήματος 6.19γ. Το ρεύμα αυτό συμβάλει στην θέρμανση του επιφανειακού φιλμ, κάτι όμως που δεν μπορεί να οδηγήσει σε ανάπτυξη ξηρών ζωνών, όπως συμβαίνει στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης. Η βασική διαφορά είναι η γεωμετρία. Στην περίπτωση αυτή, τα δοκίμια είναι κυλινδρικά, με αποτέλεσμα η πυκνότητα ρεύματος να είναι σταθερή σε όλο το μήκος του δοκιμίου. Έτσι, δεν είναι δυνατή η ανάπτυξη ξηρών περιοχών, κατά τον συνήθη τρόπο. Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί υπόψη, ότι η απώλεια της υδροφοβίας περιορίζεται σε ένα κανάλι κατά μήκος του δοκιμίου, ενώ η υπόλοιπη επιφάνεια διατηρεί σε μεγαλύτερο βαθμό υδρόφοβα χαρακτηριστικά (σχήμα 6.28). Συνεπώς η ανάπτυξη ξηρών περιοχών στην περίπτωση αυτή προκύπτει κυρίως από την πιθανότητα ανομοιόμορφης κατανομής της επιφανειακής αγωγιμότητας, κάτι που καθορίζεται από τον τρόπο εναπόθεσης των ρύπων και της υγρασίας. Επιπλέον πρέπει να ληφθεί υπόψη και η πιθανή παρουσία σταγόνων νερού, οι οποίες μπορούν να υποστηρίξουν την αλλοίωση του επιφανειακού ηλεκτρικού πεδίου, δημιουργώντας περιοχές με υψηλότερη πεδιακή ένταση. Πάντως, όπως φαίνεται και στην κυματομορφή του σχήματος 6.19δ, στην περίπτωση αυτή δεν παρατηρήθηκε ο γνωστός στραγκαλισμός της αγωγιμότητας, κάτι που συνεπάγεται την αποκοπή του καναλιού από την 244

253 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος ξηρά περιοχή. Παρά ταύτα, οι εκκενώσεις αυτές έχουν χαρακτηριστικά που μοιάζουν σε εκκενώσεις ξηρών ζωνών, όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω. Ιδιαίτερα ενδιαφέρει το εύρος ρεύματος και η διάρκεια τους στην περίοδο, χαρακτηριστικά που αποκαλύπτουν το μηχανισμό καταπόνησης των υλικών, που στην περίπτωση αυτή βασίζεται στην προσφορά θερμότητας. Στην συγκεκριμένη δοκιμή, η επίδραση των εκκενώσεων ήταν εντονότερη στην περίπτωση της επικάλυψης Γ, όπου τόσο από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, όσο και από την μέτρηση της υδροφοβίας, προκύπτει σημαντική υποβάθμιση της συμπεριφοράς της επιφάνειας. Αντίθετα στην περίπτωση των επικαλύψεων Α και Β η επίδραση των εκκενώσεων αυτών ήταν σχετικά περιορισμένη. Ιδιαίτερα όσον αφορά την επικάλυψη Β, όπου εμφανίστηκε επιφανειακή δραστηριότητα αντίστοιχη αυτής στην Γ, η κατάσταση της επιφάνειας αλλά και η υδροφοβία κατεγράφησαν σε καλύτερο επίπεδο. Ενδεικτική της διαφοράς αυτής είναι η σύγκριση των φωτογραφιών στα σχήματα 6.30 και Σχήμα 6.30 Σχηματισμός μαύρου υπολείμματος στην επικάλυψη Γ ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας ξηρών ζωνών. Στο σχήμα 6.30 παρουσιάζεται ένα από τα δοκίμια της επικάλυψης Γ μετά το τέλος της δοκιμής και αντίστοιχα στο 6.31 ένα από τα δοκίμια της Β. Αξίζει ιδιαίτερης προσοχής ο σχηματισμός μαύρου υπολείμματος, το οποίο αποτελεί 245

254 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων ένδειξη δραστηριότητας ξηρών ζωνών και έχει επιβεβαιωθεί και από άλλους ερευνητές [184]. Σχήμα 6.31 Σχηματισμός μαύρου υπολείμματος στην επικάλυψη Β ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας ξηρών ζωνών Η σημασία της θερμικής συμπεριφοράς των επικαλύψεων Η καταπόνηση που προκύπτει για το υλικό στην περίπτωση αυτή, αφορά την προσφορά ενέργειας στην δομή του υλικού, με την μορφή θερμότητας. Η ενέργεια αυτή μπορεί να υποστηρίξει μηχανισμούς μεταβολής των ιδιοτήτων αυτού, οι οποίοι έχουν ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 3 και περιλαμβάνουν μεταξύ των άλλων την υδροφοβία και ιδιαίτερα την δυνατότητα ανάκαμψης. Στην συγκεκριμένη περίπτωση φαίνεται ότι η ικανότητα διαχείρισης της ενέργειας αυτής από την επικάλυψη Γ, είναι κατώτερη από αυτή των άλλων δύο και ιδιαίτερα της Β. Παράμετρος κλειδί είναι ο τύπος και η ποσότητα των ενισχυτικών προσμίξεων που χρησιμοποιούνται, οι οποίες όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 3, προστίθενται με σκοπό την αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών. Η σημασία της θερμικής αγωγιμότητας προκύπτει θεωρώντας την περίπτωση ανάπτυξης μιας τέτοιας εκκένωσης στην επιφάνεια ενός δοκιμίου. Τότε ακτινοβολείται από αυτή μια ποσότητα θερμότητας Q RAD, τμήμα της οποίας διαχέεται στο περιβάλλον και το υπόλοιπο (Q ACT ) τροφοδοτείται στην δομή του υλικού. Από αυτό, ένα τμήμα άγεται μέσω του υλικού στην πορσελάνη (Q COND ) και το υπόλοιπο παραμένει και καταναλώνεται στον όγκο της επικάλυψης (Q R ). Η ποσότητα θερμότητας Q R είναι ουσιαστικά αυτή που θα 246

255 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος υποστηρίξει τους παραπάνω μηχανισμούς μεταβολής της δομής του υλικού. Έτσι λαμβάνοντας υπόψη ότι ισχύει η εξίσωση 6.1, προκύπτει ότι η ποσότητα αυτή και ως εκ τούτου και η επίδραση αυτής στο υλικό, μπορεί να μειωθεί με αύξηση της αντίστοιχης ποσότητας, η οποία άγεται προς το υπόστρωμα. QACT = QR + Q COND (6.1) Αξίζει να σημειωθεί ότι η τοποθέτηση της επικάλυψης από SIR σε ένα μονωτήρα πορσελάνης, ισοδυναμεί με την κάλυψη αυτού από ένα θερμομονωτικό στρώμα, δεδομένου ότι η αρχική θερμική αγωγιμότητα του SIR, είναι k SIR = 0.2W/mK, κατά πολλές φορές μικρότερη από αυτή της πορσελάνης, όπου k p = 3W/mK. Η δράση αυτή αναδεικνύεται από το μοντέλο του σχήματος 6.31, το οποίο αναπαριστά ένα δοκίμιο με διαστάσεις ίδιες αυτών που χρησιμοποιήθηκαν στην δοκιμή και με επικάλυψη πάχους 1mm. Σχήμα 6.31 Ισοδύναμο μοντέλο του ενός δοκιμίου με επικάλυψη, με σκοπό τον υπολογισμό της μεταβολής της θερμοκρασίας στην περίπτωση διάσπασης μιας επιφανειακής εκκένωσης, με την χρήση πεπερασμένων στοιχείων. Θεωρώντας ότι η διάσπαση μιας ξηράς ζώνης, στην επιφάνεια της επικάλυψης, δημιουργεί τοπικά μια αύξηση της θερμοκρασίας στους 2000Κ [70,71], υπολογίστηκε με την χρήση πεπερασμένων στοιχείων και του λογισμικού Quickfield [280], η μεταβολή της θερμοκρασίας από την επιφάνεια προς το εσωτερικό του δοκιμίου (βάθος 4mm). Ο υπολογισμός έγινε για τέσσερις διαφορετικές τιμές της θερμικής αγωγιμότητας της επικάλυψης, ξεκινώντας από τα 0.2W/mK μέχρι τα 0.8W/mK σε βήματα των 0.2W/mK. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών φαίνονται στις καμπύλες του σχήματος Καταρχήν επιβεβαιώνεται η θερμομονωτική δράση της επικάλυψης, αφού σε όλες τις περιπτώσεις, παρατηρείται σημαντική πτώση της 247

256 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων θερμοκρασίας κατά μήκος αυτής (0mm μέχρι 1mm). Αντίθετα στο εσωτερικό του δοκιμίου (>1mm) η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι σχετικά μικρή. Παράλληλα η μεταβολή της θερμικής αγωγιμότητας συνεπάγεται και μεταβολή της ποσότητας της ενέργειας που παραμένει στον όγκο του υλικού. Αυτό προκύπτει από την διαφορά της θερμοκρασίας στα άκρα της επικάλυψης, η οποία μειώνεται όσο αυξάνει η θερμική αγωγιμότητα. Σχήμα 6.32 Μεταβολής της θερμοκρασία στην περίπτωση διάσπασης μιας επιφανειακής εκκένωσης, σε βάθος μέχρι 4mm από την επιφάνεια (πάχος επικάλυψης 1mm). Η προσθήκη κατάλληλων προσμίξεων μπορεί να οδηγήσει στην αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας της επικάλυψης. δεδομένου ότι οι χρησιμοποιούμενες προσμίξεις έχουν θερμική αγωγιμότητα μεγαλύτερη από αυτή του βασικού πολυμερούς. Η αύξηση η οποία επιτυγχάνεται μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση 6.2, λαμβάνοντας υπόψη ότι η προσθήκη των προσμίξεων δεν συνοδεύεται από μεταβολή της χημικής δομής του υλικού, αλλά αντίθετα οδηγεί στην σύνθεση ενός μίγματος. όπου ksirkfil k eq = (6.2) k W + k W SIR FIL FIL SIR 248

257 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος k eq : η ισοδύναμη προκύπτουσα θερμική αγωγιμότητα k SIR : η θερμική αγωγιμότητα του SIR χωρίς προσμίξεις k FIL : η θερμική αγωγιμότητα της πρόσμιξης W SIR : η ποσότητα του SIR στην μάζα του υλικού W FIL : η ποσότητα της πρόσμιξης στην μάζα του υλικού Βέβαια, η προσέγγιση αυτή είναι περισσότερο μακροσκοπική, αφού δεν λαμβάνεται υπόψη ο βαθμός ένταξης της πρόσμιξης στην δομή του υλικού. Η διαφορά αυτή αφορά κυρίως προσμίξεις όπως η ένυδρη αλουμίνα Al 2 O 3 H 2 O (alumina trihydrate, ATH), σε αντίθεση με το (Silica), όπου η δομή είναι παραπλήσια. Όμως στην συγκεκριμένη περίπτωση, στις επικαλύψεις όπου χρησιμοποιείται ATH, έχει τροποποιηθεί η επιφάνεια του σωματιδίου της πρόσμιξης, με μια διαδικασία γνωστή ως σιλανισμός (silanization), η οποία αυξάνει τον βαθμό ενσωμάτωσης στην δομή του πολυμερούς. Έτσι μπορεί να υποτεθεί παραπλήσιος βαθμός ενσωμάτωσης και στις δύο περιπτώσεις πρόσμιξης. Συνεπώς, λαμβάνοντας υπόψη ότι η θερμική αγωγιμότητα του ΑΤΗ είναι k ATH = 20W/mK, μεγαλύτερη από αυτή του διοξειδίου του πυριτίου SiO 2, όπου k SiO2 = 8W/mK, προκύπτει η ισοδύναμη θερμική αγωγιμότητα σε συνάρτηση με την ποσότητα της πρόσμιξης στο υλικό. Ο υπολογισμός έγινε για ποσότητα πρόσμιξης στο εύρος των τιμών που συνήθως χρησιμοποιούνται (<60%) και τα αποτελέσματα φαίνονται στις καμπύλες του σχήματος Προκύπτει ότι και για τους δύο τύπους προσμίξεων και την ίδια ποσότητα στην σύνθεση του υλικού, επιτυγχάνεται παραπλήσια αύξηση της ισοδύναμης θερμικής αγωγιμότητας. Συγκρίνοντας της υπολογιζόμενες τιμές από την εξίσωση 6.2 αλλά και τις τιμές του πίνακα 6.1, για τις συνθέσεις τις συγκεκριμένης δοκιμής, προκύπτει ότι η θερμική αγωγιμότητα κυμαίνεται στα ίδια επίπεδα και για τις τρεις επικαλύψεις. Έτσι, η καταγεγραμμένη διαφορά στην συμπεριφορά ιδιαίτερα των επικαλύψεων Β και Γ, φαίνεται ότι προκύπτει αφενός από την υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα της επικάλυψης Β αλλά και από την δυνατότητα επιπλέον ανακούφισης του υλικού, λόγω της διάσπασης του σωματιδίου του ΑΤΗ. 249

258 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Σχήμα 6.32 Αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας με την προσθήκη πρόσμιξης ΑΤΗ ή SiO 2 σε συνάρτηση με την ποσότητα της πρόσμιξης στην μάζα του υλικού. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η θέρμανση του υλικού σε θερμοκρασία μεγαλύτερη των 220 o C, προκαλεί την απελευθέρωση μορίων νερού από το σωματίδιο του ΑΤΗ, με αποτέλεσμα την απορρόφηση ενέργειας και ως εκ τούτου τον περιορισμό της εναπομένουσας θερμότητας Q R. Ο μηχανισμός αυτός περιγράφεται στην αντίδραση της εξίσωσης Al( OH ) Al O + 3H O 299 kj (6.3) Σύγκριση της συμπεριφοράς των επικαλύψεων με ΑΤΗ. Η συμπεριφορά των επικαλύψεων με ΑΤΗ, για τις συνθέσεις που διερευνήθηκαν στην περίπτωση αυτή, είναι σαφώς καλύτερη από ότι η αντίστοιχη συμπεριφορά της επικάλυψης με Silica. Όμως και μεταξύ των δύο επικαλύψεων με ΑΤΗ παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά. Η επικάλυψη Α διατήρησε υδρόφοβα χαρακτηριστικά για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από ότι η Β, ενώ ακόμη και στην περίπτωση απώλειας, για την διάρκεια της δοκιμής, η δραστηριότητα στην περίπτωση της Α διατηρήθηκε σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα. 250

259 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος Η σύγκριση αυτή επιβεβαιώνει ότι επιπλέον του τύπου της πρόσμιξης, σημασία έχουν και άλλα χαρακτηριστικά αυτής. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, στα δύο υλικά έχει χρησιμοποιηθεί διαφορετική ποσότητα ΑΤΗ, όπως φαίνεται στον πίνακα 6.1, ενώ επιπλέον το μέγεθος του σωματιδίου σε κάθε περίπτωση είναι διαφορετικό. Στην περίπτωση της επικάλυψης Α το μέγεθος του σωματιδίου είναι 10μm κατά μέσο όρο, ενώ αντίστοιχα στην Β 1μm. Οι διαφορές αυτές μπορούν να εξηγήσουν την συγκριτική συμπεριφορά των δύο υλικών. Κατά αρχήν, η μεγαλύτερη ποσότητα πρόσμιξης στην επικάλυψη Β συνεπάγεται μεγαλύτερο βαθμό προστασίας. Όμως παράλληλα έχει ως αποτέλεσμα την επιβράδυνση του μηχανισμού μετανάστευσης των μορίων χαμηλού μοριακού βάρους του υλικού (LMW) και ως εκ τούτου και της δυνατότητας ανάκαμψης της υδροφοβίας. Αυτό προκύπτει, όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 3, κυρίως για δύο λόγους. Αφενός, η αυξημένη παρουσία πρόσμιξης, συνεπάγεται μείωση της ποσότητας των μορίων LMW στον όγκο του υλικού. Αφετέρου, η παρουσία των σωματιδίων της πρόσμιξης δυσχεραίνει την κίνηση των μορίων LMW προς την επιφάνεια. Έτσι ο χρόνος ανάκαμψης στην περίπτωση της επικάλυψης Β αναμένεται να είναι μεγαλύτερος από ότι ο αντίστοιχος στην επικάλυψη Α. Επιπλέον το μέγεθος του σωματιδίου της πρόσμιξης στην περίπτωση της επικάλυψης Β, είναι πολύ μικρό, με αποτέλεσμα να αναμένονται προβλήματα διασποράς της πρόσμιξης κοντά στην επιφάνεια, όπως έχει επίσης αναφερθεί στο κεφάλαιο 3. Κάτι τέτοιο, συνεπάγεται ότι στην επιφάνεια της επικάλυψης Β, υπάρχουν περιοχές με ιδιαίτερα αυξημένο επίπεδο προστασίας, αφού σε αυτές συγκεντρώνεται μεγάλη ποσότητα ATH. Παράλληλα υπάρχουν και περιοχές, όπου η παρουσία πρόσμιξης είναι εξαιρετικά περιορισμένη και ως εκ τούτου ο βαθμός προστασίας είναι συγκριτικά πολύ μικρός. Στις περιοχές αυτές η ανάκαμψη της υδροφοβίας συγκριτικά ταχύτερη, είναι όμως περισσότερο ευάλωτες στην επιφανειακή δραστηριότητα. Αντίθετα στην περίπτωση της επικάλυψης Α, αναμένεται μεγαλύτερη ομοιομορφία στην διασπορά της πρόσμιξης και άρα και στον αντίστοιχο βαθμό προστασίας. Η διαφορά αυτή επιβεβαιώνεται από την σύγκριση των φωτογραφιών του σχήματος 6.33, όπου παρουσιάζονται εικόνες της επιφάνειας των δύο επικαλύψεων (μικροσκόπιο). Στην περίπτωση του 6.33α φαίνεται μια περιοχή 251

260 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων από ένα δοκίμιο της επικάλυψης Β. Είναι εμφανές ότι ένα τμήμα της επιφάνειας του υλικού έχει υποστεί περισσότερες μεταβολές (χρώμα, μαύρο υπόλειμμα κτλ), από ότι το υπόλοιπο το οποίο μάλιστα διατηρεί σε σημαντικό ποσοστό το αρχικό χρώμα. Αντίθετα στην περίπτωση του σχήματος 6.33β, όπου παρουσιάζεται μια αντίστοιχη φωτογραφία της επικάλυψης Α, προκύπτει σε σημαντικό βαθμό ομοιόμορφη μεταβολή της επιφάνειας του υλικού. Σχήμα 6.33 Φωτογραφίες από μικροσκόπιο τμήματος της επιφάνειας (α) της επικάλυψης Β και (β) της επικάλυψης Α, όπου προκύπτουν η περιορισμένη προστασία στην περίπτωση της Β λόγω προβλημάτων διασποράς. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί, ότι το μέγεθος σωματιδίου στην επικάλυψη Α δεν είναι και η βέλτιστη επιλογή, κάτι που σύμφωνα με την βιβλιογραφία κυμαίνεται στην περιοχή των 4.5μm. 252

261 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος 6.5 Συμπεράσματα. Σκοπός της συγκεκριμένης δοκιμής είναι η διερεύνηση της συμπεριφοράς τριών επικαλύψεων RTV SIR σε συνθήκες επιτάχυνσης των φαινομένων γήρανσης. Έμφαση δόθηκε στην ηλεκτρική καταπόνηση και ιδιαίτερα έγινε προσπάθεια αναπαράστασης της καταπόνησης, που δέχονται οι επικαλύψεις, στην περίπτωση της ασθενούς βροχόπτωσης. Για τον λόγο αυτό, ως μέθοδος διερεύνησης επιλέχθηκε ο θάλαμος υδατονέφωσης άλατος. Για κάθε επικάλυψη χρησιμοποιήθηκαν πέντε κυλινδρικά δοκίμια πορσελάνης, στα οποία η τοποθέτηση της επικάλυψης έγινε με ψεκασμό, όπως και στην περίπτωση των μονωτήρων σε πραγματικές συνθήκες. Από αυτά, τα τέσσερα χρησιμοποιήθηκαν για δοκιμή στον θάλαμο, ενώ το πέμπτο αποτελεί το δοκίμιο αναφοράς. Πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές, με τις ίδιες συνθήκες, όπου σε κάθε δοκιμή χρησιμοποιήθηκαν δύο δοκίμια από κάθε υλικό. Τα αποτελέσματα και των δύο δοκιμών αναδεικνύουν το φαινόμενο corona ως τον κύριο μηχανισμό απώλειας της υδροφοβίας. Εκκενώσεις, σε σταγόνες νερού που σχηματίζονται στην υδρόφοβη επιφάνεια του υλικού, είτε μεταξύ αυτών, μπορούν να υποστηρίξουν μεταβολές στην επιφάνεια των επικαλύψεων, αλλά και στην υδροφοβία. Είναι σημαντικό ότι η δράση αυτή αντιστοιχεί σε ρεύματα διαρροής πολύ μικρού εύρους, με αποτέλεσμα να μην είναι δυνατή η παρακολούθηση του φαινομένου από συνήθη εξοπλισμό. Απαιτείται συνεπώς η πραγματοποίηση επιπλέον μετρήσεων, ιδιαίτερα σε πραγματικές συνθήκες, όπου οι δυνατότητες μέτρησης τόσο μικρών ρευμάτων είναι περιορισμένες. Επιπλέον, κρίνεται απαραίτητος ο οπτικός έλεγχος των υλικών (σημάδια στην επιφάνεια των υλικών, μεταβολή του χρώματος κτλ), αλλά και περισσότερο εξειδικευμένες μετρήσεις, με σκοπό την εξακρίβωση της κατάστασης του υλικού. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτό απαιτείται ακόμη και αν δεν υπάρχουν μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Επιπλέον, προκύπτει ότι υπάρχει συσχέτιση μεταξύ της επίδρασης του φαινομένου corona, του τύπου της πρόσμιξης και της ποιότητας της επιφάνειας. Η επικάλυψη όπου χρησιμοποιείται silica ήταν η πρώτη που απώλεσε την υδρόφοβη συμπεριφορά, σε σχέση με τις άλλες δύο όπου χρησιμοποιείται ΑΤΗ. Παράλληλα μεταξύ των δύο επικαλύψεων με ATH, την 253

262 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων καλύτερη συμπεριφορά έδειξε η επικάλυψη με το μεγαλύτερο μέγεθος σωματιδίου πρόσμιξης, η οποία είχε και καλύτερη ποιότητα στην επιφάνεια. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί, ότι στην περίπτωση αυτή ο όρος ποιότητα, βασίζεται σε μακροσκοπική παρατήρηση της επιφάνειας και αναφέρεται περισσότερο στον τρόπο τοποθέτησης του υλικού. Συνεπώς, προκύπτει η ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης, της επίδρασης που η corona έχει στην συμπεριφορά και την κατάσταση των υλικών αυτών. Επιπλέον, στο στάδιο της υδρόφοβης συμπεριφοράς, καταγράφηκε η εμφάνιση στιγμιαίων ρευμάτων μεγάλου εύρους, τα οποία αποδόθηκαν σε εκκενώσεις μεταξύ κινούμενων, υπό την επίδραση της βαρύτητας σταγόνων, και του γειωμένου ηλεκτροδίου. Η επίδραση των εκκενώσεων αυτών στην επιφανειακή υδροφοβία είναι γνωστή στην βιβλιογραφία. Στην περίπτωση αυτή και η συγκεκριμένη δράση εντάχθηκε στο ίδιο πλαίσιο με τις εκκενώσεις corona, αφού παρά το εύρος του ρεύματος η διάρκεια τους είναι περιορισμένη και άρα δεν συμβάλουν στην θερμική γήρανση των υλικών. Αξίζει πάντως να σημειωθεί, ότι αυτή η δραστηριότητα προκύπτει ως αποτέλεσμα της κυλινδρικής μορφής των δοκιμίων και ως εκ τούτου δεν συναντάται σε πραγματικές συνθήκες. Η απώλεια της υδροφοβίας αφήνει εκτεθειμένη την επιφάνεια των υλικών σε φαινόμενα ανάλογα αυτών σε μονωτήρες πορσελάνης, δηλαδή εκκενώσεων σε ξηρές ζώνες. Στην περίπτωση αυτή όμως, λόγω της γεωμετρίας των δοκιμίων, δεν ήταν δυνατή η ανάπτυξη ξηρών ζωνών, όπως σε πραγματικές συνθήκες. Παρά ταύτα κατεγράφησαν εκκενώσεις με χαρακτηριστικά που μοιάζουν με αυτά στην περίπτωση των ξηρών ζωνών και ιδιαίτερα αφορούν το εύρος και την διάρκεια. Στο στάδιο αυτό, οι επικαλύψεις με πρόσμιξη ATH έδειξαν σαφώς καλύτερη συμπεριφορά, από ότι η τρίτη επικάλυψη με silica. Ιδιαίτερα όσον αφορά τις επικαλύψεις Β και Γ, όπου παρουσιάστηκε δραστηριότητα σε αντίστοιχα επίπεδα, η αποτελεσματικότητα του ATH προέκυψε μεγαλύτερη από ότι αυτή της silica. Η διαφορά αφορά την ικανότητα του κάθε υλικού να διαχειριστεί την θερμότητα, που τροφοδοτεί στο υλικό η επιφανειακή δραστηριότητα. Η ικανότητα αυτή σχετίζεται αρχικά με την θερμική αγωγιμότητα των υλικών, η 254

263 VI Δοκιμή RTV SIR σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος οποία καθορίζεται από την προσθήκη των προσμίξεων. Μια πρώτη προσέγγιση, θεωρώντας το υλικό ως μίγμα δύο συστατικών, έδειξε ότι στις συνήθεις συνθέσεις (<50%), η επίδραση και των δύο προσμίξεων κυμαίνεται σε συγκρίσιμα ως και ίδια επίπεδα. Συνεπώς σε αυτό το επίπεδο σύνθεσης και για τις συγκεκριμένες συνθήκες, η επιπλέον δυνατότητα του ανακούφισης του υλικού από το ΑΤΗ, μέσω της απελευθέρωσης μορίων νερού, αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα. Συνεπώς από τα αποτελέσματα της δοκιμής αυτής αναδεικνύεται η σημασία της σύνθεσης των υλικών και ιδιαίτερα των ενισχυτικών προσμίξεων, αλλά και επιπλέον χαρακτηριστικών, όπως η ποιότητα της επιφάνειας. Τα αποτελέσματα αυτά αποτελούν ένα καλό υπόβαθρο για περαιτέρω διερεύνηση της συμπεριφοράς των υλικών, δεν μπορούν όμως να γενικευτούν δεδομένου ότι υπάρχουν πολλές παράμετροι που μπορούν να μεταβληθούν. Για παράδειγμα ο διαθέσιμος χρόνος ανάκαμψης και το επίπεδο της ηλεκτρικής καταπόνησης, είναι παράμετροι που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα των υλικών. Απαιτείται δηλαδή η διενέργεια και άλλων δοκιμών σε εργαστηριακές συνθήκες, του ίδιου ή διαφορετικού τύπου, ενώ θα βοηθούσε σημαντικά να συμπεριληφθούν επιπλέον συνθέσεις με διαφορετικούς τύπους και επίπεδα προσμίξεων. Ακόμη πρέπει να σημειωθεί, ότι δεν είναι εύκολη η συσχέτιση των δεδομένων αυτών, με την συμπεριφορά των υλικών σε πραγματικές συνθήκες, στην Κρήτη. Η περιοχή μετρήσεων στην περίπτωση της δοκιμής, δεν είναι ουσιαστικά ορατή από τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής σε πραγματικές συνθήκες. Αναδεικνύεται συνεπώς η ανάγκη περισσότερο εξειδικευμένων μετρήσεων, με σκοπό τον προσδιορισμό της κατάστασης των υλικών, ακόμη και αν η μέχρι σήμερα συμπεριφορά είναι εξαιρετικά ικανοποιητική. 255

264 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 256

265 VI. Συμπεράσματα Κεφάλαιο 7 ο 7.1 Συμπεράσματα Σκοπός της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής, ήταν η διερεύνηση της συμπεριφοράς μονωτήρων πορσελάνης, με ή χωρίς επικάλυψη από RTV SIR, με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Οι μετρήσεις έγιναν σε μονωτήρες του δικτύου 150kV της Κρήτης, υπό πραγματικές συνθήκες, κάτι που συμβαίνει για πρώτη φορά στο συγκεκριμένο περιβάλλον. Έτσι δόθηκε η δυνατότητα αποτύπωσης του φαινομένου, όπως αυτό πραγματικά συμβαίνει, αλλά και αξιολόγησης της συμπεριφοράς των μονωτήρων, με έμφαση στις επικαλύψεις από RTV SIR, οι οποίες στην συγκεκριμένη περίπτωση, χρησιμοποιούνται για πρώτη φορά στον Ελληνικό χώρο. Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής σε πραγματικές συνθήκες, ανέδειξαν σημαντικές παρατηρήσεις και συμπεράσματα για την συμπεριφορά των επικαλύψεων από RTV SIR, στο περιβάλλον της Κρήτης, τα οποία είναι: Η συμπεριφορά των μονωτήρων με επικάλυψη, ήταν σημαντικά καλύτερη από ότι αυτή των μονωτήρων πορσελάνης χωρίς επικάλυψη. Η περίοδος αιχμής της επιφανειακής δραστηριότητας για τους μονωτήρες πορσελάνης εμφανίζεται κατά την περίοδο από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο. Αντίθετα στην περίπτωση των επικαλύψεων η αιχμή μετατοπίζεται στην αρχή και το τέλος της χειμερινής περιόδου, παραμένοντας όμως και πάλι σε εξαιρετικά χαμηλό επίπεδο. Στο περιβάλλον της Κρήτης παρατηρούνται τρεις μηχανισμοί ύγρανσης, η υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων, ο μηχανισμός της συμπύκνωσης και η ασθενής βροχόπτωση. Στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR, προέκυψε ότι μόνο ο μηχανισμός της βροχόπτωσης μπορεί να υποστηρίξει την ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας, γεγονός στο οποίο αποδίδεται η εμφάνιση υψηλότερης δραστηριότητας στις επικαλύψεις την χειμερινή περίοδο. Στους μονωτήρες πορσελάνης από την άλλη μεριά και οι τρεις μηχανισμοί ύγρανσης μπορούν να υποστηρίξουν την ανάπτυξη επιφανειακής δραστηριότητας. Μάλιστα η ένταση της δραστηριότητας 257

266 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων κατά το καλοκαίρι οφείλεται στην υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων και στον μηχανισμό της συμπύκνωσης. Ακόμη είναι σημαντικό ότι στην περίπτωση της υγροσκοπικής συμπεριφοράς των ρύπων και του μηχανισμού της συμπύκνωσης, είναι δυνατή η προσβολή του συνολικού μήκους ερπυσμού ενός μονωτήρα, προστατευμένων και μη τμημάτων. Παράλληλα με την συνολική αξιολόγηση των μονωτήρων, η διάταξη μέτρησης του ρεύματος διαρροής, παρείχε την δυνατότητα καταγραφής των κυματομορφών του ρεύματος διαρροής. Από το πλήθος των καταγεγραμμένων κυματομορφών, επιλέχθηκαν και παρουσιάστηκαν οι πλέον αντιπροσωπευτικές, τόσο στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, όσο και στις επικαλύψεις από RTV SIR, από όπου προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα: Μονωτήρες πορσελάνης Κυρίαρχο φαινόμενο αποτελεί η εμφάνιση εκκενώσεων στην επιφάνεια των μονωτήρων, οι οποίες σχετίζονται με ξηρές ζώνες. Πριν την εμφάνιση ξηρών ζωνών παρατηρείται η ανάπτυξη ενός ημιτονικού ή ελαφρώς μη γραμμικού ρεύματος, με μέγιστο εύρος το οποίο εξαρτάται από τον μηχανισμό ύγρανσης. Η ανάπτυξη ξηρών ζωνών συνεπάγεται την καταγραφή μιας ακολουθίας ανεξάρτητων παλμών ρεύματος με μη γραμμικά χαρακτηριστικά, μεταξύ των οποίων μεσολαβούν διαστήματα μηδενικού ρεύματος. Η συμπεριφορά αυτή αντικατοπτρίζεται στην αύξηση κυρίως της συνιστώσας των 150Hz του ρεύματος διαρροής, σε βαθμό ώστε ο συντελεστής παραμόρφωσης D F να ξεπεράσει το 0,2. Μονωτήρες πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR Στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR, κατά την διάρκεια ασθενούς βροχόπτωσης, έχουν καταγραφεί κυματομορφές με χαρακτηριστικά αντίστοιχα αυτών σε μονωτήρες πορσελάνης. Επιπλέον κατεγράφησαν και άλλου τύπου εκκενώσεις οι οποίες σχετίζονται με την παρουσία στην επιφάνεια σταγόνων νερού σε περιοχές οι οποίες παραμένουν υδρόφοβες. Σε κάθε περίπτωση τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του ρεύματος είναι εντονότερα στην περίπτωση των επικαλύψεων από RTV SIR. 258

267 VI. Συμπεράσματα Οι μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες, βοήθησαν αρκετά στην συγκριτική αξιολόγηση των μονωτήρων πορσελάνης με και χωρίς επικάλυψη. Προς το παρόν όμως, δεν κατέστη δυνατή η σύγκριση των διαφορετικών συνθέσεων που έχουν τοποθετηθεί, δεδομένου ότι τα υλικά είναι σε καλή κατάσταση και ως εκ τούτου, ότι συμβαίνει συνεπάγεται ρεύμα μικρότερο από 1mA (με εξαίρεση την βροχόπτωση). Έτσι παράλληλα με την διερεύνηση σε πραγματικές συνθήκες, πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές αξιολόγησης των υλικών σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, από τις οποίες προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα: Η απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας είναι αποτέλεσμα της εμφάνισης εκκενώσεων στην υδρόφοβη επιφάνεια, οι οποίες εντάσσονται στα πλαίσια του φαινομένου corona. Σημαντική στην περίπτωση αυτή ήταν η δράση εκκενώσεων που προκύπτουν κατά την κίνηση σταγόνων νερού από το πάνω στο κάτω ηλεκτρόδιο. Μάλιστα η απώλεια της υδροφοβίας παρατηρείται κατά το μήκος της τροχιάς αυτής. Η σύνθεση με κύρια πρόσμιξη το SiO 2 φάνηκε περισσότερο ευπαθής στην δράση τέτοιων εκκενώσεων από ότι οι άλλες δύο συνθέσεις, όπου χρησιμοποιείται ATH. Μετά την απώλεια της υδροφοβίας είναι δυνατή η ανάπτυξη εκκενώσεων που συμβάλλουν στην θερμική καταπόνηση των υλικών (ξηρές ζώνες). Έτσι παράγοντας κλειδί αναδεικνύεται η θερμική αγωγιμότητα του υλικού, κάτι που εξαρτάται από τον τύπο και την ποσότητα της ενισχυτικής πρόσμιξης. Για τις συνθέσεις που εξετάσθηκαν, προέκυψε σαφώς καλύτερη συμπεριφορά σε αυτές όπου χρησιμοποιείτε ΑΤΗ, κάτι που αποδίδεται στην δυνατότητα απελευθέρωσης μορίων νερού από το ATH, δεδομένου ότι η τιμή της θερμικής αγωγιμότητας που προκύπτει, για το επίπεδο της πρόσμιξης στις συνθέσεις που συνήθως διατίθενται, δεν διαφέρει σημαντικά στην περίπτωση του ATH ή του SiO 2. Σημαντικό ρόλο στην συνολική συμπεριφορά έχουν και άλλες παράμετροι, όπως για παράδειγμα η ποιότητα της επιφάνειας, γεγονός που υποδεικνύει την ανάγκη περαιτέρω εργαστηριακής διερεύνησης. 259

268 7.2 Προτάσεις για μελλοντική έρευνα Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων Η διενέργεια μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, όπως έγινε στην συγκεκριμένη περίπτωση, έδωσε την δυνατότητα καταγραφής του φαινομένου, όπως ακριβώς αυτό αναπτύσσεται. Η πληροφορία που έχει συγκεντρωθεί και η γνώση που προκύπτει από αυτή, μπορούν να αποτελέσουν εφαλτήριο, αλλά και σημείο αναφοράς για περισσότερο συστηματική διερεύνηση του φαινομένου, τόσο σε εργαστηριακές συνθήκες όσο και στο πεδίο. Όσον αφορά τους μονωτήρες πορσελάνης, είναι σημαντικό να πραγματοποιηθούν μετρήσεις σε ελεγχόμενο χώρο, υπό πραγματικές συνθήκες ρύπανσης όμως, ώστε να ολοκληρωθεί η εικόνα που έχουμε μέσω του ρεύματος διαρροής, για την εξέλιξη του φαινομένου. Κάτι τέτοιο είναι δυνατό σε ένα υπαίθριο σταθμό δοκιμών, όπου υπό πραγματικές συνθήκες ρύπανσης, θα είναι δυνατή ακόμη και η υπερπήδηση ενός μονωτήρα. Ένας τέτοιος σταθμός δοκιμών, έχει ήδη ολοκληρωθεί σε σημαντικό βαθμό στον Α.Η.Σ. Λινοπεραμάτων. Επιπλέον, παράλληλα με τις μετρήσεις του ρεύματος διαρροής, θα ήταν καλό να πραγματοποιούνται και άλλες μετρήσεις, όπως μετρήσεις ισοδυνάμου αλμυρότητας (E.S.D.D.), μετρήσεις με θερμοκάμερα (UV), καταγραφή της οπτικής δραστηριότητας κ.α. Στην περίπτωση των συνθετικών υλικών, είτε πρόκειται για επικαλύψεις, είτε για μονωτήρες, πρέπει το εύρος των μετρήσεων να διευρυνθεί και να συμπεριλάβει μετρήσεις αξιολόγησης της δομής των υλικών. Τέτοιες μετρήσεις είναι καταρχήν μετρήσεις υδροφοβίας, αλλά και άλλες μέθοδοι, για παράδειγμα βασιζόμενες στην φασματοσκοπία (FTIR) κ.α.. Αξίζει να σημειωθεί, ότι ακόμη και αν είναι δυνατή η μέτρηση πολύ μικρών ρευμάτων, μικρότερων του 1mA, ώστε να καταγραφεί και το τμήμα της δραστηριότητας πριν την απώλεια της υδροφοβίας, τέτοιες μετρήσεις είναι απαραίτητες αφού μπορούν να δώσουν σημαντική πληροφορία για την κατάσταση των υλικών. Επιπλέον σε εργαστηριακές συνθήκες, θα ήταν καλό να πραγματοποιηθούν και άλλων ειδών δοκιμές, επιπλέον του θαλάμου υδατονέφωσης, οι οποίες να 260

269 VI. Συμπεράσματα εστιάζουν την καταπόνηση των υλικών σε συγκεκριμένες ιδιότητες, όπως για παράδειγμα η ανάκαμψη της υδροφοβίας. Σε αυτές τις δοκιμές θα μπορούσαν να διερευνηθούν οι χρησιμοποιούμενες στην Κρήτη συνθέσεις, ενώ θα ήταν πολύ καλό αν συμπεριλαμβάνονταν και άλλες, ιδιαίτερα δε αν η σύνθεση τους μπορούσε να ζητηθεί κατά παραγγελία. Ακόμη, θα ήταν χρήσιμο να κατασκευαστούν δοκίμια, για τις παραπάνω δοκιμές, εκ των οποίων κάποια να υποστούν γήρανση σε πραγματικές συνθήκες, ώστε να υπάρχει η δυνατότητα συγκριτικής αξιολόγησης των αποτελεσμάτων. 261

270 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 262

271 VIII. Βιβλιογραφία Κεφάλαιο 8 ο Βιβλιογραφία 1. J.S.T. Looms, Insulators for high voltages. IEE Power Engineering Series 7, ed. IEE. 1987: IEE. 288pp. 2. CIGRE WG , Polluted insulators: a review of current knowledge No.158, 190pp. 3. NGK, Technical Guide Cat.No.91: NGK Insulators LTD. 95pp. 4. Gorur, R.S., Outdoor Insulators: Gorur R.S. 5. CIGRE WG 33-04, The measurement of site pollution severity and its application to insulator dimensioning for A.C. systems. ELECTRA, 1979(64): pp CIGRE WG 36-01, Electric Power Transmission and the Environment: Fields, Noise and Interference. No.74, 65p. 7. Ι.Ν.Στεφανάκης. Η επίδραση της θαλάσσιας ρύπανσης στο Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης. in Σύνοδος Ελληνικής Επιτροπής CIGRE Πάτρα: Ε.Ε. CIGRE. 8. A.D.Tsanakas, G.I. Papaefthimiou, D.P. Agoris. Pollution flashover fault analysis and forecasting using neural networks. in CIGRE Session Paris: Cigre. 9. K. Siderakis, J. Stefanakis, E. Thalassinakis, D. Agoris, E. Dialynas. Coastal Contamination of the High Voltage Insulators in the Cretan Power Transmission System. in MedPower Israel. 10. J.F. Hall, History and bibliography of polymeric insulators for outdoor applications. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp H.M.Schneider, J.F.Hall, G.Karady, J.Rendowden, Non-ceramic insulators for Transmission lines. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp CIGRE WG 03-01, Worldwide experience with HV composite insulators. ELECTRA, 1990(130): pp S.M.Gubanski, R.Hartings, Swedish research on the application of composite insulators in outdoor insulation. Electrical Insulation Magazine, (5): pp

272 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 14. K.Izumi, K.Kadotani, Applications of polymeric outdoor insulation in Japan. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp T.Kikuchi, S.Nishimura, M.Nagao, K.Izumi, I.Kubota, M.Sakata, Survey on the use on non-ceramic composite insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp CIGRE WG 22-03, World wide experience with high voltage composite insulators. ELECTRA, 2000(191): pp J.O.Da Silva, J.A.Pardinas. EDELCA'S Experience with Ceramin and non ceramic insulators. in World Congress on insulator technologies Barcelona, Spain: INMR. 18. R.Znaidi. Research and assesment of insulators performance in marine and desert environment. in World Congress on insulator technologies Barcelona, Spain: INMR. 19. L.Xidong, W.Shaowu,SUZhiyi. Experience with composite HVDC and HVAC insulators in China: from design to operation. in World Congress on insulator technologies Malaga, Spain: INMR. 20. J.L. Fierro-Chavez. Experience with Silicone Rubber insulators on transmission lines in Mexico. in World Congress on insulator technologies Malaga, Spain, INMR, pp I.Y. Al Hamoudi. Experience using silicone insulators to reduce maintenance costs of transmission lines in the Eastern region of Saudi Arabia. in World Congress on insulator technologies Malaga, Spain, INMR, pp G. Montoya-Tena, R.H.-C., I. Ramirez-Vanquez, Experiences on pollution level measurement in Mexico. Electric Power Systems Research, 2005(76): pp R.G.Houlgate, D.A.Swift, Composite rod insulators for AC Power Lines: electrical performance of various designs at a coastal testing station. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp R.Hackam, Outdoor HV composite polymeric insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp E.A.Cherney, Non-ceramic insulators - a simple design that requires careful analysis. Electrical Insulation magazine, (3): pp

273 VIII. Βιβλιογραφία 26. R.S.Gorur. Accomplishments and future challenges for outdoor insulating systems under contaminated conditions. in 12th International Symposium on High Voltage Engineering Bangalore India, pp S.M.Gubanski, Modern Outdoor Insulation - Concerns and challenges. Electrical Insulation Magazine, (6): pp R.Stephen. Factors to take into account when using composite insulators: the eskom experience. in World Congress on insulator technologies Malaga, Spain: INMR, pp IEEE DEIS Society's Outdoor service environment committee S-32-3, Protective coatings for improving contamination performance of outdoor high voltage ceramic insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp J.L. Goudie. Silicones for outdoor insulator maintenance. in International Symposium on Electrical insulation Boston, Massachusetts, USA: IEEE, pp E.A.Cherney, RTV Silicone - A high tech solution for a dirty insulator problem. IEEE Electrical Insulation magazine, (6): pp E.A.Cherney. R.S.Gorur., RTV Silicone Rubber Coatings for Outdoor Insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp J.Hall, T.Orbeck. RTV Protective coating for porcelain insulators. in IEEE PES Summer Meeting San Fransisco, California, USA: IEEE PES, pp F. Fong. Operetional experience on HVDC and HVAC insulators at Sylmar Converter Station. in IEEE International Symposium on Electrical Insulation Boston, USA: IEEE, pp R.E. Carberry, H.M.Schneider, Evaluation of RTV Coating for station insulators subjected to coastal contamination. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp

274 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 36. L.Xidong, W.Shaowu,F. Ju, G.Zhicheng, Development of composite insulators in China. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp G.Zhicheng, G.Haifeng,J.Zhidong, W.Liming. Field aging of RTV coated insulators. in XIIIth International Symposium on High Voltage Engineering Rotterdam, The Netherlands: Millpress. 38. A.E. Vlastos, Salt accumulation and leakage currents for HVDC energized apparatus insulators. 1986, Chalmers University of Technology: Goteborg. 39. A.E.Vlastos, E.Sherif, Experience from insulators with RTV Silicone Rubber Sheds and Shed Coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp Mbwana, M.A., Laboratory and field performance of polymeric composite insulators and RTV coatings, in Dept. of Electriv Power Engineering. 1997, Royal Institute of Technology: Stockholm, Sweden P.M.Pakpahan, Suwarno. Improvment of outdoors insulation performance for application in highly polluted area by using silicone coatings. in International Symposium on Electrical Insulating Materials, pp , J.M.Patel, V.Shrinet, M.Ramamoorty. Development of RTV Silicone Coating for HV insulators installed in outdoor polluted environment. in 12th International Symposium on High Voltage Engineering Bangalore, India, pp S.M.Gubanski, M.A.R.M. Fernando. Research findings comparing performance of different insulator designs on distribution lines in tropical environment. in 2000 World congress on insulator technologies Barcelona, Spain: INMR. 47. D.A.Hoch, J.P.Reynders, R.E.Macey. A silicone based hydrophobic coating for high voltage insulators, in 3rd Africon Conference, pp , J. Stefanakis, E. Thalassinakis, K.Siderakis, D. Agoris, E. Dialynas. Fighting Pollution in the Cretan Transmission System - 25 years of experience. in Contamination Issues on High Voltage Installations Heraklion, Greece. 266

275 VIII. Βιβλιογραφία 49. IEEE Std , IEEE Guide for the application, maintenance and evaluation of RTV SIR Coatings for outdoor ceramic insulators, IEEE Outdoor Service Environement Committee, Editor J.E. Mark, Some interesting things about polysiloxanes. Accounts of Chemical reasearch, (12): pp M.J.Owen, Siloxane polymers, ed. J.A.S. S.J.Clarson. 1993: PTR Prentice Hall. 52. W.Noll, Chemistry and Technology of Silicones. 1968, New York: Academic Press. pp J.A.Brydson, Plastics materials. 1973, London: Newnes - Butterworths. 54. Kirk Orthmer, Encyclopedia of Chemical Technology H.F. Mark, N.G. Gaylord, N.M. Bikales, Encyclopedia of polymer science and technology. 1970: Interscience Publishers, John Wiley and Sons Inc., Δ.Κατάκης, Γ.Πνευματικάκης, Ανόργανη χημεία. 1987, OEΔB, Αθήνα. 57. Γ. Μανουσάκης, Γενική και ανόργανη χημεία. 1994, Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη. 58. J.Y.Koo,I.T.Kim,J.T.Kim,W.K.Park. An experimental investigation on the degradation characteristics of the outdoor silicone rubber insulator due to sulafate and nitrate ions. in IEEE Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena Minneapolis: IEEE. 59. A.W. Adamson, Physical Chemistry of Surfaces. Fifth Edition, ed. 1990: John Wiley and Sons Inc. 60. Τ.Ν.Σκουλικίδης, Φυσικοχημεία. 1991, Αθήνα. 61. J.E. Mark, Properties of polymers, Handbook. 1996, New York: AIP Press. 62. S.Grigoras, Computetional modelling of polymers, ed. J.Bicerano. 1992, New York: Marcel Dekker. 63. P.J.Flory, Statistical Mechanics of chain molecules. 1969, New York: Interscience. 64. Ε.Μ. Καμπούρη, Τεχνολογία Πολυμερών. Τόμος 2. Εκδόσεις Ε.Μ.Π. 1980, Αθήνα. 267

276 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 65. H. Deng, R. Hackam, E.A.Cherney, Influence of thickness, substrate type, amount of silicone fluid and solvent type on the electrical performance of RTV SIR Coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp Wacker Silicones, Silicone rubber for the transmission and distribution industry, Wacker Silicones Inc, SYLGARD high voltage insulator coating, a guide to proper application, D.C. Electrical, 2001, Dow Corning Corp. 68. Si-Coat 570, RTV Silicone High Voltage Insulator Coating. 2004, CSL Silicones Inc. 69. H. Deng, R. Hackam, E.A.Cherney, Influence of thickness, substrate type, amount of silicone fluid and solvent type on the electrical performance of RTV SIR Coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp S.H.Kim, E.A.Cherney, R.Hackam. Effect of dry band arcing on the surface of RTV Silicone Rubber coatings. in International Symposium on Electrical Insulation Baltimore, MD USA: IEEE DEIS, pp S.H. Kim, R. Hackam. Temperature distribution in RTV silicone rubber coating following dry band arcing. in International Symposium on Electrical Insulation Pittsburgh, USA: IEEE DEIS. 72. IEC 1109, Composite Insulators for A.C. overhead lines with a nominal voltage greater than 1000V Definitions, test methods and acceptance criteria J. Mackevich, S. Simmons, Polymer Outdoor insulating materials, Part II Material Considerations. IEEE Electrical Insulation magazine, (4): pp P.M.Sampson, Cast electrical insulation quality enhancements through improved filler technology. IEEE Electrical Insulation magazine, (5): pp S.H.Kim, E.A.Cherney, R.Hackam. Thermal characteristics of RTV silicone rubber coatings as a function of filler level. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. pp , 1992: IEEE. 76. S.H. Kim, E.A. Cherney, R. Hackam. Performance of RTV Silicone Rubber coatings. in IEEE International Symposium on Electrical Insulation Toronto, Canada, pp IEEE DEIS. 268

277 VIII. Βιβλιογραφία 77. S.H. Kim, E.A. Cherney, R. Hackam, K.G. Rutherford, The loss and recovery of hydrophobicity of RTV Silicone Rubber insulator coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp S.H.Kim, E.A.Cherney, R.Hackam, Effects of filer level in RTV Silicone rubber Coatings used in HV Insulators. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (6): pp R S.Gorur, J.Mishra, Electrical performance of RTV SIR coatings. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp T.G.Gustavsson, S.M.Gubanski, Aging of silicone rubber under ac or dc voltages in a coastal environment. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp S.Kumagai, N.Yoshimura, Polydimethylsiloxan and Alumina Trihydrate System subjected to dry band discharges or high temperature, Part I: Chemical Structure. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp S.Kumagai, N.Yoshimura, Polydimethylsiloxan and Alumina Trihydrate System subjected to dry band discharges or high temperature, Part II: Electrical Insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp H. Deng, R. Hackam, E.A.Cherney. Effects of particles size of ATH fillers on the performance of RTV rubber coatings. in Conference on electrical insulation and dielectric phenomena, pp : IEEE PES. 84. H. Deng, R. Hackam, E.A.Cherney, Role of the size of partcles of alumina trihydrate filler on the life of RTV SIR coating. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp L.H. Meyer, E.A. Cherney, S.H. Jayaram, The role of inorganic fillers in Silicone Rubber for outdoor insulation Alumina Tri-Hydrate or Silica. IEEE Electrical Insulation magazine, (4): pp L.H. Meyer, S.H. Jayaram, E.A. Cherney, Thermal Conductivity of filled silicone rubber and its relationship to erosion resistance in the inclined plane test. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp

278 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 87. L. H. Meyer, R. Omranipour, S. H. Jayaram, E.A. Cherney. The effect of ATH and Silica on tracking and erosion resistance of Silicone rubber compounds for outdoor insulation. in Conference on Electrical Insulation, pp , 2002: IEEE. 88. R. Omranipour, L. H. Meyer, S. H. Jayaram, E.A. Cherney. Inclined plane tracking and erosion evaluationof filled and unfilled silicone rubber. in Conference on Electrical insulation and Dielectric phenomena. 2001, pp R. Omranipour, L.H.Meyer, S. H. Jayaram, E.A. Cherney. Tracking and erosion resistance of RTV Silicone Rubber: Effect of filler particle size and loading. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric phenomena, pp , IEC 587, Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion of electrical insulating materials used under severe ambient conditions S.Lee, W.Ji, Y.Park,J.Lee. Influence of filler properties on the tracking characteristics of silicone rubber. in 6th International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials Xi'an, China, pp : IEEE. 92. L.Lei, W.Xishan,C.Dengke,L.Hui. Study of the properties of RTV nanocomposite coatings. in XIIIth International Symposium on High Voltage Enginnering Delft, Netherlands: Millpress. 93. STRI, Guide 1,92/1, Hydrophobicity Classification CIGRE TF , Natural and artificial ageing and pollution testing on polymeric insulators, Report , CIGRE. 95. R.A.Serway, Θερμοδυναμική-Κυματική-Οπτική. Physics for Scientists and Engineers. Vol. III. 1990: Saunders College Publishing. 96. J.Kim, M.K.Chaudhury, M.J.Owen, Hydrophobicity loss and recovery of Silicone HV insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp H.Hillborg, W.Gedde, Hydrophobicity changes in Silicone Rubbers. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp D.Windmar, Water drop initiated discharges in air, PHD Thesis in Faculty of science and technology. 1994, Uppsala University: Uppsala. pp

279 VIII. Βιβλιογραφία 99. H. El-Kishky, R.S.Gorur, Electric field and energy computation on wet insulating surfaces. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp P.D.Blackmore, D.Birtwhistle, Surface discharges on polymeric insulator shed surfaces. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp I.J.S.Lopes, S.H.Jayaram,E.A.Cherney, A study of partial discharges from water droplets on a silicone rubber insulating surface. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp P.D.Blackmore, Degradation of polymeric outdoor high voltage insulation:surface discharge phenomenaand condition assesment technics, in Electrical and electronic systems engineering. 1997, Queensland University of Technology: Queensland. pp Α.Krivda, D.Birtwhistle. Breakdown between water drops on wet polymer surfaces. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 2001, pp , IEEE DEIS Y.Higashiyama, S.Yanase, T.Sugimoto, DC corona discharge from water dropplets on a hydrophobic surface. Journal of Electrostatics, 2002(55): pp Ν.Σπύρου, Φαινόμενα ηλεκτρικών εκκενώσεων σε αέρια. 1998, Πάτρα: ΕΚΔ. Παν. Πατρών H. El-Kishky, R.S.Gorur, Electric field computation on an insulating surface with discrete water dropplets. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (3): pp S.M.Gubanski, A.E.Vlastos, Wettability of naturally aged Silicone and EPDM composite insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp A.E.Vlastos, S.M.Gubanski, Surface structural changes of naturally aged silicone and EPDM composite insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp

280 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 109. S.H.Kim, E.A.Cherney, R.Hackam. The electrical performance of silicone rubber insulating coatings in a salt fog chamber. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1989: IEEE DEIS, pp S.H. Kim, E.A.C., R. Hackam. Hydrophobic behavior of insulators coated with RTV Silicone Rubber. in Properties and Applications of Dielectric Materials Tokyo, Japan: IEEE DEIS, pp S.H. Kim, E.A.C., R. Hackam. Evaluation of RTV silicone rubber insulator coatings in a salt-fog chamber. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1990, pp S.H. Kim, E.A.C., R. Hackam, Suppression mechanism of leakage current on RTV coated porcelain and silicone rubber insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp S.H. Kim, E.A.C., R. Hackam, Hydrophobic behaviour of insulators coated with RTV Silicone Rubber. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (3): pp P.J.Smith, M.J.Owen, P.H.Holm, G.A.Toskey. Surface studies of corona treated silicone rubber high voltage insulation. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1992: IEEE DEIS, pp H.Hillborg, W.G., Hydrophobicity recovery of polydimethylsiloxane after exposure to corona discharges. Polymer, (10): pp H.Hillborg, Loss and recovery of hydrophobicity of polydimethylsiloxane after exposure to electrical discharges, in Dept. of Polymer Technology. 2001, Royal Institute of Technology: Stockholm. pp H.Hillborg, M.Sandelin, W.Gedde, Hydrophobic recovery of polydimethylsiloxane after exposure to partial discharges as a function of crosslink density. Polymer, 2001(42): pp S.Kumagai, N.Yoshimura., Electrical and environmental stress an the hydrophobic stability of SIR, EVA and their blends. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp

281 VIII. Βιβλιογραφία 119. S.Kumagai, N.Y., Influence of single and multiple environmental stresses on Tracking and Erosion of RTV Silicone Rubber. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp N.Yoshimura, S.Kumagai,S.Nishimura, Electrical and environmental aging of Silicone Rubber Used in Outdoor Insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp J.Kim, M.K.Chaudhury. Corona discharge induced hydrophobicity loss and recovery of silicones. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp , 1999: IEEE J.Kim, M.K.Chaudhury,M.J.Owen,T.Orbeck, The mechanisms of hydrophobic recovery of polydimethylsiloxane elastomers exposed to partial electrical discharges. Journal of Colloid and interface science, : pp Wang Shaowu., Liang Xidong, Cheng Zixia, Wang Xun, Li Zhi, Zhou Yuanxiang, Yin Yu, Wang Liming, Guan Zhicheng. Hydrophobicity Changing of Silicone Rubber insulators in Service. in Cigre Session Paris Y.Zhu, M.Otsubo,C.Honda,S.Tanaka, Loss and recovery in hydrophobicity of silicone rubber exposed to corona discharge. Polymer degradation and stability, V.M.Moreno-Villa, M.A.Ponce-Velez, E.Valle-Jaime,J.L.Fierro-Chavez. Effect of static charge on hydrophobicity of corona treated glass and silicone rubber surfaces. in IEEE International Symposium on Electrical Insulation Arlington, Virginia, pp ,usa: IEEE V.M.Moreno-Villa, M.A.Ponce-Velez, E.Valle-Jaime,J.L.Fierro-Chavez, Effect of surface charge on hydrophobicity levels of insulating materials. IEE Proccedings on Generation Transmission and Distribution, (6): pp V.M.Moreno, R.S.Gorur, AC and DC Performance of polymeric housing materials for HV outdoor insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (3): pp

282 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 128. M.Rahman, R.Thottappilil,M.Berg,H.Hillborg, Comment on "Effect of surface charge on hydrophobicity levels of insulating materials". IEE Proccedings on Generation Transmission and Distribution, (3): pp A.J.Philips, D.J.Childs, H.M.Schneider, Water drop corona effects on full scale 500kV non ceramic insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp A.J.Philips, D.J.C., H.M.Schneider, Aging of non ceramic insulators due to corona from water drops. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp W.L.Vosloo, J.P.Holtzhausen. Observation of discharge developmentand surface changes to evaluate the performance of different outdoor insulator materials at a severe coastal site. in XIIIth International symposium on High Voltage Engineering Netherlands: Millpress V.M.Moreno, R.S.G., Effect of long term corona on non ceramic outdoor insulator housing materials. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp K.Eldridge, J.Xu,W.Yin, A.Jeffery, J.Ronzello,S.A.Boggs, Degradation of a silicone based coating in a substation application. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp H.Y.Young, Φυσική: Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική και Σύγχρονη Φυσική. Vol : Εκδ. Παπαζήση CIGRE WG D1.14, Material properties for non ceramic outdoor insulation - A state of the art report pp C.A.Spellman, H.M.Young, A.Haddad, A.R.Rowlands, R.T.Waters. Survey of polymeric insulator ageing factors. in 11th International Symposium on High Voltage Engineering London: IEE J.P.Reynders, I.R.Jandrell, S.M.Reynders, Review of aging and recovery of silicone rubber insulation for outdoor use. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp

283 VIII. Βιβλιογραφία 138. S.M.Gubanski. Erosion resistance of different housing materials to UV radiation and surface discharges action. in Dielectric Materials, Measurements and Applications, pp.37-40, T.Imakoma, Y.Suzuki,O.Fujii,I.Nakajima. Degradation of Silicone Rubber housing by Ultraviolet Radiation. in Properties and applications of dielectric materials Brisbane, Australia, pp , IEEE C.Huh, B.Youn. The effect of the environmental factors on degradation and recovery characteristics of RTV Silicone Rubber. in International Symposium on High Voltage Engineering London, UK: IEE C.Huh, B.Youn,S.Lee. Degradatin in Silicone Rubber used for outdoor insulator by UV radiation. in Properties and Applications of Dielectric Materials Xi'an, China, pp R.S.Gorur, D.W.Gerlach, R.S.Thallam. Aging in outdoor insulating polymers due to UV and high temperature. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp , J.G.Wackowicz, S.M.Gubanski, W.D.Lampe, Loss and recovery of hydrophobicity on RTV Coating Surfaces. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp K.T.Sirait, Salama, Suwarno. Surface hydrophobicity of Silicone Rubberunder natural tropical conditions. in International Symposium on High Voltage Engineering London, UK: IEE S.M.Gubanski, J.G.Wankowicz, Distribution of natural pollution surface layers on Silicone Rubber insulators and their UV Absorption. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (4): pp Y.Hirano, T.Inohara, M.Toyoda. H.Murase, M.Kosakada, Accelerated weatherability of shed materials for composite insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp E.L.de Mattos Mehl, C.H. de Tourreil, Multiple stress aging of HV polymeric insulation. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (3): pp R.S.Gorur, A.De La O, El-Kishky, M.Chowdhary, H.Mukherjee, R.Sundaram, J.T.Burnham, Sudden flashover on non ceramic insulators in artificial 275

284 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων contamination tests. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp E. Frost, P.B.M. An examination of the environments for aging polymer. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena Minneapolis,USA X.Wang, S.Kumagai, N.Yoshimura, Contamination performances of silicone rubber insulator subjected to acid rain. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp S.Kumagai, N.Y., Tracking and erosion resistance stability of highly filled silicone and alloy materials against electrical and environmental stress. IEE Proccedings on Generation Transmission and Distribution, (4): pp Y.D.Young, J.Lee, K.S.Suh,S.J.Kim,D.Jeong. The effect of acid rain on the tracking deterioriation of elastomer. in International Symposium on Electrical Insulation Baltimore, MD USA, pp , IEEE N.Yoshimura, W.Xinsheng, S.Kumagai, A.Shikimura, S.Hasegawa. The influence of acid rain on the resistance to tracking of polymer insulating materials. in International Symposium on Electrical Insulating Materials, pp , X.Wang, S.Kumagai,K.Kobayashi,N.Yoshimura,J.Kimura,H.Sakai. Degradation of surface hydrophobicity of outdoor polymer insulating materials from erosion of acid rain. in Properties and Applications of Dielectric Materials Seoul, Korea, pp X.Wang, S.K., M.Sato,N.Yoshimura. Contaminant properties of silicone rubber insulator in the accelerating aging of acid rain. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp , X.Wang, S.K., N.Yoshimura. Fractal analysis on the recovery of contaminant properties of silicone rubber insulator against acid rain. in Electrical Insulating Materials Toyohashi, Japan, pp IEEE Sang-Il Han, J.-Y.Y.K.-S.P.S.-O.H. Surface degradation of silicone rubber under accelerated aging condition. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp , 1997: IEEE. 276

285 VIII. Βιβλιογραφία 158. P.M.McGrath, F.D.Crudele, C.W.Burns. Accelerated aging of polymers using synthetic acid rain solutions. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. pp , J.Y.Koo, I.T.Kim,J.T.Kim,W.K.Park. An experimental investigation on the degradation characteristics of the outdoor silicone rubber insulator due to sulafate and nitrate ions. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena Minneapolis, USA, pp J.Montesinos, J.; Gorur, R.S.; Goudie, J. Electrical performance of RTV silicone rubber coatings after exposure to an acidic environment. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, pp , P.B.McGrath, F.D. Crudele,C.W. Burns. Accelerated aging of polymer insulators. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2002 Annual Report Conference on,pp , 2002: IEEE N.E. Frost, P.B. McGrath, Comparative evaluation of polymer insulator materials subjected to synthetic rain, in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1998, IEEE. pp N.E. Frost, P.B.M., Effects of environments on aging of polymer materials, in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1998, IEEE. pp M.Abder-Razzaq, D.W.Auckland,B.R.Varlow, Investigation of the factors governing water absorption in HV composite insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp V.Maslov, Moisture and water resistance of electrical insulation. 1975, Moscow: MIR Publishers H.Janssen, J.M.Seifert,H.C.Karner, Interfacial phenomena in composite high voltage insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp S.Kumagai, X.Wang, N.Yoshimura. Surface hydrophobicity of water absorbed outdoor polymer insulating materials. in Properties and Applications of Dielectric Materials Seoul, Korea, IEEE, pp

286 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 168. T.G.Gustavsson, S.M.Gubanski,J.Lambrecht. Hydratization of the PDMS backbone during water immersion test. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1998: IEEE, pp T.Hashiguchi, N.Arise,M.Otsubo,C.Honda,O.Takenouchi. Water absorption- Hydrophobicity characteristics and surface change of polymer. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 2000: IEEE, pp T.Tokoro, M.Nagao, M.Kosaki. Effect of water absorption on the high field dielectric property of silicone rubber. in Symposium on Electrical Insulating Materials Toyohashi, Japan, pp Suwarno, Salama,K.T.Sirait. Effects of tropical climate on the performance of RTV Silicone Rubber with various filler content. in Symposium on Electrical Insulating Materials. 2001, pp Suwarno, Salama,K.T.Sirait,H.C.Kaerner. Dielectric properties and surface hydrophobicity of silicone rubber under the influence of the artificial tropical climate. in Symposium on Electrical Insulating Materials Toyohashi, Japan, pp A. de la O, R.S.Gorur, Flashovers of contaminated non ceramic outdoor insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp T.Usui, N.Kasuya,H.Ozaki,S.Ito,H.Kurebayashi,R.Matsuoka. Withstand voltage characteristics of contaminated polymer insulators under rain. in Properties and Applications of Dielectric Materials Xi'an, China, pp R.Hartings, The AC behavior of a Hydrophilic and hydrophobic Post Insulator during Rain. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp H.M Schneider, J.F. Hall, C.L. Nellis, S.S. Low, D.J. Lorden, Rain and contamination tests on HVDC Wall bushings with and without RTV SIR Coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp H.Deng, R.Hackam. Impact of weather conditions and formulations on LMW Silicone Fluid content in RTV Silicone Rubber Coatings. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena San Fransisco,USA, pp

287 VIII. Βιβλιογραφία 178. H.Jahn, R.Barsch,E.Wendt. The influence of temperature on the recovery of the hydrophobicity on silicone rubber surfaces. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 2000: IEEE, pp K.O.Papailiou, F.Schmuck, Y.Yoyatzakis. Silicone Rubber performance in respect to Mediterranean Environment. in Contamination Issues on High Voltage Insulators Heraklion, Greece E.A.Cherney, R.Hackam, S.H.Kim, Porcelain insulator maintenance with RTV Silicone Rubber coatings. IEEE Transactions on Power Delivery, (3): pp R.S.Gorur, G.G.Karady, A.Jagota, M.Shah, A.M.Yates, Aging in silicone rubber used for outdoor insulation. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp R.S.Gorur, G.G.Karady, A.Jagota, M.Shah, B.C.Furumasu, Comparison of RTV silicone rubber coatings under artificial contamination in a fog chamber. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp T.Sorqvist, S.M.Gubanski, Leakage current and flashover of field aged polymeric insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (5): pp S.Kumagai, N.Yoshimura, Solid residue formation of RTV SIR due to dry band arcing and thermal decomposition. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp L. H. Meyer, S. H. Jayaram, E.A. Cherney, Correlation of damage, dry band arcing energy, and temperature in inclined plane testing of silicone rubber for outdoor insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (3): pp S.H. Kim, E.A. Cherney, R. Hackam, K.G. Rutherford, Chemical changes at the surface of RTV Silicone Rubber Coatings on Insulators during dry band arcing. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp

288 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 187. H. Deng, R.H., E.A.Cherney. Effects of coating thickness of RTV Silicone Rubber on its electrical performance. in International Symposium on Electrical Insulation Pittsburgh, USA, pp H. Deng, R.H., E.A.Cherney, Electrical performance of RTV Silicone Rubber coatings of different thickness on porcelain. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp S.M.Gubanski, Properties of silicone rubber housings and coatings, IEEE Transactions on Electrical Insulation, (3): pp J.W.Chang, R.S.Gorur. The role of the backbone chain rotation in the hydrophobicity recovery of polymeric materials for outdoor insulation. in 4th international conference on Conduction and breakdown in solid dielectrics. 1992, pp R.S. Gorur, J.W. Chang, O.G. Amburgey, Surface hydrophobicity of polymers used for outdoor insulation. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp K.Chrzan, Z.Pohl, Hygroscopic properties of pollutants on HV insulators. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (1): pp A. de la O, R.S.Gorur, Electrical performance of non ceramic insulators in artificial contamination tests, Role of resting time. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp H.Deng, R.Hackam, E.A.Cherney. Low molecular weight silicone fluid content and diffusion in RTV Silicone Rubber coating. in Electrical Insulating Materials. 1995, pp Z.W.Lu, H.Janssen,A.Herden,H.C.Karner. Generation of LMW components in Silicone Rubbers. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1999, pp H.Janssen, A.H., H.C.Karner. LMW components in silicone rubbers and epoxy resins. in International Symposium on High Voltage Engineering London,UK: IEE H.Zhang, R.Hackam, V.Lazarescu. Identification of LMW fluid in HTV Silicone Rubber. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1999, pp

289 VIII. Βιβλιογραφία 198. J.W.Chang, R.S.Gorur, Surface recovery of Silicone Rubber used for HV outdoor insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp H.Deng, R.Hackam, Low molecular weight silicone fluid in RTV Silicone Rubber Coatings. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp S.Kumagai, N.Y., Hydrophobic Transfer of RTV Silicone Rubber aged in single and multiple environmental stresses and the behaviour of LMW silicone fluid. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp H.Homma, T.Kuroyagi, K.Izumi, C.L.Mirley, J.Ronzello, S.A.Boggs, Diffusion of Low molecular weight siloxane from bulk to surface. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (3): pp W. Shaowu, L.Xidong, C. Zixia, W. Xun, L. Zhi, Z. Yuanxiang, Y. Yu, W. Liming, G. Zhicheng, Hydrophobicity Changing of Silicone Rubber insulators in Service. in Cigre Session 2002, Paris W. Shaowu, L.Xidong, G.Zhicheng, W.Xun. Hydrophobicity transfer properties of silicone rubber contaminated by different kinds of pollutants. in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena Canada, pp F. Exl, J.Kindersberger, R.Barsch, F.Gerdinand, Round robin test for the evaluation of the hydrophobicity transfer abilityof polymeric insulating materials. ETG Fachtanggung, Grenzflachen in elektrischen isoliersystemen. 8(9) J. Zhidong, G. Haifeng, W. Liming, G. Zhicheng, Y. Jie. Effects of contaminations on hydrophobicity transference of RTV SIR coating. in International Symposium on High Voltage Engineering Netherlands S.H. Kim, E.A.C., R. Hackam, Artificial testing and evaluation of RTV coatings in a salt fog chamber. IEEE Transactions on Electrical Insulation, (4): pp IEEE Std , IEEE Guide for cleaning insulators, IΕΕΕ PES, pp CIGRE WG 33-04, Insulator pollution monitoring. ELECTRA, 1994(152): pp

290 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 209. P.J.Lambeth, H.Auxel, M.P.Verma, Methods of measuring the severity of natural pollution as it affects H.V. insulator performance. ELECTRA, 1972(20): pp M.P.Verma, H.Niklasch, W.Heise, H.Lipken, G.F.Luxa, H.Schreider, The criterion for pollution flashover and its application to insulation dimensioning and control. 1978, Cigre report E.M.Sherif, Performance and ageing of HVAC and HVDC overhead line insulators, in School of Electrical and Computer Enginnering. 1987, Chalmers University of Technology: Goteborg. pp T.Sorqvist, Polymeric Outdoor Insulators, in School of Electrical and Computer Enginnering. 1997, Chalmers University of Technology: Goteborg. pp Α.Βλαστός, Δ.Αγορής. Συμπεριφορά συνθετικών μονωτήρων, κατασκευασμένων από SIR και EPDM, σε δίκτυα υψηλής τάσης. in Σύνοδος Ελληνικής Επιτροπής CIGRE Πάτρα: Ε.Ε. CIGRE N.Sugawara, K.Takayama, K.Hokari. Leakage resistance of transmission line insulators along the coast. in International Symposium on Electrical Insulation Baltimore,MD USA: IEEE, pp N.Sugawara, K.Kobayashi, K.Hokari, M.Hijikata, A.Sasaki, K.Nishimura. Leakage resistance of suspension porcelain insulators in coastal fog conditions. in Int.Conf on Properties and applications of dielectric materials Seoul, Korea, pp N.Sugawara, K.Hokari, M.Hijikata, A.Saito, K.Yamanouchi. Leakage resistance dtata acquisition system and several data for maintenance of transmission line porcelain insulators along coasts in wet snow. in Int.Conf on Properties and applications of dielectric materials Seoul, Korea, pp C.N.Richards, J.D.Renowden, Development of a remote insulator contamination monitoring system. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp C.N.Richards, J.D.Renowden, Remote insulator contamination monitoring system. IEEE Power Engineering Review, (1): pp

291 VIII. Βιβλιογραφία 219. J.T.Burnham, D.W.Busch, J.D. Renowden, FPL's Christmas 1991 Transmission Outages. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp D.R.H. Orbin, D.A.Swift. Pollution severity instrument for relevance to high voltage insulators: Hardware development employing peltier coolers. in 4th Africon conference in Africa Stellenboch, South Africa: IEEE, pp Wikipedia, Thermoelectric effect. 2005, //en.wikipedia.org/wiki/peltier_effect F.F.Bologna, A.C.Britten, R.Sogan. Laboratory testing and implementation of an insulator pollution monitor based on the peltier cooling principle. in 5th Africon conference in Africa Cape Town, South Africa: IEEE, pp W.H.Schwardt, J.P.Holtzhausen, W.L.Vosloo, Determination of a calibration curve for an insulator pollution monitoring relay, in SAUPEC. 2002: Vanderbijlpark W.H.Schwardt, J.P.Holtzhausen, W.L.Vosloo, A comparison between measured leakage current and surface conductivity during salt fog tests, in 7th AFRICON Conference in Africa J.L. Fierro-Chavez, I.Ramirez-Vazquez, G.Montoya-Tena, On-line leakage current monitoring of 400kV insulator strings in polluted areas. IEE Proccedings on Generation Transmission and Distribution, (6): pp I.Ramirez-Vanquez, J.L.Fierro-Chavez, Criteria for the diagnostic of polluted ceramic insulators based on the leakage current monitoring technique, in Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1999, IEEE DEIS, pp G. Montoya-Tena, I. Ramirez,J.I.Montoya, Measuring pollution level generated on electrical insulators after a strong storm. Electric Power Systems Research, 2004(71): pp M.Khalifa, A.El-Morshedy,O.E.Gouda,S.E.-D.Habib, A new monitor for pollution on power line insulators, Part 2: Simulated field tests. IEE Proccedings on Generation Transmission and Distribution, : pp

292 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 229. W.L.Vosloo, J.P.Holtzhausen, AHA Roediger, Leakage current performance of naturally aged non-ceramic insulators under a severe marine environment, in 4th Afrcon conference in Africa. 1996, pp I.Gutman, R.Hartings,W.L.Vosloo, Field testing of composite insulators at Natal test stations in South Africa, in 11th International Symposium on High Voltage Engineering. 1999, IEEE: London, UK W.L.Vosloo, J.P. Holtzhausen, A comparison of glass cap and pin, silicone rubber and EPDM rubber insulators over a four day period at Koeberg Insulator Pollution Test Station, in 4th Africon conference in Africa. 1999, pp B.Pokarier, C.Lee, D.Hawker, Leakage current monitoring of composite long rod insulators, in 4th Int. Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials. 1994: Brisbane, Australia, pp R.S.Gorur, B.S.Bernstein, Field and laboratory aging of polymeric distribution cable terminations: Part 1-Field Aging. IEEE Transactions on Power Delivery, (2): pp J.P.Holtzhausen, W.L.Vosloo, The pollution flashover of ac energized post type insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp J.P.Holtzhausen, W.L.V., An analysis of leakage current waveforms, measured on site, with reference to insulator pollution flashovr models, in 13th International Symposium on High Voltage Engineering. 2003, Millpress: Netherlands F. Amarh, G.G.Karady, R.Sundararajan, Level crossing analysis of leakage current envelope of polluted insulators. IEEE Power Engineering Review, (8): pp F. Amarh, G.G.K., R.Sundararajan, Linear stochastic analysis of polluted insulator leakage current. IEEE Transactions on Power Delivery, (4): pp G.G. Karady, F.Amarh, Extreme value analysis of leakage current envelope of polluted insulators, in IEEE Power Engineering Society Summer Meeting. 2000, pp

293 VIII. Βιβλιογραφία 239. M.A.M. Piah, A.Darus, Modeling leakage current and electric field behavior of wet contaminated insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp M.Sato, A.Nakajima,T.Komukai, Spectral analysis of leakage current on contaminated insulators by auto regressive method, in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1998, pp M.Teguar, A.Abimouloud,A.Mkhaldi,A.Boubakeur, Influence of discontinuous pollution width on the surface conduction. Frequency characteristics of the leakage current, in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 2000, pp Suwarno, Study on the waveform of leakage current on the 20kV post pin ceramic insulators under various conditions, in Int. Symposium on Electrical Insulating Materials. 2001, pp T.Suda, Frequency characteristics of leakage current waveforms of an artificially polluted suspension insulator. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp T.Suda, Frequency characteristics of leakage current waveforms of a string of suspension insulators. IEEE Transactions on Power Delivery, (1): pp S.Kumagai, M.Suzuki, N.Yoshimura, Electrical Performances of RTV Silicone Rubber Coatings in Salt Fog and Rotating Wheel Dip Test. Japanese Transactions IEE, A(4) U. Kaltenborn, J.Kinderesberger, R. Barsch, H. Jahn, On the Electrical Performance of different Insulating Materials in a Rotating Wheel Dip Test, in Conference on Electrical Insulation and Dielectric phenomena S.M. Gubanski, Experience with the Merry-go-round Test. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (2): pp I.J.S.Lopes, S.H.Jayaram,E.A.Cherney, A method for detecting the transition from corona from water dropplets to Dry -Band arcing on Silicone rubber insulators. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp

294 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 249. A.H. El-Hag, S.H.Jayaram, E.A.Cherney, Fundamental and low frequency harmonic components of leajage current as a diagnostic tool to study aging of RTV and HTV Silicone Rubber in Salt-Fog. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (1): pp M.Otsubo, T.Hashiguchi, C.Honda,O.Takenouchi,T.Sakoda,Y.Hashimoto, Evaluation of insulation performance of polymeric surface using a novel separation technique of leakage current. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (6): pp S. Kumagai, N.Yoshimura, Leakage current characterization for estimating the conditions of ceramic and polymeric insulating surfaces. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, (4): pp W.L.Vosloo, J.P.Holtzhausen, The design principles of on-line insulator test stations to be used on power distribution and transmission networks, in 4th Africon conference in Africa. 1996, pp OLCA Installation guide, M.A.Laughton, D.J.Warne, Electrical Engineer's Reference Book. Sixteenth ed. 2003, Oxford: Newnes LEM, Isolated current and voltage transducers, Characteristics, applications and calculations. 3rd ed, ed : LEM USA D.D. Houghton, Handbook of applied meteorology. 1985, New York: Wiley Σ.Ι.Καρέκος, Μετάδοση θερμότητας-θερμομόνωση. 2001, Αθήνα: Εκδόσεις Τ.Ε.Ε IEC 815, Guide for the selection of insulators in respect of polluted conditions G. Karady, The effect of fog parameters on the testing of artificially contaminated insulators in a fog chamber. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, (2) D.Pitts, L.Sissom, Μεταφορά θερμότητας. Δεύτερη έκδοση, σειρά Schaum. 2001, Θεσσαλονίκη: Εκδ. Τζιόλα. 286

295 VIII. Βιβλιογραφία 261. I.F. Gonos, F.V.Topalis, I.A.Stathopoulos, A Model for the flashover process of non uniformly polluted insulators. International Journal of Modelling and Simulation, (3) Rizk FAM, El-Sarky AA, Assaad AA, Awad MM. Comparative tests on contaminated insulators with reference to desert conditions. in Cigre Session Paper Rizk F.A.M., Mathematical models for pollution flashover. Electra M.Z. Jacobson, Fundamentals of atmospheric modeling. First Edition, 1998, Cambridge: Cambridge University Press M.E.Stanley, Phase interactions. Environmental Chemistry. 2000: CRC Press S.T.Martin, Phase transitions of aqueous atmospheric particles. Chemical review, 2000(100): pp G.Biskos, L.M.Russel, P.R.Buseck, S.T.Martin, Nanosize effect on the hydroscopic growth factor of aerosol particles. Geophysical Research Letters, (L07804): pp M.E.Wise, G.Biskos, S.T.Martin, L.M.Russell, Phase Transitions of single salt particles studied using a transmission electron microscope with an environmental cell. Aerosol Science and Technology, : pp M.Racine, The effects of temperature on the deliquescence of atmospheric aerosols, H.U. Division of Engineering and applied science, Editor R. Veguilla, Temperature dependence on the deliquescence relative humidity of inorganic aerosol particles, H.V. Division of Engineering and applied science, Editor H.Ohtaki, N.Fukushima, E.Hayakawa, I. Okada, Dissolution process of sodium cholride crystal in water. Pure and Applied Chemistry, (8): pp S.E. Manahan, Solutions, Fundamentals of Environmental Chemistry. 2001: CRC Press R.Bahadur, L.M.Russell, S.Alavi, S.T.Martin, P.R.Buseck, Void-induced dissolution in molecular dynamics simulations of NaCl and water. The journal of chemical physics, 2006(124). 287

296 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 274. J.S.Forrest, The characteristics and performance in service of high voltage porcelain insulators. J. IEE, (2): pp B.F. Hampton, Flashover mechanism of polluted insulation. Proceedings of IEE, : pp M.P.Verma, H.Niklasch, W. Heise, H. Lipken, G.F. Luxa, H. Schreiber. The criterion for pollution flashover and its applications. in Cigre, P.J.Lambeth, Effect of pollution on high voltage outdoor insulators. Proc. IEE Reviews, (9R) T.G.Gustavsson, Silicone Rubber Insulators - Impacts of material formulation in coastal environment, in Dept. Of Electric Power Engineering. 2002, Chalmers University of Technology: Goteborg, Sweden. pp Y.Koshino, I.Umeda, M.Ishiwari. Deterioration of Silicone Rubber for Polymer Insulators by Corona Discharge and Effect of Filters. in Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 1998: vol. 1 pp , IEEE TERA ANALYSIS, QuickField 4.2T

297 VIII. Βιβλιογραφία Εργασίες σε περιοδικά και συνέδρια στα πλαίσια της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής A. Περιοδικά Δημοσιευμένες εργασίες 1. K. Siderakis, D. Agoris, S. Gubanski, Influence of heat conductivity on the performance of rtv sir coatings with different fillers, Journal of physics D: Applied Physics, 38(2005), p. 2. K. Siderakis, D. Agoris, J. Stefanakis, E. Thalassinakis, Influence of the profile on the performance of porcelain insulators installed in coastal high voltage networks in the case of condensation wetting, IEE Proceedings, Science, Measurement and Technology, Volume 153, Issue 4, p K. Siderakis, D. Agoris, Performance of RTV SIR coatings installed in coastal systems. Electric Power Systems Research. ( 4. K. Siderakis, D. Agoris, P. Eleftheria, E. Thalassinakis, Investigation of leakage Current on High Voltage Insulators - Field Measurements, WSEAS TRANSACTIONS on CIRCUITS and SYSTEMS, Issue 5, Volume 3, July Κ. Σιδεράκης, Ε. Θαλασσινάκης, Ι. Στεφανάκης, Δ. Αγορής, Ε. Πυργιώτη, Η ρύπανση των μονωτήρων σε υποσταθμούς υψηλής τάσης Μέθοδοι αντιμετώπισης, Δελτίο Π.Σ.Δ.Μ.Η., Τεύχος 389, Ιούλιος Αύγουστος Εργασίες υπό κρίση 6. K. Siderakis, D. Agoris, S. Gubanski, Salt fog evaluation of RTV SIR coatings with different fillers, IEEE Transactions on Power Delivery Β. Συνέδρια 1. K. Siderakis, D. Agoris, D. Tsanakas, E. Thalassinakis, I. Vitellas, J. Sstefanakis, Performance of 150kV RTV SIR coated substation insulators under extreme marine pollution conditions, CIGRE Session 2006, Paris. 289

298 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 2. Γ. Τζωρτζακάκης, Κ. Σιδεράκης, Γ. Μαρμίδης, Ε. Πυργιώτη, Δ. Αγορής Ε. Θαλασσινάκης, Λ. Γεωργίου, Έλεγχος της ικανότητας μετάδοσης της υδροφοβίας υλικών SIR της επιφάνειας συνθετικών μονωτήρων του δικτύου Υψηλής Τάσης, Ελληνική Επιτροπή CIGRE, Σύνοδος Αθήνα K. Siderakis, D. Agoris, D. Tsanakas, E. Thalassinakis, Investigation of the dry band activity on High Voltage Porcelain insulators based on field leakage current measurements, ΧΙV International Symposium on High Voltage Engineering, Bejing, China, August 25 29, 2005, 4. Κ. Σιδεράκης, Ε. Θαλασσινάκης, Ι. Στεφανάκης, Δ. Αγορής, Ε. Πυργιώτη, Μέθοδοι αντιμετώπισης της ρύπανσης των μονωτήρων σε υποσταθμούς υψηλής τάσης, 1 ο Πανελλήνιο Συνέδριο του Συλλόγου Διπλωματούχων Μηχανολόγων Ηλεκτρολόγων, Αθήνα 2005, 5. Κ.Γ. Σιδεράκης, Δ. Π. Αγορής, Επιτροπή Μελέτης (Study Committee) D1, Υλικά και νέες τεχνολογίες, Ελληνική Επιτροπή CIGRE, Σύνοδος Αθήνα 2004, 6. K. Siderakis, D. Agoris, E. Pyrgioti, E. Thalassinakis, J. Stefanakis, Non linear behavior of leakage current on silicone rubber high voltage post insulators, 4 th Mediterranian Conference and Exhibition on Power Generation, Transmission, Distribution and Energy Conversion, Lemessos 2004, 7. K.G. Siderakis, D.P. Agoris, E.J. Thalassinakis, Field measurements of leakage current on porcelain and rtv silicone rubber coated insulators, IASTED Europes 2004 Rhodes Greece 8. D.P. Agoris, K.G. Siderakis, E.J. Thalassinakis, Influence of the environment to the pollution performance of RTV Silicone Rubber coatings in Crete, ΧΙΙΙ International Symposium on High Voltage Engineering, Delft, Netherlands, August 25 29, 2003, 9. Κ. Σιδεράκης, Ε. Θαλασσινάκης, Μ. Σιδερής, Δ. Αγορής, Μηχανισμός ανάκαμψης επιφανειακής υδροφοβίας λόγω της διάχυσης μορίων χαμηλού μοριακού βάρους σε επικαλύψεις RTV Silicone Rubber, Ελληνική Επιτροπή CIGRE, Σύνοδος Αθήνα 2003, 10. E. Thalassinakis, K.Siderakis, D. Agoris, Eperience with new solutions to combat marine pollution in the power system of Crete, World Conference &Excibition on Insulators, Arresters &Bushings, Malaga Spain, November 16 19, 2003, 290

299 VIII. Βιβλιογραφία 11. K.G. Siderakis, D.P. Agoris, Room Temperature Vulcanized Silicone Rubber Coatings, CIGRE WG D1.14, Turku Finland, September K.Siderakis, D. Agoris, E. Thalassinakis, J. Stefanakis, Evaluation of the pollution performance of SIR materials in the Cretan Transmission System, in correlation to the pollution problem of Crete, 3rd Mediterranian Conference and Exhibition on Power Generation, Transmission, Distribution and Energy Conversion, Αθήνα 2002, 13. E. Thalassinakis, K.Siderakis, J. Stefanakis, D. Agoris, Measures and Techniques against pollution in the Cretan Transmission System, IASTED, Heraklion 2002, 14. Κ. Σιδεράκης, Ε. Θαλασσινάκης, I. Στεφανάκης, Δ. Αγορής, Εφαρμογή της τεχνολογίας επικάλυψης των μονωτήρων με σιλικονούχα υλικά της τεχνολογίας των RTV s για την αντιμετώπιση της ρύπανσης των Υποσταθμών στα Συστήματα Μεταφοράς Κρήτης και Ρόδου, Ελληνική Επιτροπή CIGRE, Σύνοδος Αθήνα 2002, 15. J. Stefanakis, E. Thalassinakis, K.Siderakis, D. Agoris, E. Dialynas, Fighting Pollution in the Cretan Transmission System 25 years of experience, Contamination Issues on High Voltage Installations, Heraklion K.Siderakis, D. Agoris, J. Stefanakis, E. Thalassinakis, E. Dialynas, Coastal Contamination of the High Voltage Insulators in the Cretan Power Transmission System, Med Power

300 Πανεπιστήμιο Πατρών - Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων 292

301 Περίληψη Περίληψη Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνήθηκε η συμπεριφορά μονωτήρων πορσελάνης και μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, σε πραγματικές και εργαστηριακές συνθήκες, με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Στην περίπτωση των μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού, κατέστη δυνατή η συνεχής καταγραφή της συμπεριφοράς δώδεκα μονωτήρων πορσελάνης 150kV, οι οποίοι αποτελούσαν ενεργές συνιστώσες δύο υποσταθμών του Συστήματος Μεταφοράς Κρήτης. Από αυτούς σε δέκα είχαν τοποθετηθεί επικαλύψεις από RTV SIR. Παράλληλα πραγματοποιήθηκαν και μετεωρολογικές μετρήσεις, σε συγχρονισμό με αυτές του ρεύματος διαρροής, δίνοντας την δυνατότητα συσχέτισης των μετεωρολογικών παραμέτρων με την αντίστοιχη συμπεριφορά των μονωτήρων. Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής ανέδειξαν δύο περιόδους δραστηριότητας. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης η περίοδος αιχμής καταγράφεται στο τέλος της καλοκαιρινής περιόδου, από τον μήνα Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο. Τον υπόλοιπο χρόνο καταγράφεται δραστηριότητα, ιδιαίτερα την άνοιξη, σε σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα όμως. Η συμπεριφορά αυτή είναι σε συμφωνία με την μηνιαία κατανομή των σφαλμάτων λόγω ρύπανσης στο Σύστημα Κρήτης, την περίοδο Αντίθετα, στην περίπτωση των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR, την περίοδο από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο, κατεγράφησαν εξαιρετικά χαμηλά ως και μηδενικά επίπεδα δραστηριότητας. Για τα υλικά αυτά, η αιχμή της επιφανειακής δραστηριότητας καταγράφεται κατά την χειμερινή περίοδο. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι ακόμη και τότε, η δραστηριότητα στην επιφάνεια των επικαλύψεων από RTV SIR είναι σαφώς ασθενέστερη σε σχέση με αυτήν των μονωτήρων πορσελάνης, το αντίστοιχο χρονικό διάστημα. Η ταυτόχρονη καταγραφή των μετεωρολογικών παραμέτρων ανέδειξε ως παράμετρο κλειδί τον παρατηρούμενο μηχανισμό ύγρανσης σε κάθε περίοδο. Η καλοκαιρινή αιχμή των μονωτήρων πορσελάνης αποδίδεται στην 293

302 Περίληψη υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων και στον μηχανισμό της συμπύκνωσης. Είναι σημαντικό ότι οι δύο αυτοί μηχανισμοί δεν μπορούν να μεταβάλουν την κατάσταση της επιφάνειας, ενώ προσβάλλουν το συνολικό μήκος ερπυσμού. Έτσι απουσία βροχοπτώσεων, ο φυσικός καθαρισμός των μονωτήρων το καλοκαίρι είναι δύσκολος, επιτρέποντας την προοδευτική συγκέντρωση της κρίσιμης ποσότητας ρύπανσης. Αντίθετα στους μονωτήρες με RTV SIR, παρά την παρουσία υγρασίας, διατηρείται η υδρόφοβη συμπεριφορά της επιφάνειας, η οποία επιβάλει τελικά την καταστολή της επιφανειακής δραστηριότητας. Αντίθετα τον χειμώνα, η εμφάνιση ασθενών βροχοπτώσεων μπορεί να οδηγήσει σε μεταβολή της κατάστασης της επιφάνειας των μονωτήρων. Στην περίπτωση της πορσελάνης προκύπτει ο καθαρισμός αυτής, ενώ στις επικαλύψεις από RTV SIR, όπου ο καθαρισμός είναι δυσκολότερος, παρατηρείται απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας, με αποτέλεσμα την καταγεγραμμένη δραστηριότητα. Είναι πάντως σημαντικό ότι σε κάθε περίπτωση, τα επίπεδα επιφανειακής δραστηριότητας στις επικαλύψεις από RTV SIR ήταν σαφώς χαμηλότερα από αυτά των μονωτήρων πορσελάνης. Στα πλαίσια των μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, κατέστη δυνατή και η καταγραφή στιγμιότυπων του ρεύματος διαρροής. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, προέκυψε ότι το απαιτούμενο ρεύμα για τον σχηματισμό ξηρών ζωνών, εξαρτάται από τον μηχανισμό ύγρανσης. Στην περίπτωση μηχανισμών όπως η συμπύκνωση, ένα ρεύμα της τάξης των 2mA αρκεί. Αντίθετα στην περίπτωση των βροχοπτώσεων έχουν καταγραφεί ρεύματα της τάξης των 15mA, χωρίς σημάδια ανάπτυξης ξηρών ζωνών. Η ανάπτυξη ξηρών ζωνών υποδηλώνεται στην κυματομορφή του ρεύματος από την εμφάνιση διαστημάτων μηδενικού ρεύματος σε κάθε ημιπερίοδο, τα οποία μάλιστα μεσολαβώντας μεταξύ των διαδοχικών εκκενώσεων υποδεικνύουν την ανεξαρτησία αυτών. Τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του ρεύματος στην περίπτωση αυτή αντικατοπτρίζονται στην εμφάνισης μιας συνιστώσας του ρεύματος στα 150Hz. Αυτά ισχύουν για το εύρος των τιμών ρεύματος που κατεγράφησαν στην περίπτωση αυτή (14mA<I LC <140mA). Αντίστοιχα χαρακτηριστικά προκύπτουν και στην περίπτωση των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR. Επιπλέον όμως στην περίπτωση αυτή, 294

303 Περίληψη κατεγράφησαν εκκενώσεις που δεν σχετίζονται με ξηρές ζώνες, αλλά περισσότερο με το ενδεχόμενο διατήρησης υδρόφοβης συμπεριφοράς για τμήματα της επιφάνειας του μονωτήρα. Επιπλέον η αλλοίωση της κυματομορφής του ρεύματος είναι εντονότερη στην περίπτωση αυτή, κάτι που συνεπάγεται υψηλότερα επίπεδα στην αρμονική των 150Hz. Παράλληλα με τις μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες, οι συνθέσεις των υλικών RTV SIR που χρησιμοποιήθηκαν, αξιολογήθηκαν και σε εργαστηριακές συνθήκες. Πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, όπου οι συνθήκες καταπόνησης μοιάζουν με το ενδεχόμενο της βροχόπτωσης σε πραγματικές συνθήκες. Από την συμπεριφορά των υλικών στις συγκεκριμένες συνθήκες και τις μετρήσεις που έγιναν, προκύπτει ότι οι συνθέσεις με ΑΤΗ είναι περισσότερο ανθεκτικές, τόσο όσον αφορά το φαινόμενο corona (υδρόφοβη επιφάνεια), όσο και την καταπόνηση από ξηρές ζώνες, στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας, σε σχέση με αυτές όπου χρησιμοποιείται silica. Η διαφορά οφείλεται στον τρόπο προστασίας που προσφέρει ο κάθε τύπος πρόσμιξης. Πάντως πρέπει να σημειωθεί ότι είναι απαραίτητη η περαιτέρω εργαστηριακή διερεύνηση της επίδρασης του τύπου της πρόσμιξης, όσον αφορά την επίδραση τόσο των εκκενώσεων corona όσο και των εκκενώσεων ξηρών ζωνών. 295

304 Περίληψη Summary In the present study the performance of porcelain and RTV SIR coated porcelain insulators has been investigated in field and laboratory conditions, by leakage current measurements. In field conditions, by the use of the appropriate equipment it was possible to continuously monitor a group of twelve 150kV porcelain insulators, installed in two high voltage substations, of the Transmission System in Crete. Ten of them were coated with RTV SIR. In addition simultaneous measurements of meteorological parameters were performed, allowing the correlation of the LC measurements to the environmental conditions. The leakage current measurements performed indicated two periods of intense surface activity. In the case of porcelain, the summer period and especially the months From August to October, represent the period of intense surface activity. During the rest of the year the recorded LC levels are remarkably lower. This monthly distribution comes in agreement with the observed pollution flashovers distribution, for the period The opposite activity distribution is observed for the RTV SIR coated insulators. In this case the levels of surface activity in the summer period are remarkably low and the period of intense activity for the coatings is observed during the winter. It is worth mentioning however that even in this case the levels of activity are remarkably lower than the corresponding levels in the case of porcelain, for the same time period. The opposite behavior of porcelain and coated porcelain insulators can be correlated to the environmental conditions and especially the wetting mechanism present. During the summer, insulator wetting is possible as the result of two mechanisms, the hydroscopic behavior of the pollution layer and condensation. Both mechanisms are capable of wetting the total leakage creepage distance, without cleaning the insulators surface in the same time. As a result a critical amount of pollution can be formed on the insulator surface, considering also the low levels of precipitation. So in the case of porcelain the formation of surface conductivity is possible in contradiction to 296

305 Περίληψη the RTV SIR coated insulator, where the formed surface hydrophobicity is maintained. On the other hand during the winter, light precipitation can support the development of surface activity, since it is possible to disturb the surface condition. In the case of porcelain this will result to the cleaning of the surface. However in the case of RTV SIR coatings a loss of hydrophobicity is observed which allows the development of surface activity, considering also that cleaning is more difficult in this case. It is worth noticing however that in all cases the observed activity on the RTV SIR coated insulators is remarkably lower than the corresponding activity in the case of uncoated porcelain insulators. The leakage current waveforms for finite time periods are also included in the information provided by the field measurements performed. In the case of porcelain insulators, the analysis of the corresponding waveforms indicated that the current required for the formation of dry bands depends on the wetting mechanism present. In the case of mechanisms such as condensation, a current in the range of 1 2mA is capable to support the formation of dry bands. However in the case of precipitation the necessary current is higher, reaching a level of 15mA. Further the formation of dry bands is reflected to the leakage current waveform by zero current periods which are observed between the current conduction periods. This behavior indicates that the observed activity can be considered as a sequence of independent current pulses. Additionally the FFT analysis correlates the non linear current behavior to an increased 150Hz component. These characteristics have been traced in all the waveforms recorded, in the range from 14mA to 150mA. In the case of RTV SIR coated insulators the recorded waveforms are in large extent similar to the waveforms on the porcelain insulators. However additional phenomena, correlated with the existence of areas which maintain the hydrophobic behavior. In addition the non linear behavior is enhanced in this case, something that results in higher levels of a current component at 150Hz. 297

306 Περίληψη The performance of the employed RTV SIR coatings was also investigated in laboratory conditions. Two tests were performed in a salt fog chamber, were the stress conditions are similar to the conditions observed in the case of light rain. The material performance observed and the corresponding measurements performed in both tests, indicate that the formulations tested, the endurance of the ATH filled coatings is higher than the silica filled, both in the case of corona and dry band discharge stress. The difference observed can be correlated with the action of each filler type. However the influence of the filler action needs to be further investigated. 298

307 Κατάλογος Συμβόλων F p : η δύναμη προσέλκυσης εναπόθεσης ρύπων στην επιφάνεια ενός μονωτήρα F w : η δύναμη του ανέμου (αεροδυναμική συμπεριφορά του μονωτήρα) F g : η δύναμη της βαρύτητας F Ε : η δράση του ηλεκτρικού πεδίου σε φορτισμένα (electrostatic) ή μη σωματίδια (dielectrophoretic) γ σα : είναι η διεπιφανειακή τάση του στερεού με τους ατμούς του γ συ : η διεπιφανειακή τάση του στερεού με το υγρό γ α : η επιφανειακή τάση του υγρού θ: η γωνία επαφής (contact angle) I C : το εύρος του ρεύματος διαρροής κατά την τελευταία ημιπερίοδο πριν την υπερπήδηση, V C : η τιμή κορυφής της τάσης κατά την τελευταία ημιπερίοδο πριν την υπερπήδηση L: το συνολικό μήκος ερπυσμού M W : ο ρυθμός συμπύκνωσης ανά μονάδα επιφάνειας h D : σταθερά διάχυσης e a : Τάση ατμών κορεσμού σε απόσταση από τον μονωτήρα (θερμοκρασία θ a ) e i : Τάση ατμών κορεσμού κοντά στον μονωτήρα (θερμοκρασία θ i ) e s : Τάση ατμών κορεσμού σε θερμοκρασία θ e sο : Τάση ατμών κορεσμού σε θερμοκρασία 0 ο C θ: θερμοκρασία ( o C) α = 9.7 (σταθερά) β = o C (σταθερά) q: η ακτινοβολούμενη ενέργεια, ανά μονάδα χρόνου (Watt) A: η επιφάνεια του μονωτήρα (m 2 ) ε: ο συντελεστής εκπομπής C O = (Wm -2 K -4 ) (σταθερά) Bi: ο αριθμός Biot V: ο όγκος του σώματος A: η επιφάνεια του σώματος k: η θερμική αγωγιμότητα h: ο μέσος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας l: Τμήμα του συνολικού μήκους ερπυσμού L D(l): η μέση διάμετρος σε συνάρτηση του μήκους ερπυσμού σ i : η επιφανειακή αγωγιμότητα του I τμήματος C i : η αντίστοιχη τιμή ESDD R: επιφανειακή αντίσταση σ: επιφανειακή αγωγιμότητα F: συντελεστής μορφής U c : η ελάχιστη τάση που μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση r p : η μέση επιφανειακή αντίσταση ανά μονάδα μήκους Κ: η ηλεκτρική αγωγιμότητα, C: η συγκέντρωση, u: η ευκινησία των ιόντων v: η ευκινησία των ιόντων e: το ηλεκτρικό φορτίο. D F : Συντελεστής αλλοίωσης Ι 50Hz : βασική αρμονική του ρεύματος 299

308 Ι 150Hz : συνιστώσα του ρεύματος στα 150Hz ζ: ο συντελεστής ιονισμού p: η πίεση, V i : το δυναμικό ιονισμού, k B : η σταθερά του Boltzman Α: σταθερά. F a : η συχνότητα F C : η κεντρική συχνότητα (center frequency) του wavelet λ: η κλίμακα Δ: η συχνότητα δειγματοληψίας k eq : η ισοδύναμη προκύπτουσα θερμική αγωγιμότητα k SIR : η θερμική αγωγιμότητα του SIR χωρίς προσμίξεις k FIL : η θερμική αγωγιμότητα της πρόσμιξης W SIR : η ποσότητα του SIR στην μάζα του υλικού W FIL : η ποσότητα της πρόσμιξης στην μάζα του υλικού Ακρωνύμια ATH : DRH : EPDM : EPM : ESCA : ESDD : ETEM : FFT : FRP : FTIR : HTV : HVDC : LMW : PDMS : PTFE : RTV : SIR : SIMS : UV : Ένυδρος αλουμίνα (Alumina Trihydrate) Σχετική υγρασία μετάβασης ενός άλατος από την κρυσταλλική σε μορφή διαλύματος με την απορρόφηση υγρασίας (Deliquescence Relative humidity) Ethylene propylene diene monomer Ethylene propylene monomer Electron Spectroscopy for chemical analysis Equivalent Salt Deposit Density Environmental Transmission Electron Microscope Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Fiber reinforced plastic Fourier Transform Infrared Spectroscopy Βουλκανιζόμενο σε υψηλή θερμοκρασία (High temperature Vulcanized) Συνεχής Υψηλή Τάση (High Voltage DC) Μικρού μοριακού βάρους (Low Molecular Weight) Πολυδιμέθυλ σιλοξάνη (Poly dimethyl Siloxane) Polytetrafluoroethylene (Teflon) Βουλκανιζόμενο σε θερμοκρασία δωματίου (Room temperature Vulcanized) Silicone Rubber Secondary Ion Mass Spectrometry Υπεριώδης (Ultra violet) 300

309

310 ΠΑ1. Εγκατάσταση στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ Εικόνα ΠΑ1. Θέση εγκατάστασης των συσκευών Εικόνα ΠΑ2. Κυτίο τοποθέτησης της συσκευής OLCA ΠΑ-1

311 Εικόνα ΠΑ3 και ΠΑ4. Μονωτήρες υπό μέτρηση στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ ΠΑ-2

312 Εικόνα ΠΑ5. Μονωτήρας πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR στον υποσταθμό Ηράκλειο ΙΙ ΠΑ-3

313 ΠΑ2. Εγκατάσταση στον υποσταθμό 150kV του Α.Η.Σ. Λινοπεραμάτων Εικόνα ΠΑ6. Εγκατάσταση συσκευής OLCA στον υποσταθμό 150kV του Α.Η.Σ. Λινοπεραμάτων. Εικόνα ΠΑ7. Μετασχηματιστές εντάσεως 150kV (υπό μέτρηση) με επικάλυψη από RTV SIR ΠΑ-4

314 Εικόνα ΠΑ8. Μετασχηματιστές εντάσεως και τάσεως 150kV (υπό μέτρηση) με επικάλυψη από RTV SIR Εικόνα ΠΑ9. Μονωτήρες στηρίξεως Silicone Rubber 150kV (υπό μέτρηση) ΠΑ-5