Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών ΜΑΚΡΑΚΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Αριθμός Μητρώου: Θέμα «ΜΕΤΡΗΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΕ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ» Επιβλέπων ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Ιανουάριος 2016

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «ΜΕΤΡΗΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΕ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ» Του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών ΜΑΚΡΑΚΗ ΕΥΑΓΓΕΛΟΥ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Αριθμός Μητρώου: Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Επίκουρη Καθηγήτρια Ο Διευθυντής του Τομέα ΑΝΤΩΝΙΩΣ ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΔΗΣ Καθηγητής

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Θέμα: «ΜΕΤΡΗΣΗ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΕ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ» Φοιτητής: ΜΑΚΡΑΚΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Επιβλέπων: ΠΥΡΓΙΩΤΗ ΕΛΕΥΘΕΡΙΑ Επίκουρη Καθηγήτρια Περίληψη Η ταχεία ανάπτυξη των ηλεκτρικών δικτύων δημιουργεί ολοένα και μεγαλύτερες απαιτήσεις στο σχεδιασμό τους, έτσι ώστε να καταστεί το Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας λειτουργικό, αξιόπιστο και ασφαλές. Ο τύπος και οι συνθήκες του περιβάλλοντος στο οποίο λειτουργεί ένα σύστημα υψηλής τάσης, καθορίζει σε μεγάλο βαθμό το σχεδιασμό και την αξιόπιστη λειτουργία του. Η εμφάνιση σφαλμάτων σε ένα δίκτυο, τα οποία συχνά προκαλούν πολύωρες διακοπές τροφοδοσίας και υποβάθμιση της ποιότητας παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, έχουν σαν βασική αιτία την ρύπανση των μονωτήρων και κατ επέκταση την υπερπήδησή τους. Ως ρύπανση, σε ένα δίκτυο υψηλής τάσης, περιγράφεται η υποβάθμιση της μονωτικής ικανότητας ενός μονωτήρα λόγω της εναπόθεσης στην επιφάνειά του, ρύπων (παράκτια ομίχλη, βιομηχανικές προσμείξεις, σκόνη κ.λπ.) που έχουν ή αποκτούν ηλεκτρική αγωγιμότητα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται προσπάθεια να περιγραφούν οι τρόποι με τους οποίους κατηγοριοποιείται η ρύπανση του περιβάλλοντος στο οποίο εγκαθίστανται οι μονωτήρες ενός δικτύου καθώς και οι τεχνικές που εφαρμόζονται σε εργαστηριακό επίπεδο έτσι ώστε να προσομοιωθούν οι συνθήκες περιβάλλοντος. Πιο αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στους μονωτήρες υψηλής τάσεις, παρουσιάζονται οι διάφοροι τύποι μονωτήρων και αναλύονται τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται οι διάφοροι τύποι ρύπανσης που συναντώνται στο περιβάλλον, αναλύεται το φαινόμενο της υπερπήδησης των μονωτήρων λόγω ρύπανσης και αναφέρονται οι επιπτώσεις του καθώς και οι τρόποι αντιμετώπισής του. Εν συνεχεία, στο κεφάλαιο 3 γίνεται λόγος για τους δείκτες αξιολόγησης της ρύπανσης. Περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο διεξάγονται οι μετρήσεις ESDD, NSDD και DDDG, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε μέτρησης καθώς και ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η εκτίμηση του βαθμού της ρύπανσης σε μια τοποθεσία με βάση τα αποτελέσματα από αυτές τις μετρήσεις. Έπειτα στο κεφάλαιο 4 αναφέρονται οι κυριότερες δοκιμές ρύπανσης των μονωτήρων που διεξάγονται στα εργαστήρια, όπως η salt fog και η solid layer δοκιμή.

4 Επίσης επισημαίνονται οι μέθοδοι με τις οποίες εντοπίζονται οι ελαττωματικοί μονωτήρες. Ολοκληρώνοντας την παρούσα εργασία στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από διάφορες μελέτες που συγκρίνουν την συμπεριφορά διαφόρων τύπων μονωτήρων σε συνθήκες ρύπανσης, ως προς την τάση υπερπήδησης τους και εξάγονται τα σχετικά συμπεράσματα. Abstract The rapid development of power grids creates more and more demanding in their design so as to make the Electricity System functional, reliable and safe. The environmental conditions, in which an high voltage system operates, have a great impact on the design and the reliability of it. The occurrence of faults in a network, which can cause long interruptions in power supply and therefore decrease the quality of power service, have as main cause the pollution of insulators and thereby pollution flashover them. As pollution in a high voltage network, describes the degradation of the outdoor insulation due to the deposited pollutants on the surface of the insulators (coastal fog, industrial contaminant, natural dust, etc.) which have or can acquire electrical conductivity. At this current thesis, a try is being done to describe the means that help in categorizing the environmental pollution on which the insulators of a circuit and the techniques that are being applied inside a lab so the environmental conditions can be simulated. More specifically, in chapter 1, a description on high voltage insulators is shown, some different types of insulators are presented and the material from which the insulator is constructed. In chapter 2, the various types of environmental pollution are presented, pollution flashover is being analyzed and the consequences, along with the ways to fight it, are being shown. Next, in chapter 3, the environmental pollution pointers are discussed. The way that the measurements of ESDD, NSDD and DDDG is described, along with the pros and cons of each measurement, along with the way that the estimation of the degree of pollution on a location is taking place, based on the results of these measurements. After that, in chapter 4, the basic artificial pollution tests on insulators, like salt - fog and solid layer method are mentioned. Also, the methods with which we can trace the faulty insulators are highlighted. Summing up the content of this study, in chapter 5, the results from various researches are presented, that compare the behavior of different types of insulators in polluted conditions, based on the flashover voltage and some results are extracted.

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Ιστορική αναδρομή Βασικοί Ορισμοί Τύποι Μονωτήρων Υψηλής Τάσης Ταξινόμηση με βάση το υλικό Ταξινόμηση με βάση τον τρόπο σύνδεσης Ταξινόμηση με βάση τους χώρους χρήσης Υλικά Κατασκευής Μονωτήρων Κεραμικά υλικά Πολυμερή υλικά Σύγκριση ιδιοτήτων μονωτικών υλικών Ιδιότητες μονωτικών διηλεκτρικών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΡΥΠΑΝΣΗ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ Υ.Τ Τύποι Ρύπανσης Τύποι Περιβάλλοντος Μηχανισμός φαινομένου ρύπανσης Παράγοντες που ευνοούν τη διαδικασία της υπερπήδησης Βασικό μαθηματικό μοντέλο φαινομένου υπερπήδησης Επιπτώσεις του φαινομένου ρύπανσης Τρόποι Αντιμετώπισης Επίδραση του τύπου μονωτήρα στο φαινόμενο της ρύπανσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ESDD/NSDD/DDDG ΩΣ ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ Γενικά στοιχεία για τις μεθόδους Απαιτούμενος Εξοπλισμός ESDD Μέτρηση NSDD Μέτρηση DDDG Μέτρηση Περιγραφή Διαδικασίας ESDD Μέτρηση i

6 3.3.2 NSDD Μέτρηση DDDG Μέτρηση Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Μεθόδων Εκτίμηση βαθμού ρύπανσης (SPS) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΔΟΚΙΜΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΕ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ Υ.Τ Γενικά περί δοκιμών μονωτήρων Υ.Τ Δοκιμές τεχνητής ρύπανσης Δοκιμή Salt Fog Περιγραφή Δοκιμής Δοκιμή σε συνθετικούς μονωτήρες Δοκιμή Solid Layer Περιγραφή Δοκιμής Δοκιμές σε συνθετικούς μονωτήρες Άλλες Μέθοδοι Δοκιμών Μέθοδοι εντοπισμού ελαττωματικών μονωτήρων Μέθοδοι για κεραμικούς μονωτήρες Μέθοδοι για συνθετικούς μονωτήρες Μέθοδοι εντοπισμού ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ Εισαγωγή Αποτελέσματα Συμπεράσματα ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ii

7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά [1] Η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης είναι αναγκαία για τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των υπό υψηλή τάση αγώγιμων μερών. Οι μονωτήρες είναι οι διατάξεις που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά δίκτυα ώστε να στηρίζουν, να διαχωρίζουν ή να εμπεριέχουν αγωγούς υψηλής τάσης. Η μόνωση μιας γραμμής μεταφοράς καθορίζεται από τις ελάχιστες αποστάσεις μέσα στον αέρα μεταξύ στοιχείων υπό δυναμικό γης και φάσεων, καθώς και μεταξύ φάσεων. Αυτές οι ελάχιστες αποστάσεις εξασφαλίζεται μέσω της αναρτήσεων ή στηρίξεως των αγωγών των φάσεων σε μονωτήρες. Όλοι οι μονωτήρες έχουν διπλή λειτουργικότητα, μηχανική και ηλεκτρική, κάτι που δημιουργεί αντικρουόμενες απαιτήσεις στο σχεδιασμό τους, λόγω της αδυναμίας δημιουργίας ενός ιδανικά μη αγώγιμου στοιχείου στη πράξη. Επιπλέον, αποτελούν βασικά δομικά στοιχεία ενός συστήματος μεταφορά και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Πρόκειται για εξοπλισμό σχετικά χαμηλού κόστους, που όμως επηρεάζει σημαντικά την αξιοπιστία του συστήματος. Αξίζει να σημειωθεί ότι μια ενδεχόμενη αστοχία σε ένα μονωτήρα αρκεί για να θέσει εκτός λειτουργίας μια γραμμή μεταφοράς. Συνεπώς η αξιόπιστη συμπεριφορά των μονωτήρων αποτελεί βασική προϋπόθεση για την λειτουργία των Σ.Η.Ε. Εικόνα 1.1 : Εναέρια γραμμή μεταφοράς 1

8 1.2 Ιστορική αναδρομή [2] Οι πρώτες εφαρμογές των μονωτήρων δεν είχαν σχέση με την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν στα δίκτυα τηλεγράφων (1835) και είχαν φτάσει σε μια προηγμένη κατάσταση εξέλιξης ως το 1878, ενώ η πρώτη γραμμή μεταφοράς δεν είχε λειτουργήσει μέχρι το Αυτή η σύντομη γραμμή μεταφοράς ήταν συνεχούς ρεύματος (DC) 1343 V και συνέδεε το Miesbach με το Μόναχο, σχεδιάστηκε από τον Miller και τον Duprez για να λειτουργήσει ένα τεχνητό καταρράκτη στην έκθεση του Μονάχου. Τα επόμενα μεγάλα βήματα έγιναν από τον C.E.L. Brown γιο του Charles Brown Brown ιδρυτή της Boveri Company. Σε νεαρή ηλικία κατασκεύασε μια γραμμή 2 kω μήκους 8 km από το Kriegstetten στο Solothurn και αργότερα μια γραμμή 15 kv μήκους 175 km από το Lauffen μέσω του Neckar στην Frankfurt. Ο Brown χρησιμοποίησε μονωτήρες εμποτισμένους με λάδι βασιζόμενος στην τεχνολογία του τηλεγράφου που προϋπήρχε. Έπειτα η εξέλιξη ήταν ραγδαία, το 1903 μια γραμμή 40kV από το Gromo στο Nembro ακολουθήθηκε από άλλες 50 έως 66 kv στη Γερμανία, στη Γαλλία και στην Ισπανία έως το Όσο για τη Β. Αμερική γίνονται από το 1912 γραμμές 140 kv στην περιοχή του Michigan. Στη συνέχεια η ανάπτυξη ήταν ταχύτατη, ενώ τα τελευταία 50 χρόνια η μεταφορά γίνεται με γραμμές υψηλών τάσεων μήκους πολλών χιλιομέτρων, όπως συμβαίνει στις Η.Π.Α. και στην πρώην Σοβιετική Ένωση, και με πυκνά διασυνδεδεμένα δίκτυα στην Ευρώπη. Οι ηλεκτρικές και μηχανικές τάσεις στις οποίες έπρεπε να ανθίστανται οι τηλεγραφικοί μονωτήρες ήταν προφανώς αμελητέες σε σύγκριση με εκείνες που προκύπτουν από το φορτίο μιας εναέριας γραμμής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Οι νέες αυτές απαιτήσεις αποκάλυψαν σοβαρές ελλείψεις όχι μόνο στα υλικά, αλλά και στα σχέδια των μονωτήρων τα οποία αρχικά ήταν απλά αντίγραφα των τύπων τηλεγράφων. Από τότε οι μονωτήρες τροποποιούνται ως προς τα υλικά κατασκευής τους, το σχήμα τους, την ανάγκη εφαρμογής υψηλότερων τάσεων, τη βελτίωση της απόδοσής τους σε συνθήκες ρύπανσης (Σχήμα 1.2). Η εμπειρία της χρήσης και συνεπώς η ανάπτυξη των προϊόντων από γυαλί ή πορσελάνη για τους μονωτήρες γραμμών υψηλής τάσης συγκεντρώνονται εδώ και πάνω από 100 χρόνια. Οι μονωτήρες cap and pin από γυαλί ή πορσελάνη, μαζί με τους μονωτήρες πορσελάνης μεγάλου μήκους (long rod) κυριαρχούσαν στην αγορά μέχρι την εμφάνιση εναλλακτικών μονωτήρων από πολυμερή τη δεκαετία του

9 Σχήμα 1.1: Χρονολογική κατάταξη των κανόνων σχεδιασμού των μονωτήρων με στόχο την αποφυγή της επικαθήμενης ρύπανσης.[3] 3

10 1.3 Βασικοί Ορισμοί Σώμα Μονωτήρα [insulator trunk] Το κεντρικό τμήμα του μονωτήρα από το οποίο εξέχουν τα πτερύγια. [4] Πτερύγιο [shed] Προεξοχή από το στέλεχος του μονωτήρα που προορίζεται να αυξήσει το μήκος ερπυσμού. [4] Μήκος Ερπυσμού [creepage length] Η απόσταση σε mm που παρεμβάλλεται μεταξύ των μεταλλικών άκρων ενός μονωτήρα ακολουθώντας το προφίλ του και εξαιρώντας τα ενδιάμεσα μεταλλικά τμήματα. [1] Αξονικό Μήκος [axial length] Εικόνα 1.2: Μήκος Ερπυσμού Ορίζεται ως η κατακόρυφη απόσταση μεταξύ των άκρων του μονωτήρα.[1] Εικόνα 1.3: Αξονικό Μήκος 4

11 Θρυμματισμός Ο θρυμματισμός παρατηρείται στην περίπτωση των μονωτήρων από γυαλί, ως αποτέλεσμα της καταπόνησης από ένα ηλεκτρικό τόξο ή λόγω βανδαλισμού. Το μονωτικό υλικό θρυμματίζεται, ενώ είναι σημαντικό το ότι διατηρείται η μηχανική ακεραιότητά τους. [1] Επιφανειακή Διάβρωση Παρατεταμένη επιφανειακή δραστηριότητα μπορεί να οδηγήσει στην επιφανειακή διάβρωση μονωτήρων από γυαλί, με αποτέλεσμα την μερική καταστροφή της επιφάνειας ως και την συνολική καταστροφή του μονωτήρα. Στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων μπορεί επίσης να παρατηρηθεί επιφανειακή διάβρωση με αποτέλεσμα την αποκάλυψη του RGBF πυρήνα. [1] Συντελεστής Μορφής [Form Factor] Ο συντελεστής μορφής ( F f ) είναι ένας αδιάστατος αριθμός που παρουσιάζει το μήκος (l) της μερικής απόστασης ερπυσμού διαιρούμενη με το ολοκληρωμένο πλάτος (p). Για μονωτήρες, το μήκος είναι κατά την κατεύθυνση της απόστασης ερπυσμού και το πλάτος είναι η περιφέρεια του μονωτήρα, όπως φαίνεται παρακάτω. [4] Σχήμα 1.2: Συντελεστής Μορφής Πυκνότητα Επικαθήμενου Άλατος [Salt Deposit Density] Η ποσότητα χλωριούχου νατρίου (NaCl) σε ένα τεχνητό ίζημα που θα εφαρμοστεί σε μια δεδομένη επιφάνεια του μονωτήρα (μεταλλικά μέρη και συναρμολογούμενα υλικά δεν συμπεριλαμβάνονται σε αυτήν την επιφάνεια) προς την επιφάνεια της περιοχής αυτής, συνήθως εκφράζεται σε mg/cm 2. [4] 5

12 Ισοδύναμη Πυκνότητα Επικαθήμενου Άλατος[Equivalent Salt Deposit Density] H ποσότητα χλωριούχου νατρίου (NaCl) το οποίο, όταν διαλυθεί σε απιονισμένο νερό, δίνει την ίδια αγωγιμότητα ανά μονάδα όγκου με την φυσική επικάθιση σε μια δεδομένη επιφάνεια του μονωτήρα, προς το εμβαδόν της επιφάνειας, συνήθως εκφράζεται σε mg/cm 2. [4] Πυκνότητα Μη Διαλυτών Επικαθήσεων [Non Soluble Deposit Density] Η ποσότητα μη- διαλυτών υπολειμμάτων που έχουν αφαιρεθεί από μια δεδομένη επιφάνεια του μονωτήρα, διαιρούμενη με το εμβαδόν της επιφάνειας αυτής, συνήθως εκφράζεται σε mg/cm 2. [4] 6

13 1.4 Τύποι Μονωτήρων Υψηλής Τάσης Οι κατασκευές των μονωτήρων υψηλής τάσης ακολουθούν ηλεκτρολογικές, μηχανολογικές, περιβαλλοντικές προδιαγραφές. διαφέρουν ως προς το υλικό ή το σχήμα τους και κατατάσσονται όπως αναλυτικά περιγράφεται παρακάτω και παρουσιάζεται στο Σχήμα 1.3. [1][6] Σχήμα 1.3: Τύποι Μονωτήρων Ταξινόμηση με βάση το υλικό a) Μονωτήρες κεραμικών υλικών Μονωτήρες πορσελάνης τύπου pin (porcelain pin type insulators) Χρησιμοποιήθηκαν στις τηλεφωνικές γραμμές και στα αλεξικέραυνα. Στη συνέχεια τροποποιήθηκαν για να χρησιμοποιηθούν στις γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Μερικές παραλλαγές του τύπου pin είναι ακόμα σε χρήση στα συστήματα μέσης τάσης. [1] Εικόνα 1.4: Μονωτήρας τύπου pin 7

14 Μονωτήρες τύπου Cap and Pin (Cap and Pin insulators) Κατασκευάζονται από πορσελάνη ή γυαλί και είναι βασισμένοι στις ίδιες κατασκευαστικές αρχές με τους μονωτήρες τύπου pin. Ένας αριθμός τέτοιων μονάδων συνδέεται μέσω χαλύβδινων καλυμμάτων (caps)και πείρων (pins) σχηματίζοντας μια αλυσίδα μονωτήρων. Οι αλυσίδες αυτές χρησιμοποιούνται ως μονωτήρες ανάρτησης και στήριξης γραμμών μεταφοράς. Τα καλύμματα και ο πείρος είναι στερεωμένα στο γυάλινο ή πορσελάνινο δίσκο με τσιμέντο (βλ. Σχήμα 1.4). Οι κωνικές μορφές των συναρμολογήσεων εξασφαλίζουν υψηλή μηχανική αντοχή και την άσκηση δυνάμεων εφελκυσμού. Στους μονωτήρες τύπου pin και τύπου cap and pin η συντομότερη απόσταση μεταξύ των μεταλλικών ηλεκτροδίων μέσω της πορσελάνης ή του γυαλιού είναι λιγότερο από 50% της συντομότερης απόστασης μεταξύ των ηλεκτροδίων μέσω του αέρα. Συνεπώς η πορσελάνη ή το γυαλί μπορεί να διατρηθεί κατόπιν μεγάλης ηλεκτρικής καταπόνησης. Η διαδικασία κατασκευής των μονωτήρων γυαλιού περιλαμβάνει τη θερμική ψύξη, που εξασφαλίζει ότι οι γυάλινοι δίσκοι θρυμματίζονται σε περίπτωση διάτρησης, οπότε ο ελαττωματικός δίσκος είναι εμφανής. [1][7] Σχήμα 1.4: Μονωτήρας τύπου Cap & Pin Μονωτήρες στήριξης (post type insulators) Αποτελούνται από έναν συμπαγή κύλινδρο πορσελάνης, με κυματοειδείς πτυχές για να αυξάνεται το μήκος ερπυσμού, και από μεταλλικά ηλεκτρόδια σε κάθε άκρη. Οι μονωτήρες στήριξης έχουν μεγάλο μήκος. Χρησιμοποιούνται οριζόντια ή κάθετα για να στηρίξουν τον αγωγό υψηλής τάσης και τοποθετούνται στις βάσεις ή στους εγκάρσιους βραχίονες των γραμμών μεταφοράς (line post insulators). Επιπλέον, χρησιμοποιούνται ευρέων σε υποσταθμούς (station post insulators). Στους μονωτήρες αυτούς η συντομότερη απόσταση μέσω της πορσελάνης υπερβαίνει το 50% της 8

15 συντομότερης απόστασης μέσω του αέρα μεταξύ των ηλεκτροδίων, οπότε δεν διαρρηγνύονται εύκολα. [5][7] Εικόνα 1.5: Μονωτήρας τύπου Line post Εικόνα 1.6: Μονωτήρας τύπου Station post Μονωτήρες διέλευσης (bushings) Οι μονωτήρες αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται για να μονώσουν τους αγωγούς των ακροδεκτών υψηλής τάσης κυρίως μετασχηματιστών ή άλλων διατάξεων. Συνήθως κατασκευάζονται από πορσελάνη. Οι μονωτήρες διέλευσης προτιμώνται όταν η γραμμή πρέπει να περνάει από το μονωτήρα και ταυτόχρονα να στηρίζεται σε αυτόν. Χρησιμοποιούνται στις θέσεις εξόδου των αγωγών από τους μετασχηματιστές ή άλλες συσκευές και για τη διέλευση αγωγών εγκαρσίως μέσω χωρισμάτων (τοίχων κ.α.). [5][7] Εικόνα 1.7: Μονωτήρες διέλευσης(station wall bushings) Επιμήκεις Μονωτήρες (longrod) Οι επιμήκεις μονωτήρες ή μονωτήρες μεγάλου μήκους, είναι παρόμοιοι με τους μονωτήρες στήριξης, αλλά είναι ελαφρύτεροι και χρησιμοποιούνται 9

16 ως μονωτήρες αναρτήσεως. Σε σχέση με τους cap and pin έχουν το πλεονέκτημα ότι τα μεταλλικά εξαρτήματα, βρίσκονται στα άκρα τους. [1] Σχήμα 1.5: Longrod μονωτήρας b) Μονωτήρες Μη κεραμικών υλικών Σύνθετοι πολυμερείς μονωτήρες (composite polymeric insulator) Είναι παρόμοιοι με τους μονωτήρες στήριξης, ως προς το σχήμα, αλλά διαφέρουν ως προς τα υλικά κατασκευής. Οι πολυμερείς μονωτήρες που αποκαλούνται και σύνθετοι (composite) αποτελούνται από : o Ένα πυρήνα ρητίνης ενισχυμένο με υαλώδεις ίνες (glass fibre), ο οποίος παρέχει μηχανική αντοχή, ενώ ταυτόχρονα ανθίσταται και στην ηλεκτρική καταπόνηση. o Ένα ελαστομερές περίβλημα (sheath/housing) για να προστατεύει τον πυρήνα από τις καιρικές συνθήκες. o Ελαστομερείς δίσκους (sheds), οι οποίοι αποσκοπούν στην αύξηση του μήκους ερπυσμού, ώστε να ανθίστανται ο μονωτήρας στις εντάσεις που επικρατούν στο σύστημα. Δύο ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά είναι το σιλικονούχο καουτσούκ (silicon rubber) και το EDPM. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των σύνθετων πολυμερών μονωτήρων είναι η μείωση βάρους μέχρι και 90% σε σχέση με τους αντίστοιχους κεραμικούς. [1][7] Εικόνα 1.8: Πολυμερείς Μονωτήρες 10

17 Μονωτήρες κυκλοαλιφατικής εποξεικής ρητίνης (Cyclo-alifatic epoxy resin insulators) Η κυκλοαφατική ρητίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να χυτευτούν μονωτήρες παρόμοιοι με αυτούς από πορσελάνη και τύπου line post για διανομή των τάσεων. Σε περιβάλλον με κακές καιρικές συνθήκες οι επιφάνειες των μονωτήρων αυτών γίνονται τραχιές, γεγονός που μπορεί να έχει επιπτώσεις στην αξιοπιστία του μονωτήρα, αν δεν ληφθεί υπόψη. [1][7] Εικόνα 1.9: Συνθετικός Μονωτήρας Τα τελευταία χρόνια χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο μονωτήρες από μη κεραμικά υλικά όπως EPDM και Silicon Rubber. Τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν είναι η υδρόφοβη επιφάνεια, η οποία εξασφαλίζει αναβαθμισμένη συμπεριφορά σε περιβάλλον ρύπανσης και το χαμηλότερο βάρος, που συνεπάγεται ευκολότερη εγκατάσταση, συντήρηση καθώς και φθηνότερες κατασκευές ανάρτησης. Από την άλλη μεριά σημαντικότερο μειονέκτημα αποτελεί το γεγονός ότι είναι ευάλωτοι σε μηχανισμούς γήρανσης και ως αποτέλεσμα έχουν σαφώς μικρότερη διάρκεια ζωής από τους κεραμικούς. Σύγκριση κεραμικών και συνθετικών μονωτήρων Μονωτήρες από κεραμικά υλικά (Πορσελάνη Γυαλί) Μεγάλη διάρκεια ζωής Μονωτήρες από συνθετικά υλικά Πεπερασμένη διάρκεια ζωής Υψηλή ανθεκτικότητα σε χημική, θερμική και ηλεκτρική καταπόνηση Μεγάλο βάρος Ευάλωτα σε φαινόμενα γήρανσης Μικρότερο βάρος Υδρόφιλη επιφανειακή συμπροφορά Υδρόφοβη επιφανειακή συμπεριφορά Πίνακας 1.1: Σύγκριση Κεραμικών και Συνθετικών μονωτήρων [1] 11

18 1.4.2 Ταξινόμηση με βάση τον τρόπο σύνδεσης [5] Ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσής τους οι μονωτήρες διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: a) Μονωτήρες αναρτήσεως Χρησιμοποιούνται κυρίως για την ανάρτηση των γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης και αποτελούνται από μια ή δυο σειρές δισκοειδών μονωτήρων, διατεταγμένων σε μορφή αλύσου. Το πλήθος των δισκοειδών μονωτήρων σε μια διάταξη αλύσου εξαρτάται από την τάση λειτουργίας της γραμμής και από τη διηλεκτρική αντοχή εκάστου δισκοειδούς μονωτήρα. b) Μονωτήρες στηρίξεως Χρησιμοποιούνται για τη στήριξη των αγωγών υψηλής τάσεως και διακρίνονται σε μονωτήρες γραμμής μεταφοράς και μονωτήρες υποσταθμών. c) Μονωτήρες γραμμής Χρησιμοποιούνται στις γραμμές διανομής ηλεκτρικής ενέργειας μέχρι 70 kv. d) Μονωτήρες διελεύσεως Χρησιμοποιούνται στις θέσεις εξόδου των αγωγών από τους μετασχηματιστές ή άλλες συσκευές και για τη διέλευση αγωγών εγκαρσίως μέσω χωρισμάτων (τοίχων κ.λπ.) Ταξινόμηση με βάση τους χώρους χρήσης [5] Ανάλογα με τους χώρους χρήσης τους και κατ επέκταση, τον ειδικό τρόπο σχεδίασής τους, έχουμε τους εξής τύπους μονωτήρων: a) Μονωτήρες ομίχλης Χρησιμοποιούνται σε περιοχές όπου επικρατούν συνθήκες έντονης ρύπανσης (βιομηχανικής ή λόγω φυσικών συνθηκών). Οι μονωτήρες αυτοί έχουν μεγάλο μήκος ερπυσμού και τέτοια διαμόρφωση της εσωτερικής 12

19 επιφάνειας, ώστε να παρέχεται η καλύτερη δυνατή προστασία έναντι ακαθαρσιών. b) Μονωτήρες κανονικού τύπου Χρησιμοποιούνται σε συνθήκες περιβάλλοντος και έχουν μικρότερο μήκος ερπυσμού από τους μονωτήρες τύπου ομίχλης. c) Μονωτήρες εσωτερικού τύπου Χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους, όπως σε κλειστούς υποσταθμούς. 1.5 Υλικά Κατασκευής Μονωτήρων Τα τρία βασικά μέρη ενός μονωτήρα είναι το διηλεκτρικό, οι ακροδέκτες που συνδέουν το διηλεκτρικό με την υπόλοιπη μηχανολογική δομή, και τα ενδιάμεσα υλικά στο εσωτερικό του μονωτήρα, όπως τσιμέντο, λιπαντικά ή βαφές. [5] Κεραμικά υλικά [8] Το συχνότερα χρησιμοποιούμενο μονωτικό υλικό στις διατάξεις των μονωτήρων είναι από κεραμικά υλικά (πορσελάνη ή γυαλί). Το διοξείδιο του πυριτίου (SiO 2 ) είναι στερεό και τήκεται σε υψηλή θερμοκρασία (1700 C). Στα κεραμικά υλικά κάθε άτομο πυριτίου ενώνεται με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς με τέσσερα άτομο οξυγόνου. Τα άτομα αυτά του οξυγόνου είναι τετραεδρικά διατεταγμένα γύρω από κάθε άτομο πυριτίου και κάθε άτομο οξυγόνου ενώνονται, επιπλέον, με δυο άτομα πυριτίου με ομοιοπολικό δεσμό. Η διάταξη αυτή των δεσμών, επεκτείνεται προς όλες τις κατευθύνσεις στο πλέγμα του SiO 2 με αποτέλεσμα το υλικό να έχει μεγάλη σκληρότητα, υψηλό σημείο τήξεως, κακή αγωγιμότητα και ελάχιστη διαλυτότητα. Το σχηματισμένο υλικό είναι είτε ένα κρυσταλλικό ορυκτό, ο χαλαζίας, η δομή του οποίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία και αποτελείται από κανονικά τετράεδρα πυριτίου οξυγόνου, είτε μια άμορφη κατάσταση, που είναι γνωστή με την ονομασία «fuzed silica». Όταν προστεθούν και άλλα στοιχεία στις δυο δομές που προαναφέρθηκαν, δημιουργείται ένας μεγάλος αριθμός πυριτικών αλάτων, κρυσταλλικής ή άμορφης δομής. Η πορσελάνη αποτελείται από ένα υαλώδες πλέγμα που περιλαμβάνει κρυστάλλους διαφορετικών ειδών και κόκκους από τα αρχικά συστατικά των ορυκτών, ορισμένα από τα οποία έχουν διαλυθεί μερικώς. Το 13

20 γυαλί, στην ιδανική περίπτωση, είναι ένα μίγμα πυριτικών αλάτων υαλώδους μορφής χωρίς προσμείξεις και ακαθαρσίες. Στην πράξη όμως, πάντα εμπεριέχονται παγιδευμένες φυσαλίδες αερίων και θραύσματα από πυρίμαχο υλικό τα οποία εισάγουν ατέλειες στη δομή του υλικού. Οι μονωτήρες πορσελάνης κατασκευάζονται πάντα από άμορφα υλικά (υαλώδης κατάσταση). Οι πρώτες ύλες που συνήθως χρησιμοποιούνται για την παρασκευή γυαλιού σαν μονωτικό υλικό είναι το πυρίτιο (περίπου σε ποσοστό 57%), ο ασβεστόλιθος (9%), το άνυδρο ανθρακικό νάτριο (14%) κ.α. Μια συνήθης διαδικασία που υφίσταται το γυαλί στις ηλεκτρολογικές εφαρμογές του ως μονωτικό υλικό είναι η σκλήρυνση που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της μηχανικής του αντοχής Πολυμερή υλικά [8] Ο άνθρακας ενώνεται με άνθρακα, όπως επίσης και με υδρογόνο, οξυγόνο και άλλα στοιχεία, για το σχηματισμό αλυσίδων και δακτυλίων που μπορούν να συνδέονται σταυροειδώς σε πολύπλοκες δομές σχηματίζοντας μακρομόρια. Τα καθαρά πολυμερή αποτελούνται από ένα επαναλαμβανόμενο βασικό είδος μορίων, και είναι απαλλαγμένα από ξένες ουσίες. Αυτά σπάνια χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μονωτήρων, καθώς η τακτική παγκοσμίως είναι να χρησιμοποιούνται συμπολυμερή και ορυκτά πληρωτικά μέσα για την επίτευξη των επιθυμητών μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων των παραγόμενων προϊόντων Σύγκριση ιδιοτήτων μονωτικών υλικών [9] Κεραμικά Υλικά Τη μεγάλη πλειονότητα των μονώσεων εγκατεστημένων σε συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας που άμεσα εκτίθενται στο περιβάλλον συνιστά η πορσελάνη η οποία έχει πάνω από 100 χρόνια ιστορίας στη χρήση της. Το υλικό αυτό απέδειξε ότι ανθίσταται στην περιβαλλοντική γήρανση και δικαίως κάτι τέτοιο υποστηρίζεται, χρησιμοποιείται δε σ ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Από τη φύση της η πορσελάνη είναι ευμεγέθης, ογκώδης και βαριά, σπάει δε κατά τη χρήση, τη μεταφορά ή από βανδαλισμό. Υπόκειται επίσης σε υπερπήδηση σε ρυπασμένο περιβάλλον. Παρά τα πολλά προτερήματα της πορσελάνης η αξιοπιστία του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας βάλλεται. 14

21 Πλεονεκτήματα Χημική σταθερότητα μηχανική αντοχή: Οι ισχυροί ηλεκτροστατικοί δεσμοί πυριτίου οξυγόνου που συγκρατούν τα κεραμικά υλικά (πορσελάνη και γυαλί) έχουν σαν αποτέλεσμα το υψηλό σημείο τήξεων, τη μεγάλη μηχανική αντοχή και τέλος την υψηλή αντίσταση στη διάβρωση από χημικά μέσα. Χαμηλό κόστος πρώτης ύλης: Οι κύριες πρώτες ύλες της πορσελάνης όπως ο άργιλος (πηλός) και ο χαλαζίας είναι σχετικά φθηνές και άμεσα διαθέσιμα. Παραγωγική διαδικασία και χρόνος επεξεργασίας: Το στάδιο της παραγωγής πορσελάνης περικλείει πολλά βήματα. Για μεγαλύτερα καλύμματα (housing), απαιτούνται μεγάλα διαστήματα ώστε να μειωθεί το περιεχόμενο σε νερό του πυρήνα προτού σχηματοποιηθεί και πυρωθεί. Περιορισμοί Σπάσιμο: Τα κεραμικά είναι πολύ εύθραυστα. Αυτό σημαίνει ότι εύκολα σπάνε κατά τη διαχείρισή τους, τη μεταφορά ή την εγκατάσταση. Οι βανδαλισμοί είναι ο πρωταρχικός παράγοντας που συνεισφέρει στη μηχανική καταπόνηση. Είναι πλέον κοινή πρακτική να περιλαμβάνεται μια ρωγμή ή ένας παράγοντας απώλειας όταν αγοράζονται μονωτήρες από πορσελάνη για την εγκατάστασή τους σε γραμμές μεταφοράς κάτι που αποτελεί προσθετικό παράγοντα στην συνάρτηση κόστους. Βάρος: Η πολύ πυκνή φύση των κεραμικών καταδεικνύει ότι τα κομμάτια από πορσελάνη είναι πολύ βαριά. Αυτό σημαίνει ότι η μεταφορά τους παρουσιάζει δυσκολίες και απαιτεί τη χρήση ανυψωτικών μηχανημάτων (γερανούς κ.λπ.). Το μεγάλο μέγεθος και το βάρος των προϊόντων πορσελάνης υπαγορεύουν συνήθως το λιγότερα δαπανηρά και πιο χρονοβόρα μεταφορικά μέσα, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί το κόστος. Έτσι η μεταφορά μέσω ναυσιπλοΐας και η αποστολή εμπορευμάτων δια θαλάσσης ή άλλες περισσότερο οικονομικές μεθόδους παρατείνουν το χρόνο διανομής και παράδοσής τους. Διαβρεξιμότητα και επικάθηση ρύπανσης: Η ύπαρξη των ισχυρών ηλεκτροστατικών χημικών δεσμών κοντά στην επιφάνεια συμβάλλουν στην αύξηση της ελεύθερης ενέργειας, δηλαδή της θερμοδυναμικής ιδιότητας που καθορίζει τη συνάφεια των επιφανειακών προσμείξεων, και αποτελεί την κύρια αιτία για την οποία οι κεραμικοί μονωτήρες υγραίνονται και ρυπαίνονται εύκολα. Καθώς μέρος του ύδατος διαλύει τους αγώγιμους ρύπους μειώνοντας τη συνολική επιφανειακή αντίσταση του μονωτήρα, σχηματίζεται μια συνεχή διαδρομή από ηλεκτρολύτη και δημιουργούνται συνθήκες για την εκδήλωση ηλεκτρικής υπερπήδησης. 15

22 Πολυμερή Υλικά Υψηλής απόδοσης υλικά πολυμερούς χρησιμοποιούνται για περίπου 40 χρόνια. Κατά την περίοδο αυτή, η χρήση της μόνωσης πολυμερούς έχει αυξηθεί σταθερά και τα πολυμερή γίνονται τώρα τα εξωτερικά μονωτικά υλικά της επιλογής. Τα πολυμερή μονωτικά υλικά προσφέρουν πολυάριθμα πλεονεκτήματα σε σχέση με την πορσελάνη. Πλεονεκτήματα Χαμηλό βάρος: Η πυκνότητα των πολυμερών υλικών είναι πολύ χαμηλότερη των κεραμικών και αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια σημαντική μείωση στο βάρος των προϊόντων. Η διαφορά βάρους αυξάνει με την κατηγορία των τάσεων. Εξαρτήματα από πολυμερή δεν απαιτούν γερανούς ή άλλα ανυψωτικά για χρήση ή εγκατάσταση. Το μειωμένο βάρος επίσης επιτρέπει τη χρήση ελαφρύτερων και λιγότερο ακριβών δομών και υποστηρικτικών διατάξεων. Το μικρότερο μέγεθος και βάρος έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση των ναύλων (μεταφορά με πλοίο) σε σχέση με τ αντίστοιχα για εξαρτήματα από πορσελάνη. Οι πολυμερείς μονωτήρες υπερτερούν όταν χρησιμοποιούνται σε πυκνές αστικές περιοχές και έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να τοποθετηθούν και σε στενές διαδρομές περιορισμένου χώρου. Οι μη κεραμικοί μονωτήρες προσφέρουν υψηλή αντοχή αναλογικά ως προς το βάρος τους, που επιτρέπει μεγαλύτερα ανοίγματα, λιγότερο ακριβείς δομές και βελτιωμένο αισθητικό αποτέλεσμα. Οι πολυμερείς μονωτήρες είναι κατάλληλοι για τη χρήση τους σε γραμμές μεταφοράς που έχουν μειωμένη ένταση ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Μειωμένη επιφανειακή ρύπανση, υδροφοβικότητα: Οι δεσμοί των μορίων πολυμερών είναι ασθενείς και κατά συνέπεια δεν παρατηρείται έντονη επιφανειακή ρύπανσης εξαιτίας και των εξαιρετικά χαμηλών τιμών της ελεύθερης επιφανειακής ενέργειας. Το εξωτερικό περίβλημα των ατόμων υδρογόνου, που είναι συνδεδεμένα με άτομα του άνθρακα, παρέχει τη δυνατότητα στα πολυμερή να ανθίσταται στην υγρασία και την ατμοσφαιρική ρύπανση περισσότερο από ότι τα κεραμικά υλικά. Τα πολυμερή υλικά είναι υδρόφοβα από τη φύση τους. Η διατήρηση των υδρόφοβων ιδιοτήτων τους κατά την έκθεσή τους είναι ένα επιθυμητό γνώρισμα. Το νερό στην επιφάνεια υδρόφοβων υλικών σχηματίζει σταγόνες με αποτέλεσμα οι ρυπαντές να διαλύονται από τις σταγόνες νερού που δεν έχουν συνενωθεί και το αγώγιμο μέρος να μην είναι συνεχές. Αυτές οι συνθήκες έχουν σαν αποτέλεσμα τη μειωμένη ροή ρεύματος διαρροής και την πιθανότητα σχηματισμού ξηρών ζωνών που με τη σειρά τους απαιτούν την εφαρμογή υψηλότερης τάσης για να προκληθεί υπερπήδηση. Σε σύγκριση με την πορσελάνη, μερικά πολυμερή υλικά έχουν συνήθως μεγαλύτερη αντοχή στην υπερπήδηση ακόμα και γερασμένα. 16

23 Διαδικασία παραγωγής και τρόποι βελτίωσης της απόδοσης και της διάρκειας ζωής: Η διαδικασία παραγωγής πολυμερών μονωτήρων είναι βραχύτερη από εκείνη της πορσελάνης, παρ ότι χρησιμοποιούνται εκτενώς πρόσθετα στις κατάλληλες συγκεντρώσεις ώστε να ενισχύονται οι ιδιότητες των πολυμερών υλικών. Σε αυτά περιλαμβάνονται αντιοξειδωτικά, πλαστικοποιητές, χρωστικές ουσίες, άλλα βοηθητικά μέσα, καταλύτες, παρεμποδιστές ανάφλεξης, απορροφητές υπεριώδους ακτινοβολίας, αντιδιαβρωτικά. Σε πολλές των περιπτώσεων είναι τα πρόσθετα και τα πληρωτικά υλικά που τόσο όλα μαζί όσο και ανεξάρτητα το καθένα επηρεάζουν την ολική απόδοση του υλικού. Περιορισμοί Χημικοί και φωτοχημική προσβολή: Όλα τα πολυμερή αποσυντίθεται σε θερμοκρασία μερικών εκατοντάδων βαθμών, υπόκεινται σε φώτο οξείδωση, δηλαδή σε καταστροφή των επιφανειακών χημικών δεσμών τους από την πρόσπτωση της υπεριώδους ακτινοβολίας και είναι πιθανόν να αντιδράσουν κατά τη λειτουργία τους με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο προκαλώντας επιφανειακές ηλεκτρικές εκκενώσεις. Το σημαντικότερο μειονέκτημα των πολυμερών, πηγάζει από το γεγονός ότι το βασικό στοιχείο τους, ο άνθρακας, αποτελεί στις περισσότερες περιπτώσεις έναν καλό ηλεκτρικό αγωγό. Η πιθανή προσβολή της επιφάνειας, ιδιαίτερα από τις έρπουσες μερικές εκκενώσεις αυξάνει τοπικά τη θερμοκρασία και δημιουργεί τελικά αγώγιμες επιφανειακές οδούς που είναι δυνατό να οδηγήσουν σε επιφανειακή διάσπαση και δημιουργία υψηλών θερμοκρασιών, οπότε τελικά καταστρέφεται ο μονωτήρας. Υψηλό κόστος πρώτων υλών: Το κόστος των πρώτων υλών των πολυμερών είναι υψηλότερο από εκείνο της πορσελάνης. Πληρωτικά υλικά και πρόσθετα αναμιγνύονται με το βασικό πολυμερές υλικό όχι μόνον για να μειώσουν το κόστος αλλά και για να αυξήσουν την απόδοση και να διευκολύνουν τη διαδικασία παραγωγής. Το κύριο υλικό μπορεί να αποτελέσει το 20% - 80% κατά βάρος του τελικού υλικού. Μείωση μηχανικής αντοχής: Οι πολυμερείς μονωτήρες συνήθως δεν είναι ούτε δύσκαμπτοι ούτε μπορούν να υποστηριχτούν από μόνοι τους. Όπου απαιτείται μηχανική αντοχή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι κεραμικοί πυρήνες, ενισχυμένοι με σωληνώσεις και στρώματα, τα οποία είναι καλυμμένα από το πολυμερές υλικό, για την αντοχή στις καιρικές συνθήκες όπως εφαρμόζεται σε μικτούς (υβριδικούς) μονωτήρες από πορσελάνη και πολυμερές υλικό. 17

24 1.5.4 Ιδιότητες μονωτικών διηλεκτρικών [2] Οι κυριότερες μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες των μονωτικών διηλεκτρικών παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα. Ιδιότητα Υαλώδης πορσελάνη Σκληρυμένο γυαλί Πολυμερές Υαλώδεις ίνες συνδεδεμένες με ρητίνη Πυκνότητα [g/cm] Αντοχή σε εφελκυσμό [Mpa] Αντοχή σε θλίψη [Mpa] Συντελεστής εφελκυσμού [Gpa] Θερμική αγωγιμότητα [w/m K] Διασταλτικότητα ( C) [10-6 / K] Διηλεκτρική σταθερά (50-60Hz) Εφαπτομένη απωλειών (50-60HZ) [10-3 ] Πεδιακή αντοχή >25 > [kv/mm] Ειδική αντίσταση [Ω cm] Πίνακας 1.2: Ιδιότητες μονωτικών διηλεκτρικών [2] 18

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΡΥΠΑΝΣΗ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ Υ.Τ. Η αποτελεσματικότητα ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας βασίζεται στη συνέχεια των υπηρεσιών του, αποφεύγοντας σφάλματα που αποφέρουν οικονομικές απώλειες για την εταιρεία και για τους καταναλωτές. Για να διατηρηθεί αυτή η συνέχεια, ένα από τα κύρια προβλήματα που έχουν βρεθεί είναι το αποτέλεσμα που παράγεται από την ρύπανση των μονωτήρων των ηλεκτρικών γραμμών. Συνίσταται σε υπαίθριες εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων, στην διεπιφάνεια που σχηματίζεται από την ηλεκτρική μόνωση και τον ατμοσφαιρικό αέρα. Γενεσιουργός αιτία είναι η επικάθιση ρύπων στην επιφάνεια της ηλεκτρικής μόνωσης και ως εκ τούτου η ανάπτυξη επιφανειακής αγωγιμότητας. Πρόκειται για ένα αρκετά σύνθετο πρόβλημα, η ανάπτυξη και εξέλιξη του οποίου εξαρτάται όχι μόνο από τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη συστήματος, αλλά και από το εκάστοτε περιβάλλον λειτουργίας. [1] 2.1 Τύποι Ρύπανσης Δυο βασικοί τύποι έχουν καθοριστεί για τον χαρακτηρισμό της υφιστάμενης ρύπανσης σε διαφορετικές περιοχές, η οποία μπορεί να είναι και συνδυασμός των δύο τύπων [4]: Τύπος Α: αφορά ρύπανση σε στερεά μορφή που με την παρουσία κάποιου μηχανισμού ύγρανσης δημιουργεί ένα αγώγιμο διάλυμα στην επιφάνεια του μονωτήρα, το οποίο μπορεί να περιέχει και αδιάλυτα συστατικά. Στα διαλυτά συστατικά περιλαμβάνονται τα διάφορα άλατα ενώ στα αδιάλυτα η σκόνη, άμμος, πηλός κ.α. Ο τύπος-α συνήθως συναντάται σε βιομηχανικές περιοχές, σε ερήμους και σε περιοχές στην ενδοχώρα αλλά μπορεί να συναντηθεί και σε παράκτιες περιοχές με την συσσώρευση αλατιού στην επιφάνεια των μονωτήρων [4]. Τύπος Β: περιγράφει την εναπόθεση ηλεκτρολυτών σε υγρή μορφή στην επιφάνεια του μονωτήρα που περιέχουν ελάχιστα ή καθόλου αδιάλυτα συστατικά, και είναι αγώγιμοι από την στιγμή της εναπόθεσης. Ο τύπος-β συνήθως συναντάται σε παράκτιες περιοχές αλλά μπορεί και να δημιουργηθεί από αγροτικό ψεκασμό, χημική ομίχλη και όξινη βροχή [4]. 19

26 Το επίπεδο και ο τύπος της ρύπανσης μιας περιοχής συνδέονται με τις πηγές ρύπανσης, καθώς και με τις καιρικές συνθήκες της περιοχής. Ο πίνακας παρακάτω δείχνει τους ρύπους και τις πηγές που τους παράγουν. Αλάτι Τσιμέντο Χώμα Λιπάσματα Μεταλλικός Άνθρακας Ηφαιστειακή στάχτη Παράκτιες περιοχές Βιομηχανίες άλατος Αυτοκινητόδρομοι με χιόνι, όπου το αλάτι χρησιμοποιείται για το λιώσιμό του Εργοστάσιο τσιμέντου Εργοτάξια Λατομεία Καλλιέργεια εκτάσεων Μεταφερόμενο χώμα σε κατασκευαστικά έργα Λιπάσματα φυτών Συχνή χρήση των λιπασμάτων σε καλλιεργημένα χωράφια Διαδικασίες χειρισμού μετάλλων Διαδικασίες χειρισμού ορυκτών Εξόρυξη άνθρακα Μονάδες επεξεργασίας άνθρακα/ θερμικές μονάδες Περιοχές με κλιβάνους τούβλων/ καύσης άνθρακα Περιοχές με ηφαιστειακή δραστηριότητα Αφόδευση 20 Περιοχές με φωλιές πουλιών Μεγάλη ποικιλία από Χημική ουσία χημικές βιομηχανίες/διαδικασίες, διυλιστήρια πετρελαίου Εκπομπές αυτοκινήτων σε αυτοκινητόδρομους Νέφος Εκπομπές κινητήρων ντίζελ σε σιδηρόδρομους /ναυπηγία Άγρια Πυρκαγιά Καπνός Βιομηχανική καύση Αγροτική καύση Πίνακας 2.1: Ρύποι και οι πηγές τους [10]

27 2.2 Τύποι Περιβάλλοντος [4] Ανάλογα με τον τύπο, την ένταση και την μορφή της ρύπανσης καθώς και τις τοπικές συνθήκες, έχουν καθοριστεί πέντε βασικοί τύποι περιβάλλοντος. Όταν συνυπάρχουν περισσότεροι του ενός τύπου σε μία τοποθεσία, κάτι σχετικά σύνηθες, το σημαντικό για τον χαρακτηρισμό της τοποθεσίας είναι ο κυρίαρχος τύπος. Οι πέντε τύποι περιβάλλοντος όπως καθορίζονται σε σχέση με την υφιστάμενη ρύπανση είναι: Ερημικό περιβάλλον: περιοχές με αμμώδες έδαφος με εκτεταμένες περιόδους ξηρασίας. Παρατηρείται και παρουσία αλάτων που διαλύονται αργά στο νερό (τύπος-α). Η εναπόθεση της ρύπανσης γίνεται κυρίως μέσω ανέμου. Φυσικός καθαρισμός προκύπτει από τις, όχι συχνές, περιόδους βροχής αλλά και από «αμμοβολή» κατά τη διάρκεια ισχυρών ανέμων και η αποδοτικότητά της είναι περιορισμένη. Η παρουσία υγρασίας είναι αρκετή για να υπάρχει ύγρανση των ρύπων σε επικίνδυνο βαθμό, αρκετά συχνά. Παράκτιο περιβάλλον: περιοχές που τυπικά χαρακτηρίζονται από την εγγύτητα στις ακτές αλλά ανάλογα με την τοπογραφία μπορεί και να απέχουν 50 km από αυτές. Η εναπόθεση της ρύπανσης γίνεται από τον άνεμο, την ομίχλη και την αλμύρα (spray). Η συσσώρευση της ρύπανσης είναι γενικά ταχεία κατά την παρουσία αλμύρας και αγώγιμης ομίχλης (τύπος-β). Σταδιακή συσσώρευση ρύπανσης παρατηρείται μέσω της εναπόθεσης ταχέως διαλυόμενων αλάτων από τον αέρα (τύπος-α). Λόγω της φύσης της ρύπανσης, ο φυσικός καθαρισμός χαρακτηρίζεται από υψηλή αποδοτικότητα. Βιομηχανικό περιβάλλον: περιοχές με μικρή απόσταση από πηγές βιομηχανικής ρύπανσης. Τους ρύπους μπορεί να αποτελούν αγώγιμα σωματίδια άνθρακα ή μετάλλου και αέρια όπως NO x και SO x (τύπος-β). Επίσης μπορεί να παρατηρηθεί ταχέως διαλυόμενη ρύπανση όπως τσιμέντο και γύψος (τύπος-α). Η αποδοτικότητα του φυσικού καθαρισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο ρύπανσης. Η ρύπανση αποτελείται κυρίως από βαριά σωματίδια που επικάθονται στις οριζόντιες επιφάνειες. Αγροτικό περιβάλλον: περιοχές σε κοντινή απόσταση από αγροτικές εγκαταστάσεις. Η ρύπανση μπορεί να οφείλεται σε όργωμα (τύπος-α) ή ψεκασμό (τύπος-β). Οι ρύποι αποτελούνται κυρίως από άλατα (χημικά, περιττώματα πτηνών, άλατα από το έδαφος). Ο φυσικός καθαρισμός μπορεί να είναι αρκετά αποδοτικός ανάλογα τον τύπο αλάτων. Η ρύπανση αποτελείται κυρίως από βαριά σωματίδια που επικάθονται στις οριζόντιες επιφάνειες αλλά μπορεί και να παρατηρηθεί εναπόθεση από στρώματα αέρα. 21

28 Περιβάλλον ενδοχώρας: περιοχές με χαμηλό επίπεδο ρύπανσης χωρίς σαφώς αναγνωρίσιμες πηγές ρύπανσης. 2.3 Μηχανισμός φαινομένου ρύπανσης Και στις δύο περιπτώσεις τύπων ρύπανσης, οι ρύποι είναι είτε ήδη αγώγιμοι (τύπος- Β) είτε γίνονται αγώγιμοι με την παρουσία ενός μηχανισμού ύγρανσης (τύπος-α) και ως εκ τούτου το αποτέλεσμα και στις δύο περιπτώσεις είναι η ροή ρεύματος διαρροής (leakage current) δια μέσου του αγώγιμου διαλύματος που έχει σχηματιστεί στην επιφάνεια.[1][4][11] Στην περίπτωση ρύπανσης τύπου-α σε υδρόφιλη επιφάνεια η εξέλιξη του μηχανισμού περιγράφεται από 6 στάδια (φάσεις) που παρατίθενται στην συνέχεια. Σε πραγματικές συνθήκες τα στάδια αυτά δεν είναι πάντα διακριτά αλλά τείνουν να ενωθούν. Στην περίπτωση ρύπανσης τύπου-β η διαδικασία ξεκινάει από την τρίτη φάση και είναι δυνατό να φτάσει σε σύντομο χρονικό διάστημα στην έκτη φάση. Φάση 1 : Στην επιφάνεια του μονωτήρα συγκεντρώνεται μια ποσότητα ρύπων, οι οποίοι μεταφέρονται κυρίως λόγω του ανέμου και εναποτίθενται υπό την δράση της δύναμης F p. Η δύναμη αυτή αποτελείται από την συνισταμένη τριών επιμέρους δυνάμεων, σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση: Fp Fw Fg FE 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. Ακόμα οι ρύπου μπορούν να μεταφερθούν μέσω των μηχανισμών της όξινης βροχής και της εναπόθεσης περιττωμάτων από μεγάλα πτηνά (bird dropping) 22

29 Φάση 2 : Οι ρύποι που έχουν εναποτεθεί πάνω στην επιφάνεια του μονωτήρα υγραίνονται μέσω ενός μηχανισμού ύγρανσης (υγρασία, ομίχλη, βροχόπτωση κ.λπ.) σχηματίζοντας έτσι ένα αγώγιμο φιλμ. Φάση 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 παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας λόγω απωλειών Joule που οδηγεί σε εξάτμιση του ύδατος και ξήρανση. Φάση 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). Φάση 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). 23

30 Φάση 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. Ένας παράγοντας που μπορεί να παίξει ρόλο στην εξέλιξη του φαινομένου είναι η διάσπαση διακένων αέρα μεταξύ γειτονικών σημείων στην γεωμετρία του μονωτήρα (π.χ. ribs και sheds) που γεφυρώνει μέρος της επιφάνειας. Επιπροσθέτως, παρόμοια επίδραση μπορεί να έχει η παρουσία σταγόνων ή μικρής ροής αυλακών νερού. Η παρουσία ισχυρής βροχόπτωσης μπορεί να καθαρίσει τον μονωτήρα αλλά και να προωθήσει την δραστηριότητα γεφυρώνοντας τα κενά μεταξύ των πτερυγίων. [12] Η διαδικασία επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό και από το είδος της επιφάνειας του μονωτήρα. Σε υδρόφοβη επιφάνεια, η παρουσία ύγρανσης έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία αγώγιμου φιλμ ενώ σε υδρόφιλη το νερό παραμένει σε μορφή σταγόνων. Λόγω της δυναμικής φύσης της υδροφοβίας των αντίστοιχων υλικών και της αλληλεπίδρασης με τους ρύπους και τους μηχανισμούς ύγρανσης, δεν έχει προταθεί ένα αντίστοιχο αναλυτικό μοντέλο κοινά αποδεκτό για την εξέλιξη του μηχανισμού της ρύπανσης στις υδρόφοβες επιφάνειες. Είναι γενικά αποδεκτό ότι τα υδρόφοβα υλικά παρουσιάζουν κύκλους απώλειας και ανάκαμψης της υδροφοβίας και σε πραγματικές συνθήκες, η απώλεια αυτή μπορεί να είναι μεγάλη ή μικρή, σε μικρό ή μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας. Στα υδρόφοβα τμήματα ο μηχανισμός της ρύπανσης θα ακολουθήσει τις ανάλογες φάσεις. Η ύπαρξη σταγόνων μπορεί να δημιουργήσει εκκενώσεις και στο υδρόφοβο τμήμα της επιφάνειας και είναι δυνατή η ταυτόχρονη παρουσία και των δύο ειδών δραστηριότητας.[12] (α) (β) Εικόνα 2.1: Εναπόθεση νερού σε (α) υδρόφιλη και (β) υδρόφοβη επιφάνεια [11] 24

31 Σχήμα 2.1: Δομικό διάγραμμα μηχανισμού ρύπανσης [1] Σχήμα 2.2: Σχηματική αναπαράσταση της εξέλιξης του φαινομένου[12] 25

32 Εικόνα 2.2: Στιγμιότυπα από τα διάφορα στάδια δραστηριότητας (Πηγή Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων, Πανεπιστημίου Stellenbosch Παράγοντες που ευνοούν τη διαδικασία της υπερπήδησης [2] Οι παράγοντες που ευνοούν την ηλεκτρική διάσπαση στα μονωτικά υλικά κατά την εκδήλωση του φαινομένου της υπερπήδησης είναι οι παρακάτω: Η πτώση σχεδόν καθαρού νερού, όπως σταγόνες, βροχή ή ομίχλη, σε ένα μονωτήρα, πάνω στον οποίο βρίσκεται ποσότητα ρύπανσης που περιλαμβάνει ιονικά στοιχεία, όπως το κοινό αλάτι. Η εναπόθεση σταγονιδίων θαλάσσιας ή βιομηχανικής ομίχλης, ή άλλου συνδυασμού νερού και ηλεκτρολύτη. Η συγκέντρωση παγετού, παγετώδους ομίχλης ή πάγου στη βρώμικη επιφάνεια ενός μονωτήρα. Τότε τα ιοντικά συστατικά των ρύπων ενεργούν ώστε να μειώσουν το σημείο ψύξης του νερού κι έτσι επιτρέπουν την ύπαρξη υγρού διαλύματος στο σημείο επαφής των δυο επιφανειών. Η ένταξη στη γραμμή λειτουργίας υγρών ή βρόμικων μονωτήρων. Η δημιουργία μιας προσωρινής υπέρτασης, ή μιας μεταβατικής αιχμής, σε ένα μονωτήρα υγρό, βρώμικο και πιθανόν ήδη ενεργοποιημένο. 26

33 2.4 Βασικό μαθηματικό μοντέλο φαινομένου υπερπήδησης Τα φαινόμενα σχηματισμού τόξου, τα οποία λαμβάνουν χώρα σε ρυπασμένες επιφάνειες, είναι τόσο σύνθετα, ώστε, προκειμένου να καταστεί δυνατή η μαθηματική επίλυσή τους, είναι απαραίτητη η απλοποίησή τους, με βάση ορισμένες υποθέσεις και προσεγγίσεις. Η πολυπλοκότητα του προβλήματος πηγάζει από την ποικιλότητα στη μορφή των μονωτήρων και το είδος της ρύπανσης, τη μεταβολή της επιφανειακής ειδικής αντίστασης, λόγω των θερμικών διαδικασιών, την ανομοιόμορφη ύγρανση, την ανομοιομορφία των τόξων που σχηματίζονται στην περιοχή της επιφάνειας των μονωτήρων, τον πολλαπλασιασμό των τόξων, την επίδραση των παραμέτρων του κυκλώματος τροφοδοσίας στη συμπεριφορά μονωτήρων, κ.α.. Η τάση υπερπήδησης ενός ρυπασμένου μονωτήρα είναι μια στατιστική μεταβλητή, η οποία χαρακτηρίζεται από σημαντική διασπορά, ακόμη και υπό ελεγχόμενες συνθήκες. Τα μαθηματικά μοντέλα, που έχουν αναπτυχθεί για την υπερπήδηση λόγω ρύπανσης, εμπεριέχουν προσεγγίσεις λόγω της πολυπλοκότητας του φαινομένου, καθιστώντας τα έτσι ένα πολύτιμο συμπλήρωμα στην πειραματική έρευνα, εξαιτίας της εξιδανικευμένης φύσης τους. Ένα καλό μοντέλο μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο στην ορθολογική οργάνωση των πειραμάτων, καθώς και στην ερμηνεία και παρουσίαση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Τα περισσότερα μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της τάσης υπερπήδησης των ρυπασμένων μονωτήρων βασίζονται στο μοντέλο του Obenhaus [23, 24,25]. Σε αυτό το κυκλωματικό μοντέλο, υπάρχει ένα τόξο μήκους x, δημιουργούμενο κατά τη γεφύρωση των ξηρών ζωνών, εν σειρά με μία αντίσταση R p, η οποία παριστάνει το στρώμα υγρής ρύπανσης. Το κύκλωμα τροφοδοτείται από πηγή σταθερής τάσης U. Το μοντέλο του Obenhaus παρουσιάζεται στο σχήμα 2.3. Το μοντέλο αυτό μπορεί να προσδιορίσει μόνο την τάση κάτω από την οποία δεν θα αναπτυχθεί τόξο στην επιφάνεια του μονωτήρα, αλλά δεν είναι δυνατό να προσδιορίσει την τιμή της τάσης στην οποία θα εμφανιστεί το τόξο.[23] 27

34 Σχήμα 2.3: Σχηματική αναπαράσταση του μοντέλου Obenhaus [25] H εφαρμοζόμενη τάση που διατηρεί το τόξο δίνεται από τη σχέση [24]: όπου: n U AxI Rp L x I x L I R p A,n μήκος τόξου μήκος ερπυσμού ρεύμα διαρροής αντίσταση ανά μονάδα μήκους ρυπασμένης ζώνης σταθερές εξαρτώμενες από τα χαρακτηριστικά του τόξου Για τόξα που λαμβάνουν χώρα στον αέρα οι παραπάνω σταθερές κυμαίνονται μεταξύ των τιμών 0,45 n 1,30 και 50 A 200 [25]. Στην κρίσιμη συνθήκη για την εξέλιξη του μερικού τόξου σε πλήρη υπερπήδηση, το ρεύμα I παίρνει τη κρίσιμη τιμή I C που δίνεται από τη σχέση [24]: όπου: I A D 1 n 1 C m s D m η μέγιστη διάμετρος του δίσκου του μονωτήρα σ S η αγωγιμότητα της επιφάνειας δίνεται σε σχέση με την ισοδύναμη πυκνότητα επικαθήμενου άλατος C (ESDD), λαμβάνεται σε Ohm -1 και R p Ohm/cm, για C εκφρασμένη σε mg/cm² 28

35 Η κρίσιμη τάση U C δίνεται από τη σχέση [24]: όπου: A U L n D F K I n 1 n C m c F ο συντελεστής μορφής Κ συντελεστής της αντίστασης του στρώματος ρύπανσης και για μονωτήρες τύπου cap and pin δίνεται από τη σχέση : n1 L K 1 ln 2 F n 2.94 IC F 2.5 Επιπτώσεις του φαινομένου ρύπανσης [1] Η πιο γνωστή και σημαντικότερη επίπτωση του φαινομένου της ρύπανσης, είναι η διακοπή στην τροφοδοσία, που προκύπτει σε περίπτωση υπερπήδησης. Μπορεί να διαρκέσει μεγάλο χρονικό διάστημα, δεδομένου ότι όσο οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για το φαινόμενο, δεν είναι δυνατή η επαναηλεκτροδότηση της γραμμής μεταφοράς ή του υποσταθμού όπου παρατηρήθηκε το πρόβλημα. Σχήμα 2.4: Κατανομή των σφαλμάτων (συνολικά και λόγω ρύπανσης) ανά έτος (Σύστημα Μεταφοράς Κρήτης) 29

36 Όταν η εξέλιξη του φαινομένου δεν οδηγήσει σε υπερπήδηση, παρουσιάζονται εξίσου σημαντικά προβλήματα όπως: [1][11] Διάβρωση της μεταλλικής υποδομής: 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. Εικόνα 2.3: Επιπτώσεις διάβρωσης σε μονωτήρες τύπου cap & pin Πυρκαγιές: Παρατηρούνται όταν χρησιμοποιούνται ξύλινες υποδομές 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. Εικόνα 2.4: Καταστροφή στύλου δικτύου διανομής 20 kv από πυρκαγιά λόγω ρύπανσης 30

37 Όχληση: 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: 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. 2.6 Τρόποι Αντιμετώπισης Διάφοροι τρόποι αντιμετώπισης έχουν προταθεί και εφαρμοστεί για την αντιμετώπιση του φαινομένου. Στους συνηθέστερους περιλαμβάνονται [1]: η κατασκευή κλειστών συστημάτων, ο καθορισμός των μονωτήρων, η χρήση μονωτήρων με ειδική γεωμετρία (προφίλ), η χρήση μονωτήρων με ημιαγώγιμο σμάλτο, η χρήση μονωτήρων με αυξημένο μήκος ερπυσμού και η χρήση υδρόφοβων μονωτήρων και επικαλύψεων αντί των παραδοσιακών υδρόφιλων (γυαλί και πορσελάνη). Στον πίνακα 2.2 συνοψίζονται οι παραπάνω μέθοδοι. Οι επικαλύψεις χρησιμοποιούνται για να προσδώσουν υδρόφοβη επιφάνεια σε μονωτήρες κατασκευασμένους από υδρόφιλο υλικό όταν δεν είναι θεμιτή ή δυνατή η αντικατάστασή τους. Διάφορα υδρόφοβα υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί με τα πλέον διαδεδομένα να είναι το πολυμερές της σιλικόνης (Silicone Rubber-SIR), σε διαφορετικές εκδοχές με τις συνηθέστερες να είναι το στερεοποιημένο σε θερμοκρασία δωματίου RTV SIR (Room Temperature Vulcanized Silicone Rubber) και το στερεοποιημένο σε υψηλή θερμοκρασία HTV SIR (High Temperature Vulcanized Silicone rubber), και καουτσούκ τύπου EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer). Όσον αφορά τις επικαλύψεις, το πλέον διαδεδομένο υλικό για επικαλύψεις είναι το RTV SIR. Τα υδρόφοβα υλικά προσδίδουν μεν ανώτερη απόδοση απέναντι στην ρύπανση αλλά έχουν μικρότερη διάρκεια ζωής ενώ παρουσιάζουν μεταπτώσεις στην συμπεριφορά τους που σχετίζονται με τις τοπικές συνθήκες, τις ιδιότητες του υλικού και την γήρανσή του. [1][12] Όσο αναφορά το πλύσιμο είναι σημαντικό να πραγματοποιείται σε περιοχές με σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση ή μικρή πιθανότητα βροχής, όπου γίνεται απαραίτητη η εξάλειψη του στρώματος ρύπανσης που εναποτίθεται στο μονωτήρα. Η συντήρηση αυτή μπορεί να διεξαχθεί με το σύστημα σε λειτουργία όπου πλένεται με ζεστό νερό ή εκτός λειτουργίας. Η τελευταία μέθοδος 31

38 χρησιμοποιείται όταν δεν μπορεί να εφαρμοστεί άλλη μέθοδο για τεχνικούς λόγους ή όταν οι ρύποι έχουν κολλήσει οπότε απαιτείται η χρήση πλυσίματος με χημικά διαλύματα για να ανακτηθεί το επίπεδο μόνωσης. Πολλές φορές, το πλύσιμο διεξάγεται με το χέρι. Σε γενικές γραμμές οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι: το πλύσιμο με νερό υψηλής, μέσης ή χαμηλής πίεσης, με ξηρό συμπιεσμένο αέρα ή με χρήση λειαντικών υλικών (βούρτσες) και πιο πρόσφατα με τη χρήση των υπερήχων. Οποιαδήποτε από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται πρέπει να εγγυηθούν ότι ο μονωτήρας δεν θα υποστεί βλάβη, ούτε ότι πρόκειται να επιδεινωθεί η παρούσα κατάσταση. Το πλύσιμο με εκτόξευση νερού είναι η πιο αποτελεσματική και οικονομική μέθοδος, εάν η ρύπανση είναι σκόνη, αλάτι ή χώμα, ή αν αυτοί οι ρύποι δεν είναι τόσο προσκολλημένοι στην επιφάνεια. Εάν οι ρύποι έχουν υψηλή πρόσφυση (για παράδειγμα τσιμέντο ή ρύποι που προέρχονται από χημικές βιομηχανίες ή υποπροϊόντα του πετρελαίου) πρέπει να πλένονται με λειαντικό μέσο. Πάντα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η γνώμη του κατασκευαστή, ώστε να μην καταστραφεί η επιφάνεια του μονωτήρα κατά το πλύσιμο. [10] Για να αποφευχθεί η υπερπήδηση κατά την διάρκεια της πλύσης, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι παρακάτω παρατηρήσεις [10]: Το πλύσιμο του μονωτήρα πρέπει να ξεκινάει από τη χαμηλότερη αγώγιμη φάση. Κατά την πλύση, το νερό δεν πρέπει να πέσει απευθείας σε βρόμικο μονωτήρα. Το πλύσιμο ξεκινάει από το κατώτερο μέρος του μονωτήρα μέχρι την ολοκλήρωσή του στο πάνω μέρος. Είναι πολύ σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η κατεύθυνση του ανέμου. Ο βαθμός αποτελεσματικότητας της κάθε μεθόδου αντιμετώπισης, 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. Εικόνα 2.5: Στιγμιότυπα από τη διαδικασία πλυσίματος των μονωτήρων 32

39 Πίνακας 2.2: Μέθοδοι αντιμετώπισης προβλήματος ρύπανσης [11] 33

40 2.7 Επίδραση του τύπου μονωτήρα στο φαινόμενο της ρύπανσης Η σχεδίαση ενός μονωτήρα, δηλαδή η γεωμετρία που επιλέγεται και το υλικό, μπορεί να μεταβάλλει σημαντικά την συμπεριφορά του σε συνθήκες ρύπανσης. Η κατάλληλη σχεδίαση για κάθε περιβάλλον, καθορίζεται σύμφωνα με τους μηχανισμούς μεταφοράς ρύπων, καθαρισμού και ύγρανσης που αναμένεται να εμφανιστούν. Επιπλέον πρέπει να ληφθεί υπόψη και η ηλεκτρική καταπόνηση. [1] Διαφορετικοί τύποι μονωτήρα ακόμη και διαφορετικοί προσανατολισμοί του ίδιου τύπου μονωτήρα μπορεί να συσσωρεύουν ρύπανση σε διαφορετικές τιμές στο ίδιο περιβάλλον. Επιπλέον, οι διακυμάνσεις στη φύση του ρύπου μπορεί να κάνει μερικά σχήματα μονωτήρων πιο αποτελεσματικά από άλλα. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τα κύρια χαρακτηριστικά κάθε τύπου μονωτήρα. [4] Σχήμα 2.5: Σύγκριση διαφορετικών προφίλ ως προς την εναπόθεση ρύπων στην επιφάνειά τους [1] 34

41 Πίνακας 2.3: Τυπικά προφίλ και τα κύρια χαρακτηριστικά τους [4] Τυπικά προφίλ Τα τυπικά προφίλ είναι αποτελεσματικά για χρήση σε «πολύ ελαφριά» μέχρι «μεσαία» μολυσμένες περιοχές όπου δεν απαιτείται μεγάλο μήκος ερπυσμού ή αποτελεσματικά αεροδυναμικά προφίλ. Αεροδυναμικά ή ανοικτά προφίλ Αεροδυναμικά ή ανοικτά προφίλ είναι επωφελής σε τομείς όπου η ρύπανσης εναποτίθεται επί του μονωτήρα από τον άνεμο, όπως ερήμους, βαριά μολυσμένες βιομηχανικές περιοχές ή παράκτιες περιοχές που δεν εκτίθεται άμεσα σε ψιχάλες άλατος. Αυτό το είδος προφίλ είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στις περιοχές που χαρακτηρίζονται από παρατεταμένες περιόδους ξηρασίας. Τα ανοικτά προφίλ έχουν καλό αυτό-καθαρισμό και είναι επίσης πιο εύκολα να καθαριστούν υπό συντήρηση. Προφίλ τύπου ομίχλης Η χρήση αυτού του τύπου, με απότομα πτερύγια (shed) ή με βαθιές κάτω νευρώσεις (under-rids) είναι ευεργετική σε περιοχές εκτεθειμένες σε ομίχλη θαλασσινού νερού ή ψιχάλες, ή για άλλους ρύπους υγρής μορφής. Πρότυπος δίσκος μονωτήρα cap and pin Αεροδυναμικός δίσκος μονωτήρων Πορσελάνινοι μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), κοίλοι μονωτήρες Απότομος δίσκος μονωτήρων τύπου ομίχλης Πρότυπο προφίλ πορσελάνης, μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρα, μονωτήρα στήριξης (post insulator), μονωτήρα τύπου hollow Πολυμερείς μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow Απότομοι πορσελάνινοι μεγάλου μήκους (long rod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow 35

42 Αυτά τα προφίλ μπορούν επίσης να είναι αποτελεσματικά σε περιοχές όπου η ρύπανση περιέχει σωματίδια άλατος που διαλύονται αργά. Μπορούν επίσης να είναι αποτελεσματικό σε περιοχές με χαμηλή NSDD τιμή και αργή διάλυση αλάτων Μονωτήρας τύπου ομίχλης με βαθιές κάτω νευρώσεις Απότομοι πολυμερείς μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow Βαθιές κάτω νευρώσεις σε πορσελάνινους μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow Κάτω νευρώσεις σε πολυμερείς μεγάλου μήκους (longrod) μονωτήρες, μονωτήρες τύπου hollow, μονωτήρες στήριξης (post insulators) Προφίλ εναλλασσόμενων πτερυγίων (sheds) Εναλλασσόμενες ρυθμίσεις των πτερυγίων είναι γενικά εφικτές για όλα τα προφίλ, αν και στα απότομα πτερύγια είναι λιγότερο ευεργετικά. Προσφέρουν αυξημένο μήκος ερπυσμού ανά μονάδα μήκους χωρίς επιπτώσεις στην απόδοση βροχής ή πάγου. Παρόμοια οφέλη με τα ανοικτά προφίλ παρέχονται επίσης με απλά εναλλασσόμενα προφίλ Δίσκος μονωτήρα με εναλλασσόμενα πτερύγια Πορσελάνινοι μεγάλου μήκους (long rod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow Πολυμερείς μεγάλου μήκους (long rod) μονωτήρες, μονωτήρες στήριξης (post insulators), μονωτήρες τύπου hollow 36

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ESDD/NSDD/DDDG ΩΣ ΔΕΙΚΤΕΣ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ 3.1 Γενικά στοιχεία για τις μεθόδους [4] Οι μέθοδοι ESDD, NSDD και DDDG αφορούν τυποποιημένες μετρήσεις ρύπων της επιφάνειας των μονωτήρων αναφοράς, οι οποίοι εγκαθίστανται εκτός τάσης σε σταθμούς μετρήσεων. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, οδηγούν σε συμπεράσματα σχετικά με το βαθμό και το είδος ρύπανσης μιας περιοχής ανάλογα με την γεωγραφική της θέση, τα χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων περιβάλλοντος, καθώς και στοιχεία για το είδος (υλικό,προφίλ, κ.λπ.) των μονωτήρων που πρέπει να χρησιμοποιηθούν στα αντίστοιχα περιβάλλοντα. Η μέτρηση της ισοδύναμης πυκνότητας επικαθήμενου άλατος (Equivalent Salt Deposit Density ESDD) πραγματοποιείται σε περιπτώσεις ρύπανσης που προέρχονται από διαλυτά συστατικά ( Τύπου Α), όταν δηλαδή οι ρύποι διαλυόμενοι στο νερό μπορεί να γίνουν αγώγιμοι. Αφού μετρηθεί η αγωγιμότητα του διαλύματος που περιέχει τους ρύπους από την επιφάνεια του μονωτήρα, υπολογίζεται και η ισοδύναμη ποσότητα NaCl που έχει την αυτή αγωγιμότητα (mg / cm²) Η μέτρηση της πυκνότητας μη διαλυτών επικαθήσεων (Non Soluble Deposit Density NSDD) εφαρμόζεται σε περιπτώσεις ρύπανσης που προέρχονται από μη διαλυτά συστατικά τύπου Α, δηλαδή ρύπων αδιάλυτων στο νερό με μεγάλη δυνατότητα δέσμευσης διαλυτών συστατικών. Δίνει το συνολικό βάρος των αδιάλυτων επικαθήμενων ρύπων ανά μονάδα επιφάνειας του μονωτήρα (mg/cm²). Και οι δύο αυτές μέθοδοι ακολουθούν μια τυποποιημένη διαδικασία μετρήσεων, χρησιμοποιώντας, είτε μια αλυσίδα από 9 cap and pin κεραμικούς μονωτήρες αναφοράς, είτε μεγάλου μήκους (long rod) συνθετικούς μονωτήρες αναφορές με τουλάχιστον 14 πτερύγια (sheds), εγκατεστημένων σε υπαίθριο σταθμό δοκιμής. Κάθε δίσκος ή περιοχή του πτερυγίου (shed area) της αλυσίδας του μονωτήρα θα πρέπει να παρακολουθείται σε τακτά χρονικά διαστήματα που ορίζονται ως: κάθε μήνα (δίσκος 2 / περιοχή 1), κάθε τρεις μήνες (δίσκος 3,4,5 / περιοχή 2,3,4), 37

44 κάθε έξι μήνες (δίσκος 5 / περιοχή 6), κάθε χρόνο (δίσκος 7 / περιοχή 6), μετά από δύο χρόνια (δίσκος 8 / περιοχή 7), κατόπιν πρόβλεψης βροχοπτώσεων, δροσιάς, δυνατού αέρα ή άλλων καιρικών φαινομένων. Σχήμα 3.1: Αλυσίδες μονωτήρων αναφοράς για ESDD και NSDD μετρήσεις Η μέτρηση της αγωγιμότητας προσανατολισμένης επικάθησης (Directional Dust Deposit Gauge DDDG) πραγματοποιείται σε περιπτώσεις ρύπανσης τύπου Β, δηλαδή υγρών ηλεκτρολυτών αγώγιμων από τη στιγμή της επικάθησης. Για τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται μια ειδική διάταξη τεσσάρων δοχείων συλλογής και αποθήκευσης, προσανατολισμένων στα τέσσερα σημεία του ορίζοντα. 38

45 Εικόνα 3.1: Τοποθέτηση DDDG διάταξης σε υποσταθμό (Πηγή: ) 3.2 Απαιτούμενος Εξοπλισμός [4] ESDD Μέτρηση Για την μέτρηση αυτή είναι απαραίτητος ο ακόλουθος εξοπλισμός : Απεσταγμένο / απιονισμένο νερό Ογκομετρικός κύλινδρος Χειρουργικά γάντια Πλαστική μεμβράνη Βαθμονομημένο δοχείο Λεκάνη Απορροφητικό βαμβάκι / βούρτσα / σφουγγάρι Αγωγιμόμετρο Αισθητήρας θερμοκρασίας NSDD Μέτρηση Για την NSDD μέτρηση θα χρειαστεί ο παρακάτω εξοπλισμός: Διηθητικό χαρτί Χωνί διήθησης 39

46 Ξηραντήρας / φούρνος ξήρανσης Ζυγαριά ακριβείας DDDG Μέτρηση Για την DDDG μέτρηση χρησιμοποιείται ειδική διάταξη (Εικόνα 3.2). Αποτελείται από τέσσερις κάθετους σωλήνες, που διατάσσονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να ατενίζουν Βορρά, Νότο, Ανατολή και Δύση, τοποθετημένα σε στύλο ύψους τριών μέτρων. Ένα αφαιρούμενο δοχείο το οποίο συλλέγει τα ιζήματα είναι συνδεδεμένο με το κάτω μέρος του κάθε σωλήνα. Οι ονομαστικές διαστάσεις της διάταξης είναι: 40 mm πλάτος εγκοπής με 20 mm ακτίνες σε κάθε άκρο. Η απόσταση μεταξύ του κέντρου και της ακτίνας είναι 315 mm (το συνολικό μήκος της εγκοπής τελικά είναι 391 mm). Ο σωλήνας είναι τουλάχιστον 500 mm μήκος με 75 mm εξωτερική διάμετρο. Η απόσταση από την κορυφή του σωλήνα προς την κορυφή της εγκοπής είναι 30 mm. Οι σωλήνες τοποθετούνται με το κάτω μέρος της εγκοπής περίπου 3 m από το έδαφος αυτό κρατά τον μετρητή μακριά από περιστασιακές αλλοιώσεις αλλά τα δοχεία μπορούν να αλλαχτούν εύκολα και με ασφάλεια. Οι μετρητές μπορούν να τοποθετηθούν χαμηλότερα αν οι συνθήκες του εδάφους το επιτρέπουν. Πέραν της διάταξης που περιγράψαμε θα χρειαστούν ακόμα: Δοχείο συλλογής με ετικέτα αναγραφής Απεσταγμένο / απιονισμένο νερό Ογκομετρικός κύλινδρος Αγωγιμόμετρο Θερμόμετρο 40

47 Σχήμα 3.2: Τοποθετημένη διάταξη μετρήσεων DDDG (α), διαστάσεις δοχείων συλλογής DDDG διάταξης (β) 3.3 Περιγραφή Διαδικασίας [4] Πριν την έναρξη οποιασδήποτε διαδικασίας θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες παρατηρήσεις: Οι επιφάνειες του μονωτήρα δεν θα πρέπει να έρχονται σε επαφή με οτιδήποτε θα μπορούσε να προκαλέσει απώλεια της ρύπανσης τους. Τα χειρουργικά γάντια που χρησιμοποιούνται πρέπει να είναι καθαρά. Το δοχείο, ο ογκομετρικός κύλινδρος, κ.λπ. πρέπει να πλένονται καλά για να απομακρυνθούν τυχόν ηλεκτρολύτες από προηγούμενη μέτρηση. 41

48 3.3.1 ESDD Μέτρηση A. Τεχνική συλλογής ρύπων (swab technique) Αποσταγμένο νερό cm 3 (ή περισσότερο αν απαιτείται) τοποθετείται στο δοχείο και το απορροφητικό βαμβάκι βυθίζεται στο νερό (μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα εργαλεία όπως μια βούρτσα ή σφουγγάρι). Η αγωγιμότητα του νερού με το βυθισμένο βαμβάκι πρέπει να είναι μικρότερη από S/m. Οι ρύποι σκουπίζονται από περιοχή της επιφάνειας του μονωτήρα, με εξαίρεση τυχόν μεταλλικά μέρη ή υλικά συναρμολόγησης, με το στραγγιγμένο βαμβάκι. Στην περίπτωση cap and pin μονωτήρων, οι πάνω και κάτω επιφάνειες μπορεί να μετρηθούν ξεχωριστά, εάν είναι απαραίτητο, προκειμένου να ληφθούν χρήσιμες πληροφορίες για την αξιολόγηση, όπως δείχνει το σχήμα 3.3. Στην περίπτωση των μονωτήρων μεγάλου μήκους (long rod) ή στήριξης (post), οι ρύποι συνήθως μαζεύονται από ένα μέρος του πτερυγίου (shed). To βαμβάκι με τους ρύπους τίθεται ξανά πίσω στο δοχείο. Οι ρύποι διαλύονται στο νερό με κούνημα και στράγγισμα του βαμβακιού στο νερό. Το σκούπισμα πρέπει να επαναληφθεί μέχρι μα μην υπάρχουν περαιτέρω ρύποι στην επιφάνεια του μονωτήρα. Αν παραμείνουν ρύποι, ακόμα και μετά από επανειλημμένα σκουπίσματα, οι ρύποι πρέπει να αφαιρεθούν με σπάτουλα και να μπουν στο νερό που περιέχει τους ρύπους. Προσοχή πρέπει να ληφθεί ώστε να μην χαθεί καθόλου νερό. Δηλαδή, η ποσότητα δεν πρέπει να αλλάξει πολύ πριν και μετά τη συλλογή των ρύπων. Σχήμα 3.3: Σχηματική αναπαράσταση της τεχνικής συλλογής ρύπω ν από την επιφάνεια του μονωτήρα 42

49 B. Τεχνική συλλογής ρύπων με πλύσιμο για μονωτήρες Cap & Pin (washing technique) Καλύπτεται με πλαστική μεμβράνη το καπάκι (cap) και ο πείρος (pin) του μονωτήρα, αφήνοντας ακάλυπτη την επιφάνειά του. Βεβαιωνόμαστε ότι η λεκάνη στην οποία θα πλυθούν οι δίσκοι είναι καθαρή. Με χρήση του ογκομετρικού κυλίνδρου μετρούνται και τοποθετούνται στη λεκάνη cm 3 (ή περισσότερο εάν απαιτείται) αποσταγμένο νερό, αγωγιμότητας μικρότερης από σ < 0,001 S/m. Τοποθετείται το άνω μέρος του μονωτήρα στο νερό και πλένεται η επιφάνεια που είναι στραμμένη προς το νερό με απαλά κτυπήματα του χεριού. Τοποθετείται το κάτω μέρος του ίδιου μονωτήρα στη λεκάνη και ξεπλένεται απαλά η ρύπανση κάτω από την επιφάνεια με απαλά κτυπήματα του χεριού. Το νερό της λεκάνης τοποθετείται σε ένα δοχείο φροντίζοντας πάλι να μην παραμείνουν ιζήματα στη λεκάνη. Η παραπάνω διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή ιζημάτων από την κορυφή και το κάτω μέρος χωριστά. Επιπλέον η ποσότητα του νερού που θα χρησιμοποιηθεί εξαρτάται από το είδος και την ποσότητα των ρύπων. Μεγάλη ποσότητα νερού συνίσταται σε περιπτώσεις έντονης ρύπανσης ή δυσδιάλυτων ρύπων. Στην πράξη, 2-10 λίτρα νερού/m² επιφάνειας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν, φροντίζοντας η αγωγιμότητά του να μην ξεπερνά τα 0.2 S/m. Υπολογισμός ESDD Στην εξαγωγή των τελικών αποτελεσμάτων απαιτείται η μέτρηση της αγωγιμότητας και της θερμοκρασίας του νερού που περιέχει τους ρύπους. Οι μετρήσεις πρέπει να γίνουν μετά από αρκετό ανακάτεμα του νερού. Ένα μικρό χρονικό διάστημα ανακατέματος (π.χ. λίγα λεπτά) είναι απαραίτητο για ρύπους υψηλής διαλυτότητας. Οι ρύποι χαμηλής διαλυτότητας γενικά απαιτούν μεγαλύτερο χρονικό διάστημα ανακατέματος (π.χ min). Ακόμα πρέπει να γίνει διόρθωση της αγωγιμότητας κάνοντας χρήση της ακόλουθης εξίσωσης (3.1): όπου: 20 1 b( 20) (3.1) θ: η θερμοκρασία του διαλύματος ( C) 43

50 σ θ : αγωγιμότητα σε θερμοκρασία θ C (S / m) σ 20 : αγωγιμότητα σε θερμοκρασία 20 C (S / m) b: συντελεστής που εξαρτάται από την θερμοκρασία θ, όπως λαμβάνεται από την εξίσωση (3.2) και όπως φαίνεται στο σχήμα 3.4. b (3.2) Σχήμα 3.4: Συντελεστής b συναρτήσει της θερμοκρασίας του διαλύματος Η ESDD τιμή στην επιφάνεια του μονωτήρα υπολογίζεται από τις εξισώσεις (3.3) και (3.4). Η σχέση μεταξύ σ 20 και Sa (αλμυρότητα (salinity) kg / m 3 ) δείχνεται στο σχήμα 3.5. όπου: Sa 1, (3.3) 20 V ESDD=Sa (3.4) A σ 20 : αγωγιμότητα σε θερμοκρασία 20 C (S / m) 44

51 ESDD: η Ισοδύναμη Πυκνότητα επικαθήμενου άλατος (mg / cm 2 ) V: ο όγκος του αποσταγμένου νερού (cm 3 ) A: το εμβαδόν της επιφάνειας του μονωτήρα από την οποία συλλέχθηκαν οι ρύποι (cm 2 ) Σχήμα 3.5: Σχέση μεταξύ σ 20 και Sa Εάν έχουν πραγματοποιηθεί χωριστά ESDD μετρήσεις για το άνω και κάτω μέρος της επιφάνειας του μονωτήρα, η μέση τιμή ESDD μπορεί να υπολογιστεί ως εξής: ESDDt At ESDDb Ab Average ESDD= 3.5 A όπου: ESDD t : η ESDD τιμή στην πάνω επιφάνεια του μονωτήρα (mg / cm 2 ) ESDD b : η ESDD τιμή στην κάτω επιφάνεια του μονωτήρα (mg / cm 2 ) A t : το εμβαδόν της πάνω επιφάνειας του μονωτήρα (cm 2 ) A b : το εμβαδόν της κάνω επιφάνειας του μονωτήρα (cm 2 ) A: το συνολικό εμβαδόν της επιφάνειας του μονωτήρα (cm 2 ) 45

52 3.3.2 NSDD Μέτρηση Η NSDD μέτρηση πραγματοποιείται μετά το πέρας της ESDD μέτρησης. Η διαδικασία που ακολουθείται είναι η ακόλουθη: Φιλτράρισμα του διαλύματος των ρύπων με τη χρήση ενός χωνιού και ενός στεγνού φίλτρου διήθησης, το οποίο έχει ζυγιστεί προηγουμένως. Στέγνωμα του φίλτρου, με τη χρήση του φούρνου ξήρανσης ξηραντήρα, και στη συνέχεια ζύγισμά του. Αφαίρεση του αρχικού βάρους του φίλτρου, από το συνολικό βάρος του με τους ρύπους. Έτσι, υπολογίζεται το καθαρός βάρος των αδιάλυτων ρύπων της επιφάνειας του υπό μελέτη μονωτήρα. Σχήμα 3.6: Διαδικασία NSDD μέτρησης Στο τελευταίο στάδιο της διαδικασίας μπορεί να πραγματοποιηθεί και χημική ανάλυση των ρύπων για αναλυτικότερη μελέτη και διερεύνηση του είδους και των συνθηκών ρύπανσης του περιβάλλοντος του μονωτήρα. Υπολογισμός NSDD Η NSDD τιμή υπολογίζεται από την εξίσωση (3.6). ( Wf Wi) NSDD 1000 (3.6) A Όπου: NSDD: η πυκνότητα των μη διαλυτών επικαθίσεων (mg / cm 2 ). 46

53 W f : W i : το βάρος του διηθητικού χαρτιού που περιέχει τους ρύπους υπό ξηρές συνθήκες (g). το αρχικό βάρος του διηθητικού χαρτιού υπό ξηρές συνθήκες (g). A: το εμβαδόν της επιφάνειας του μονωτήρα που συλλέχτηκαν οι ρύποι (cm 2 ) DDDG Μέτρηση Για την DDDG μέτρηση, χρησιμοποιείται η διάταξη που φαίνεται στο σχήμα 3.2. Για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας αποτελεσμάτων, απαιτείται παρακολούθηση σε μηνιαία βάση για τουλάχιστον ένα χρόνο. Η διαδικασία μέτρησης έχει ως εξής: Αφαιρούνται τα τέσσερα δοχεία συλλογής από τα άκρα του σωλήνα και κλείνονται με καπάκια. Καταγράφεται η ημερομηνία αφαίρεσης στην ετικέτα του δοχείου. Συνδέονται τέσσερα νέα καθαρά δοχεία στους σωλήνες, καταγράφοντας σε κάθε ετικέτα του δοχείου την τοποθεσία, την διεύθυνση και την ημερομηνίας εγκατάστασης. Εν συνεχεία: Προστίθενται 500 ml απιονισμένο νερό σε κάθε δοχείο συλλογής. Η αγωγιμότητα του νερού πρέπει να είναι μικρότερη από 5 μs / cm. Σε περίπτωση που στο σωλήνα περιέχεται βρόχινο νερό, προστίθενται απιονισμένο νερό έως ότου ο όγκος φθάσει στα 500 ml. Αν, λόγω έντονων βροχοπτώσεων, υπάρχει περισσότερα από 500 ml στο δοχείο, δεν απαιτείται επιπλέον νερό. Το περιεχόμενο των δοχείων ανακατεύεται έως ότου να διαλυθούν όλοι οι διαλυτοί ρύποι. Στην περίπτωση που υπάρχουν εξωγενείς παράγοντες όπως φύλλα, έντομα κ.λπ. απομακρύνονται. Μετριέται η αγωγιμότητα του διαλύματος, κατά προτίμηση με έναν μετρητή αγωγιμότητας, ο οποίος διορθώνει αυτόματα την ένδειξη στους 20 C. Αν ο μετρητής δεν αντισταθμίζεται στους 20 C, τότε πρέπει να μετρηθεί και η θερμοκρασία του διαλύματος. Αν ο όγκος του διαλύματος δεν είναι 500 ml, για παράδειγμα στην περίπτωση που έχει συσσωρευτεί στο δοχείο υπερβολική βροχή, πρέπει να μετρηθεί ο πραγματικός όγκο. Υπολογίζεται η διορθωμένη αγωγιμότητα για κάθε κατεύθυνση, αυτή είναι η αγωγιμότητα στους 20 C εκφρασμένη σε μs / cm, και κανονικοποιημένη σε 47

54 όγκο 500 ml και ένα μήνα 30 ημερών. Η κανονικοποιημένη τιμή του DDDG υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση: V d 30 DDDG D (3.7) Όπου: DDDG: ο δείκτης αγωγιμότητας προσανατολισμένης επικάθισης (μs/cm) D: ο αριθμός των ημερών που έχει εγκατασταθεί ο μετρητής. Εάν η ένδειξη της αγωγιμότητας δεν αντισταθμίζεται για την θερμοκρασία από το όργανο μέτρησης, η τιμή μπορεί να διορθωθεί στους 20 C χρησιμοποιώντας τις εξισώσεις (3.1) και (3.2). Υπολογίζεται ο δείκτη ρύπανσης PI (Pollution Index) ή DDGI-S (Dust Deposit Gauge Index- Soluble) για τον μήνα, παίρνοντας το μέσο όρο των τεσσάρων διορθωμένων κατευθύνσεων, που εκφράζεται σε μs/cm, δηλαδή DDDG DDDG DDDG DDDG DDGI S 4 North South East West (3.8) Εάν απαιτείται εκτίμηση των μη διαλυτών επικαθίσεων, μετά τις μετρήσεις της αγωγιμότητας, το διάλυμα πρέπει να φιλτραριστεί χρησιμοποιώντας ένα χωνί και ένα προ-ξυραμένο και ζυγισμένο διηθητικό χαρτί. Το διηθητικό χαρτί πρέπει να στεγνώσει και να ζυγιστεί ξανά. Η διαφορά του βάρους σε γραμμάρια αντιπροσωπεύει τότε τις μη διαλυτές επικαθίσεις (NSD, Non Soluble Deposit). Η παραπάνω διαδικασία περιγράφεται από την ακόλουθη σχέση: 30 NSD W W D f i 3.9 Όπου : NSD: W f : W i : το βάρος των μη διαλυτών επικαθίσεων (g) το βάρος του διηθητικού χαρτιού που περιέχει τους ρύπους υπό ξηρές συνθήκες (g). το αρχικό βάρος του διηθητικού χαρτιού υπό ξηρές συνθήκες (g). D: ο αριθμός των ημερών που βρίσκεται εγκατεστημένος ο μετρητής. 48

55 Υπολογίζεται η ποσότητα DDGI-Ν (Dust Deposit Gauge Index- Non - Soluble) του συγκεκριμένου μήνα, παίρνοντας το μέσο όρο των τεσσάρων NSD τιμών για κάθε κατεύθυνση, δηλαδή: DDGI N NSD NSD NSD NSD 4 North South East West 3.10 Όταν δεν είναι δυνατή η διεξαγωγή μετρήσεων, όπως αυτές που περιγράφονται παραπάνω, γίνεται χρήση έμμεσων μετρήσεων συνδυασμένων με εργαστηριακά δεδομένα. Στην περίπτωση που δεν υπάρχουν διαθέσιμες μετρήσεις, η κατάσταση της ρύπανσης μιας περιοχής γίνεται ποιοτικά βάσει εκτιμήσεων, εμπειρίας και γενικής τοποθεσίας. 3.4 Πλεονεκτήματα/Μειονεκτήματα Μεθόδων [4] Όπως όλες οι μέθοδοι έχουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους έτσι και αυτές. Η ESDD είναι μια χαμηλού κόστους μέθοδος που λαμβάνει υπόψη τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του μονωτήρα, ώστε να μπορέσουν να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με το προφίλ, ως παράγοντας που επηρεάζει τη συσσώρευση ρύπων. Σημαντικό επίσης πλεονέκτημα, αποτελεί το γεγονός ότι διεξάγεται στο ίδιο σημείο που βρίσκονται εγκατεστημένοι οι μονωτήρες. Μειονέκτημα αποτελεί η συχνή τοποθέτηση και απεγκατάσταση τους. Η NSDD μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στην περίπτωση παρουσίας μη διαλυτών επικαθίσεων (όπως είναι η άμμος), απαιτείται όμως ειδικός εξοπλισμός (φούρνος ξήρανσης, ξηραντήρας, ζυγαριά ακριβείας, ειδικά εξοπλισμένο χώρο εργαστηρίου) με αποτέλεσμα να είναι δαπανηρή. Ένα ακόμα μειονέκτημα, αποτελεί το ότι δεν δύναται να διεξαχθεί στο χώρο που βρίσκονται εγκατεστημένοι οι μονωτήρες. To πλεονέκτημα της DDDG τεχνικής είναι η απλότητά της και το γεγονός ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ανενεργές περιοχές χωρίς μονωτήρες ή άλλες εγκαταστάσεις πέραν από εκείνες που απαιτούνται για την τοποθέτηση των μετρητών. Ακόμα η μέθοδος αυτή δεν απαιτεί ιδιαίτερα ακριβό εξοπλισμό. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι δεν χρησιμοποιούνται οι πραγματικοί μονωτήρες και ως εκ τούτου δεν είναι δυνατόν να εκτιμηθούν οι ιδιότητες του φυσικού 49

56 καθαρισμού των μονωτήρων καθώς και η επίδραση του προφίλ των μονωτήρων στη διαδικασία εναπόθεσης ρύπων στην επιφάνειά τους. Η ακρίβεια όλων αυτών των μεθόδων εξαρτάται από τη συχνότητα της μέτρησης και τη διάρκεια της μελέτης. Η ακρίβεια μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση δύο ή περισσότερων μεθόδων συνδυαστικά. 3.5 Εκτίμηση βαθμού ρύπανσης (SPS) [4] Ο βαθμός ρύπανσης τοποθεσίας (Site Pollution Severity SPS) αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή είτε της ESDD/NSDD τιμής, είτε τις μέσης τιμής ESDD/NSDD (στην περίπτωση ξεχωριστών μετρήσεων για την άνω και κάτω επιφάνεια του μονωτήρα), είτε της ποσότητας DDGI S/DDGI N. Οι τυποποιημένες βαθμίδες που χαρακτηρίζουν την ρύπανση σε μια τοποθεσία ορίζονται, ποιοτικά, ως εξής: Πολύ ελαφριά Ελαφριά Μεσαία Βαριά Πολύ βαριά Για την ρύπανση τύπου Α, τα σχήματα που ακολουθούν (Σχήμα 3.7 και Σχήμα 3.8) παρουσιάζουν τη σχέση μεταξύ ESDD/NSDD και SPS, όσο αφορά τους μονωτήρες αναφοράς cap and pin και τους μονωτήρες μεγάλου μήκους (longrod). Τα αποτελέσματα προήλθαν από μετρήσεις πεδίου και δοκιμές ρύπανσης για διάστημα τουλάχιστον ενός χρόνου. Για ακραίες τιμές SPS (σκιασμένες πάνω δεξιά περιοχές), οι βασικοί κανόνες διασφάλισης ικανοποιητικής λειτουργίας δεν μπορούν να εφαρμοστούν. Επιπλέον, για πολύ υψηλές τιμές NSDD σε σχέση με τις ESDD τιμές (σκιασμένες πάνω αριστερές περιοχές) υπάρχουν πολύ περιορισμένα δεδομένα και ως εκ τούτου απαιτείται προσεκτική μελέτη και συνδυασμός μέτρων ώστε οι μονωτήρες να έχουν την απαραίτητη συμπεριφορά. Βαθμίδα Πολύ Ελαφριά Μεσαία Βαριά Πολύ βαριά SPS ελαφριά ESDD >0.25 (mg/cm²) Πίνακας 3.1: Κατηγοριοποίηση ρύπανσης για μονωτήρες γραμμής μεταφοράς (πηγή: 50

57 Σχήμα 3.7: Σχέση μεταξύ ESDD/NSDD τιμών και βαθμίδας S PS για μονωτήρες CAP and PIN Σχήμα 3.8: Σχέση μεταξύ ESDD/NSDD τιμών και βαθμίδας SPS για μονωτήρες μεγάλου μήκους (longrod) 51

58 Η σχέση μεταξύ βαθμίδας SPS και του δείκτη ρύπανσης DDDG (PI), παρουσιάζεται στον πίνακα 3.2. Μέση μηνιαία τιμή για διάστημα ενός έτους Δείκτης DDDG, PI(μS/cm) Μηνιαία μέγιστη τιμή για διάστημα ενός έτους Βαθμίδα SPS < 25 < 50 α Πολύ ελαφριά 25 έως έως 175 β Ελαφριά 76 έως έως 500 γ Μεσαία 201 έως έως 850 δ Βαριά > 350 > 850 ε Πόλυ βαριά Πίνακας 3.2: Σχέση μεταξύ DDDG (PI) δείκτη και βαθμίδας SPS Εάν τα καιρικά δεδομένα για την εν λόγω τοποθεσία είναι διαθέσιμα, τότε ο δείκτης ρύπανσης DDDG μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ληφθούν υπόψη οι κλιματολογικές επιρροές. Αυτό γίνεται με τον πολλαπλασιασμό της τιμής του δείκτη ρύπανσης (PI), με τον κλιματικό παράγοντα (Climatic Factor - C f ). Ο κλιματικός παράγοντας δίνεται από τη σχέση: C f Fd Dm 20 3 (3.11) 2 όπου : F d D m ο αριθμός των ημερών με ομίχλη ( 1000 m οριζόντια ορατότητα) ανά έτος ο αριθμός των ξυρών μηνών (< 20 mm βροχόπτωση) ανά έτος DDDG NSD (γραμμάρια) Μέση μηνιαία τιμή για διάστημα ενός έτους Μηνιαία μέγιστη τιμή για διάστημα ενός έτους Διόρθωση της βαθμίδας SPS < 0,5 < 1,5 Καμία διόρθωση 0,5 έως 1,0 1,5 έως 2,5 Αύξηση κατά μία βαθμίδα > 1,0 > 2,5 Αύξηση κατά μία ή δύο βαθμίδα και μέτρα περιορισμού (π.χ. πλύσιμο) Πίνακας 3.3: Διόρθωση βαθμίδας SPS ως συνάρτηση των επιπέδων DDDG NSD 52

59 Ο πίνακας 3.4, που ακολουθεί, παρουσιάζει με αυξημένη σειρά βαρύτητας τα βασικά επίπεδα ρύπανσης συναρτήσει κάποιων χαρακτηριστικών τύπων περιβάλλοντος. Μερικά χαρακτηριστικά των μονωτήρων, όπως για παράδειγμα το προφίλ, έχουν σημαντική επίδραση στη ποσότητα της ρύπανσης που εναποτίθεται στην επιφάνειά τους, ως εκ τούτου, οι συγκεκριμένες τιμές αφορούν μόνο μονωτήρες τύπου cap and pin και μεγάλου μήκους (longrod). Τα παραδείγματα Ε1 έως Ε7 του πίνακα, χρησιμοποιούνται και στα διαγράμματα των σχημάτων 3.7 και 3.8. Πίνακας 3.4: Τυπικά παραδείγματα βαθμού ρύπανσης περιβάλλοντος Παράδειγμα Περιγραφή τυπικών περιβαλλόντων 50 km a από θάλασσα, έρημο, ή ανοικτή ξηρά 10 km από ανθρωπογενής πηγές ρύπανσης b Ε1 Ε2 Ε3 Ε4 Ε5 Εντός μικρότερης απόστασης από τις προαναφερθείσες πηγές ρύπανσης, με την προϋπόθεση ότι : Η κύρια διεύθυνση του ανέμου δεν έρχεται απευθείας από αυτές τις πηγές ρύπανσης ή/και με τακτικό μηνιαίο πλύσιμο λόγω βροχής km a από θάλασσα, έρημο, ή ανοικτή ξηρά 5 10 km από ανθρωπογενής πηγές ρύπανσης b Εντός μικρότερης απόστασης από E1 από πηγές ρύπανσης, με την προϋπόθεση ότι: Η κύρια διεύθυνση του ανέμου δεν έρχεται απευθείας από αυτές τις πηγές ρύπανσης ή/και με τακτικό μηνιαίο πλύσιμο λόγω βροχής 3 10 km c από θάλασσα, έρημο, ή ανοικτή ξηρά 1 5 km από ανθρωπογενής πηγές ρύπανσης b Εντός μικρότερης απόστασης από τις προαναφερθείσες πηγές ρύπανσης, με την προϋπόθεση ότι : Η κύρια διεύθυνση του ανέμου δεν έρχεται απευθείας από αυτές τις πηγές ρύπανσης ή/και με τακτικό μηνιαίο πλύσιμο λόγω βροχής Πιο μακριά από πηγές ρύπανσης από αυτές που αναφέρονται στο Ε3, με την προϋπόθεση ότι: Πυκνή ομίχλη (ή ψιλόβροχο) εμφανίζεται συχνά μετά από μεγάλη περίοδο (αρκετές βδομάδες ή μήνες) ξηρασίας και συσσωρευμένης ρύπανσης ή/και εμφανίζεται βαριά, υψηλής αγωγιμότητας βροχή ή/και υπάρχει μεγάλη τιμή NSDD, μεταξύ 5 και 10 φορές της ESDD Εντός 3 km c από θάλασσα, έρημο, ή ανοικτή ξηρά Εντός 1 km από ανθρωπογενής πηγές ρύπανσης b 53

60 a b c Με μεγαλύτερη απόσταση από πηγές ρύπανσης από ότι αναφέρονται στο Ε5, με την προϋπόθεση ότι: Ε6 Πυκνή ομίχλη (ή ψιλόβροχο) εμφανίζεται συχνά μετά από μεγάλη περίοδο (αρκετές βδομάδες ή μήνες) ξηρασίας και συσσωρευμένης ρύπανσης ή/και υπάρχει μεγάλη τιμή NSDD, μεταξύ 5 και 10 φορές της ESDD Εντός της ίδιας απόστασης από πηγές ρύπανσης, όπως ορίζεται για βαριές περιοχές και : υποβάλλονται απευθείας σε θαλάσσιες ψιχάλες ή πυκνή αλατώδης ομίχλη Ε7 ή υποβάλλονται απευθείας σε μολυσματικούς παράγοντες με υψηλή αγωγιμότητα, ή σκόνη τύπου τσιμέντου με υψηλή πυκνότητα, και με συχνή ύγρανση από ομίχλη ή ψιλόβροχο ερημικές περιοχές με γρήγορη συσσώρευση άμμου και αλατιού, κανονικής συμπύκνωσης Κατά την διάρκεια καταιγίδας, το επίπεδο ESDD σε τέτοια απόσταση από τη θάλασσα μπορεί να φτάσει σε πολύ υψηλότερα επίπεδα. Η παρουσία μιας μεγάλης πόλης θα έχει επιρροή σε μεγαλύτερη απόσταση, δηλαδή την απόσταση που καθορίζεται για θάλασσα, έρημο και ξηρά. Ανάλογα με την μορφολογία της παράκτιας περιοχής και την ένταση του ανέμου. 54

61 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΔΟΚΙΜΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΕ ΜΟΝΩΤΗΡΕΣ Υ.Τ. 4.1 Γενικά περί δοκιμών μονωτήρων Υ.Τ. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία μιας ηλεκτροτεχνικής κατασκευής υψηλής τάσης πρέπει πριν αυτή τεθεί σε χρήση να δοκιμαστεί σε λειτουργικές συνθήκες που αντιστοιχούν στις μελλοντικές μέγιστες καταπονήσεις της στο δίκτυο. Εργαστηριακές δοκιμές διενεργούνται με ποικιλία σκοπών με κυριότερους την διερεύνηση της απόδοσης και συμπεριφοράς μονωτήρων σε διαφορετικές καταπονήσεις, την διερεύνηση συγκεκριμένων σταδίων της δραστηριότητας, την μελέτη της αλληλεπίδρασης διαφορετικών συνθηκών και κατάστασης των μονωτήρων και την διενέργεια συγκριτικών μελετών διαφορετικών υλικών και γεωμετρίας. Επίσης για να ελεγχθεί η αντοχή μονωτήρων σε μεγάλες καταπονήσεις, με σκοπό την αξιολόγησή τους, ή σε ένα υποθετικό χειρότερο σενάριο το οποίο συνήθως καθορίζεται ανάλογα με τις συνθήκες της τοποθεσίας που θα τοποθετηθεί ο μονωτήρας.[12] Κάθε δοκιμή θα πρέπει να πληροί τέσσερις βασικές απαιτήσεις [13]: Αντιπροσωπευτικότητα Η δοκιμή θα πρέπει να προσομοιάζει τις συνθήκες που πρόκειται να ελεγχθούν. Επαναληπτικότητα Εάν η δοκιμή επαναλαμβάνεται στο ίδιο εργαστήριο, τα αποτελέσματα θα πρέπει να εντός μιας αποδεκτής τυπικής απόκλισης. Αναπαραγωγιμότητα Εάν η δοκιμή επαναλαμβάνεται σε διαφορετικά εργαστήρια, η διαφορά μεταξύ των διαφόρων εργαστηρίων θα πρέπει να είναι αποδεκτή. Σχέση κόστους αποτελεσματικότητας Η δοκιμή θα πρέπει να έχει μια αποδεκτή αναλογία κόστους/απόδοσης. Οι δοκιμές στους μονωτήρες υψηλής τάσεις χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες [1]: 55

62 Δοκιμές σχεδίασης Πραγματοποιούνται κατά την διάρκεια της διαδικασίας σχεδίασης με σκοπό να αξιολογηθούν το αρχικό σχέδιο, τα χρησιμοποιούμενα υλικά και η διαδικασία κατασκευής. Δοκιμές τύπου Πραγματοποιούνται πριν την έναρξη της διαδικασίας παραγωγής με σκοπό να αξιολογηθούν τα χαρακτηριστικά του συγκεκριμένου τύπου μονωτήρα. Δειγματοληπτικές Από κάθε παρτίδα επιλέγονται δείγματα τα οποία τίθενται υπό δοκιμή. Τα αποτελέσματα στην συνέχεια ανάγονται σε όλη την παρτίδα. Σειράς Δοκιμές που πραγματοποιούνται σε όλα τα κομμάτια κάθε παρτίδας, ώστε να αποδειχθεί η καλή λειτουργία. Οι δοκιμές διαφοροποιούνται αν πρόκειται για κεραμικούς μονωτήρες ή για συνθετικούς. Παρακάτω αναφέρονται συνοπτικά οι δοκιμές με βάση αυτόν το διαχωρισμό. Κεραμικοί Μονωτήρες Δοκιμές τύπου: Μηχανική καταπόνηση Πραγματοποιείται με σκοπό να διερευνηθεί η μέγιστη επιτρεπτή μηχανική καταπόνηση για κάθε μονωτήρα. Η δοκιμή πραγματοποιείται χωρίς ηλεκτρική καταπόνηση. Ηλεκτρομηχανική καταπόνηση Ταυτόχρονη ηλεκτρική και μηχανική καταπόνηση. Ως τάση καταπόνησης επιλέγεται η μέγιστη δυνατή τιμή βιομηχανικής συχνότητας, η οποία δεν οδηγεί σε υπερπήδηση υπό βροχή. Ως αστοχία εκλαμβάνεται μια πιθανή διάτρηση ή η απώλεια της μηχανικής ακεραιότητας του μονωτήρα. 56

63 Θερμομηχανική καταπόνηση Στην δοκιμή αυτή οι μονωτήρες υποβάλλονται σε μηχανική καταπόνηση στο 60-65% του μέγιστου μηχανικού φορτίου υπό μεταβαλλόμενη θερμοκρασία μεταξύ -35 C έως 40 C για 96 ώρες. Καταπόνηση με τάση κεραυνικής μορφής υπό ξηρές συνθήκες Πραγματοποιείται με σκοπό την επιβεβαίωση της τιμής Βασικής Στάθμης Μόνωσης (BIL). Πραγματοποιούνται 10 δοκιμές υπό θετική πολικότητα και 10 υπό αρνητική. Η δοκιμή πραγματοποιείται υπό ξηρές συνθήκες. Καταπόνηση με τάση βιομηχανικής συχνότητας υπό βροχή Η τάση υπερπήδησης αναμένεται να είναι μικτότερη κατά την διάρκεια μιας βροχόπτωσης, λόγω της ύγρανσης της επιφάνειας αλλά και την επίδρασης της βροχόπτωσης η οποία μπορεί να γεφυρώσει τμήματα από το προφίλ του μονωτήρα. Παρά ταύτα κάθε μονωτήρας πρέπει να είναι ικανός να διατηρήσει υπό βροχή, διαφορά δυναμικού σημαντικά υψηλότερη από την ονομαστική. Η συγκεκριμένη δοκιμή έχει ως σκοπό την επιβεβαίωση της ικανότητας αυτής. Δειγματοληπτικές δοκιμές: Δοκιμή διάτρησης Η δοκιμή αυτή πραγματοποιείται με σκοπό τον έλεγχο της διηλεκτρικής αντοχής ενός μονωτήρα. Ο μονωτήρας εμβαπτίζεται σε λάδι ώστε να εξαλειφθεί η πιθανότητα μιας υπερπήδησης και καταπονείται είτε με τάση βιομηχανικής συχνότητας είτε με κρουστική τάση. Έλεγχος της ύπαρξης πόρων στην δομή μονωτήρων πορσελάνης Κατά την δοκιμή αυτή ελέγχεται η ύπαρξη πόρων στην δομή της πορσελάνης οι οποίοι μπορούν να υποβαθμίσουν την διηλεκτρική συμπεριφορά του μονωτήρα. Δείγματα του υλικού τοποθετούνται σε διάλυμα μπογιάς υπό πίεση για μερικά λεπτά. Στην συνέχεια το υλικό καθαρίζεται ξηραίνεται και κόβεται ξανά με σκοπό την ανίχνευση διεισδύσεων στον όγκο του υλικού. Δοκιμή θερμικού σοκ Οι μονωτήρες μετά από θέρμανση σε ζεστό αέρα, σε θερμοκρασία που υπερβαίνει τους 100 C, εμβαπτίζονται σε χρόνο μικρότερο από 2 λεπτά, 57

64 σε νερό θερμοκρασίας μικρότερης από 50 C. Στην συνέχεια ελέγχεται η εμφάνιση ρωγμών στην δομή του μονωτήρα. Δοκιμή θερμικού κύκλου Η θερμοκρασία λειτουργίας ενός μονωτήρα μεταβάλλεται σε ένα ιδιαίτερα μεγάλο εύρος τιμών σε πραγματικές συνθήκες. Κατά την συγκεκριμένη δοκιμή διερευνάται η επίδραση της μεταβολής αυτής στην διηλεκτρική συμπεριφορά του μονωτήρα. Η μεταβολή της θερμοκρασίας πραγματοποιείται σε κύκλους και στην συνέχεια επιβάλλεται αρκετά υψηλή τάση, ικανή να οδηγήσει σε υπερπήδηση. Στους μονωτήρες με πρόβλημα παρατηρείται διάτρηση. Δοκιμές σειράς: Μηχανική καταπόνηση Οι μονωτήρες υποβάλλονται σε ποσοστό (50-60%) της μέγιστης μηχανικής καταπόνησης (δοκιμές τύπου) για χρονικό διάστημα της τάξεως των 3 δευτερολέπτων. Οι μονωτήρες με πρόβλημα αναμένεται να παρουσιάσουν μεταβολές στην δομή του μονωτήρα. Ηλεκτρική καταπόνηση Η δοκιμή αυτή ακολουθεί της μηχανικής καταπόνησης και έχει στόχο τον εντοπισμό ατελειών σε μονωτήρες πορσελάνης. Οι μονωτήρες τοποθετούνται ανάποδα σε δεξαμενή νερού και υποβάλλονται σε AC τάση βιομηχανικής ή υψηλότερης συχνότητας, αρκετή να προκαλεί σποραδικές υπερπηδήσεις. Οι μονωτήρες με πρόβλημα εμφανίζουν διάτρηση. Συνθετικοί Μονωτήρες Δοκιμές σχεδίασης για τον πυρήνα FPR: Δοκιμή διείσδυσης χρωστικής ουσίας Δείγματα του πυρήνα εμβαπτίζονται σε μπάνιο χρωστικής ουσίας και μετράται ο χρόνος διείσδυσης. Επιτυχής έκβαση συνεπάγεται χρόνος μεγαλύτερος των 15 λεπτών. 58

65 Δοκιμή διάχυσης ύδατος Δείγματα του πυρήνα εμβαπτίζονται για 100 ώρες σε μπάνιο νερού ( με μικρή περιεκτικότητα σε NaCl, 0.1% κατά βάρος) το οποίο βράζει. Στην συνέχεια μετά από ξήρανση τα δείγματα υποβάλλονται σε καταπόνηση 12 kv για 1 λεπτό. Η απορρόφηση υγρασίας συνεπάγεται ρεύμα διαρροής μεγαλύτερο του 1 ma, διάτρηση ή υπερπήδηση. Μηχανική καταπόνηση Η δοκιμή πραγματοποιείται στον FPR πυρήνα αφού έχουν τοποθετηθεί οι μεταλλικές απολήξεις, με σκοπό την επιβεβαίωση της μηχανικής αντοχής της κατασκευής. Δοκιμές σχεδίασης για το συνθετικό περίβλημα: Δοκιμή 1000 ωρών σε θάλαμο ομίχλης Οι μονωτήρες υπόκεινται σε ηλεκτρική καταπόνηση τέτοια ώστε να έχουμε 20kV/mm, και ομίχλη αγωγιμότητας 1600μS/cm. Στην συνέχεια διερευνάται η κατάσταση του μονωτήρα (διάτρηση, διάβρωση κλπ). Συνήθως πραγματοποιούνται ταυτόχρονα μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Αν οι μονωτήρες χρησιμοποιηθούν σε περιβάλλον με προβλήματα ρύπανσης τότε προτείνεται αύξηση της διάρκειας της δοκιμής σε 5000 ώρες. Δοκιμές σχεδίασης σε μονωτήρες υπό κλίμακα Πρόκειται για δοκιμές οι οποίες πραγματοποιούνται σε δοκιμαστικούς μονωτήρες με αξονικό μήκος της τάξης των 80 cm. Oι μονωτήρες αυτοί κατασκευάζονται με τις ίδιες μεθόδους που χρησιμοποιούνται και στις κανονικές διατάξεις. Οι δοκιμές που πραγματοποιούνται είναι: Καταπόνηση βιομηχανικής συχνότητας υπό ξηρές συνθήκες Θερμομηχανική καταπόνηση Μηχανικό σοκ Εμβάπτιση σε νερό Καταπόνηση κρουστικής τάσης με μέτωπο μικρής διάρκειας (steep front, 100kV/μs) 59

66 4.2 Δοκιμές τεχνητής ρύπανσης Οι δοκιμές τεχνητής ρύπανσης προορίζονται για την παροχή πληροφοριών σχετικά με τη συμπεριφορά των εξωτερικών μονωτήρων υπό αντιπροσωπευτικές συνθήκες ρύπανσης σε συνθήκες λειτουργία και στη συνέχεια διαστασιολόγηση των μονωτήρων αυτών. Στην εικόνα 4.1 αναφέρονται μερικά παραδείγματα τέτοιων δοκιμών. Εικόνα 4.1: Παραδείγματα δοκιμών τεχνητής ρύπανσης [2] Για πορσελάνινους και γυάλινους μονωτήρες, μέθοδοι δοκιμής ρύπανσης είναι διαθέσιμοι για τη μέτρηση της απόδοσης της ρύπανσης, επιτρέποντας έτσι την διαστασιολόγηση των μονωτήρων αυτών. Οι διαδικασίες δοκιμής περιγράφονται στο πρότυπο IEC για a.c συστήματα και στο IEC για dc συστήματα. Ωστόσο μέχρι τώρα, δεν υπάρχουν πρότυπα για δοκιμές ρύπανσης πολυμερών μονωτήρων, παρότι συχνά χρειάζεται να προσδιοριστεί η απόδοση της ρύπανσης των πολυμερών μονωτήρων λόγω της αυξημένης χρήσης τους. 60

67 Για τους κεραμικούς μονωτήρες η διαδικασία διαστασιολόγηγσης περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: 1. Επιλογή της κατάλληλης παραμέτρου και καθορισμός της σοβαρότητας της ρύπανσης για την εν λόγω τοποθεσία 2. Διεξαγωγή εργαστηριακών δοκιμών για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της υπερπήδησης λόγω ρύπανσης για τους υποψήφιους μονωτήρες. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν δυο τυποποιημένες μέθοδοι εργαστηριακών δοκιμών διαθέσιμες. Οι γενικές μέθοδοι δοκιμής για ac και dc είναι σχεδόν πανομοιότυποι και ονομάζονται γενικά: (1) Δοκιμή στερεού στρώματος (Solid Layer test), που αντιπροσωπεύει κυρίως το περιβάλλον της ενδοχώρας (έρημο, αγροτικό, βιομηχανικό) και (2) Δοκιμή σε θάλαμο υδατονέφωσης (Salt Fog test) που αντιπροσωπεύει τα παράκτια περιβάλλοντα. 3. Εφαρμογή των αποτελεσμάτων των βημάτων 1 και 2 για την αξιολόγηση της επίδοσης (δηλαδή των αριθμό των υπερπηδήσεων ή των διακοπών) ενός πλήρους OHL (overhead line), ή τμήματός του, εξοπλισμένο με τους υποψήφιους μονωτήρες και επιλογή του βέλτιστου μονωτήρα για το συγκεκριμένο περιβάλλον. Είτε μια ντετερμινιστική ή στατιστική μέθοδο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του αριθμού των υπερπηδήσεων. Για τους συνθετικούς μονωτήρες η κατάσταση είναι λιγότερο σαφής καθώς οι υπάρχουσες τυποποιημένες μέθοδοι εργαστηριακών δοκιμών ρύπανσης που έχουν αναπτυχθεί για τους πορσελάνινους και τους γυάλινους μονωτήρες, γενικά δεν αντιμετωπίζουν επαρκώς τη δυναμική συμπεριφορά της υδροφοβικής επιφάνειας αυτού του τύπου των μονωτήρων. Μια αντιπροσωπευτική διαδικασία δοκιμής ρύπανσης θα πρέπει να λάβει υπόψη τη σημαντική ικανότητα των περισσοτέρων ρυπασμένων συνθετικών μονωτήρων να ανακτούν την υδροφοβικότητά τους.[14] Για τους συνθετικούς μονωτήρες μια περίληψη των υφιστάμενων μεθόδων δοκιμής παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Μέθοδος Τάση δοκιμής Προετοιμασία Χρόνος IEC Salt fog AC & DC Ναι Ώρες Quick salt - fog AC & DC Ναι Ώρες IEC artificial pollution AC & DC Ναι Ώρες με Μέρα layer Clean fog Natural pollution layer AC & DC Όχι Ώρες με Μέρα 61

68 Rapid clean - fog AC & DC - Ώρες Dust cycle AC & DC Όχι Μέρες method Dry salt layer AC & DC Όχι Ώρες με Μέρα Πίνακας 4.1: Ανασκόπηση των διαφόρων μεθόδων δοκιμής ρύπανσης για συνθετικούς μονωτήρες [13] 4.3 Δοκιμή Salt Fog Μια από τις δυο τυποποιημένες μεθόδους δοκιμής που καθορίζεται στο IEC για τους κεραμικούς μονωτήρες είναι η μέθοδος δοκιμής σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος (salt fog test). Η δοκιμή αυτή αποτελεί προσπάθεια εξομοίωσης της ρύπανσης τύπου Β, δηλαδή ρύπανση παράκτιων περιοχών όπου το θαλασσινό νερό ή η αγώγιμη ομίχλη εναποτίθεται στην επιφάνεια του μονωτήρα. Για την δοκιμή αυτή χρησιμοποιείται ειδικά σχεδιασμένος θάλαμος, όπως φαίνεται παρακάτω. Σχήμα 4.1: Σχηματική αναπαράσταση θαλάμου υδατονέφωσης [15] 62

69 Εικόνα 4.2: Θάλαμος υδατονέφωσης για δοκιμή μονωτήρων Υ.Τ. (Πανεπιστήμιο Clarkson) [Πηγή: ] Περιγραφή Δοκιμής [16][17] Προετοιμασία Μονωτήρα Ο μονωτήρας πρέπει να καθαριστεί καλά ώστε να αφαιρεθούν όλα τα ίχνη ακαθαρσιών. Αυτό γίνεται με πλύσιμο με νερό, κατά προτίμηση στους 50 C, στο οποίο προστίθεται ένα ουδέτερο απορρυπαντικό, όπως φωσφορικό τρινάτριο (Na3PO3), και στη συνέχεια ο μονωτήρας ξεπλένεται με καθαρό νερό. [17] Διάλυμα άλατος Το διάλυμα άλατος πρέπει να είναι από χλωριούχο νάτριο (NaCl) εμπορικής καθαρότητας και το νερό της βρύσης. Η αλατότητα που χρησιμοποιείται πρέπει να έχει μια από τις ακόλουθες τιμές : 2,5-3, και 224 kg/m³ Το προδιαγραφόμενο σφάλμα ανοχής της αλατότητας είναι ±5% της καθορισμένης τιμής. Συνίσταται να προσδιορίζεται η περιεκτικότητα σε αλάτι, είτε με τη μέτρηση της αγωγιμότητας είτε με τη μέτρηση της πυκνότητας με διόρθωση της θερμοκρασίας. Ο πίνακας 4.2 δίνει την αντιστοιχία μεταξύ της τιμής αλατότητας, της έντασης της αγωγιμότητας και της πυκνότητας του διαλύματος σε θερμοκρασία 20 C. Όταν η θερμοκρασία του διαλύματος δεν 63

70 είναι 20 C, η τιμές της αγωγιμότητας και της πυκνότητας πρέπει να διορθωθούν. Η θερμοκρασία του διαλύματος άλατος πρέπει να είναι μεταξύ 5 C και 30 C. Η διόρθωση της πυκνότητας πρέπει να γίνει με τη χρήση του ακόλουθου τύπου: όπου: S a δ 20 δ Θ S a Θ η πυκνότητα σε θερμοκρασία 20 C (σε kg/m³) η πυκνότητα σε θερμοκρασία Θ C (σε kg/m³) η αλατότητα (σε kg/m³) η θερμοκρασία του διαλύματος (σε C) Η διόρθωση της αγωγιμότητας γίνεται με την εξίσωση (3.1) όπως έχει ήδη αναφερθεί στο κεφάλαιο 3. Πίνακας 4.2-Μέθοδος Salt fog: Αντιστοιχία μεταξύ της τιμής αλατότητας, της έντασης της αγωγιμότητας και της πυκνότητας του διαλύματος σε θερμοκρασία 20 C Αλατότητα S a (kg/m 3 ) Αγωγιμότητα σ 20 (S/m) Πυκνότητα δ 20 (kg/m 3 )

71 Σύστημα ψεκασμού Η ομίχλη παράγεται στο θάλαμο δοκιμής μέσω καθορισμένου αριθμού ψεκαστήρων που ψεκάζουν το διάλυμα με ένα ρεύμα πεπιεσμένου αέρα που ρέει κάθετα στο ακροφύσιο του διαλύματος. Τα ακροφύσια αποτελούνται από ανθεκτικούς στην διάβρωση σωλήνες, η διάταξη και οι διαστάσεις των οποίων φαίνονται παρακάτω. Εικόνα 4.3: Ακροφύσιο (nozzle) που χρησιμοποιείται στη δοκιμή salt fog [17] Οι ψεκαστήρες πρέπει να είναι σε δυο στήλες παράλληλες και στις αντίθετες πλευρές του μονωτήρα ο οποίος έχει τον άξονά του στο ίδιο επίπεδο με τις στήλες, δηλαδή ένας κάθετος μονωτήρας δοκιμάζεται με κάθετες στήλες και ένας οριζόντιος μονωτήρας με οριζόντιες στήλες. Στην περίπτωση ενός κεκλιμένου μονωτήρα (εικόνα 4.4) το επίπεδο που περιέχει το μονωτήρα και οι στήλες πρέπει να τέμνουν το οριζόντιο επίπεδο σε μια γραμμή κάθετη προς τον 65

72 άξονα του μονωτήρα. Στην περίπτωση αυτή ο άξονας των ακροφυσίων του διαλύματος είναι κατακόρυφος. Ο μικρότερος αριθμός N των ψεκαστήρων ανά στήλη πρέπει να είναι, για μήκος H (σε μέτρα) του μονωτήρα : H N Η ροή του διαλύματος σε κάθε ψεκασμό πρέπει να είναι 0.5cm 3 /min ± 0.05cm 3 /min για τη διάρκεια της δοκιμής. Εικόνα 4.4: Διάταξη δοκιμής για κεκλιμένους μονωτήρες [17] Συνθήκες πριν την έναρξη της δοκιμής Κατά την έναρξη της δοκιμής ο μονωτήρας πρέπει να είναι σε θερμική ισορροπία με τον αέρα στο θάλαμο δοκιμών. Επιπλέον, η θερμοκρασία του περιβάλλοντος δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5 C ούτε μεγαλύτερη από 66

73 40 C και η διαφορά της από την θερμοκρασία νερού του διαλύματος δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 15 C. Ο μονωτήρας τροφοδοτείται με ρεύμα, η αντλία διαλύματος άλατος και ο συμπιεστής αέρα ενεργοποιούνται, και η δοκιμή θεωρείται ότι άρχισε μόλις ο πεπιεσμένος αέρας φθάσει τη κανονική πίεση λειτουργίας στα ακροφύσια. Προετοιμασία διαδικασίας Ο μονωτήρας υποβάλλεται στην τάση δοκιμής στην αλατότητα αναφοράς για 20 λεπτά ή μέχρι να συμβεί υπερπήδηση στο μονωτήρα. Αν δεν συμβεί υπερπήδηση, η τάση αυξάνεται με βήμα 10% της τάσης δοκιμής κάθε 5 λεπτά μέχρι να συμβεί υπερπήδηση. Μετά την υπερπήδηση, η τάση εφαρμόζεται εκ νέου και αυξάνεται όσο το δυνατόν πιο γρήγορα στο 90% της προηγούμενης ληφθείσας τάσης υπερπήδησης, και στη συνέχεια αυξάνεται με βήματα 5% της αρχικής τάσης υπερπήδησης κάθε 5 λεπτά μέχρι την υπερπήδηση. Η τελευταία διαδικασία επαναλαμβάνεται έξη επιπλέον φορές, σε καθεμιά από αυτές η τάση αυξάνεται γρήγορα στο 90% της τελευταίας ληφθείσας τάσης υπερπήδησης και έπειτα με βήματα 5% κάθε 5 λεπτά μέχρι την υπερπήδηση. Μετά από οκτώ υπερπηδήσεις, η ομίχλη πρέπει να καθαριστεί, ο μονωτήρας πρέπει να πλυθεί με νερό της βρύσης και στη συνέχεια η δοκιμή αντοχής (αναφέρεται παρακάτω) πρέπει να αρχίσει το συντομότερο δυνατό. Εάν η διαδικασία της προετοιμασίας πραγματοποιείται στην αλατότητα αναφοράς απαιτεί υπερβολικά υψηλές τιμές τάσης, επιτρέπεται η χρήση υψηλότερων τιμών αλατότητας για την προετοιμασία. Εάν, παρά το τέχνασμα αυτό, η απαιτούμενη τάση παραμένει πολύ υψηλή, προετοιμάζονται ξεχωριστά μικρότερα τμήματα του μονωτήρα με κατάλληλες μεθόδους για να αποφευχθεί η υπερβολική καταπόνηση της εσωτερικής μόνωσης. Δοκιμή αντοχής (withstand test) Ο σκοπός της δοκιμής αυτής είναι να επιβεβαίωση την καθορισμένη αλατότητα αντοχής του μονωτήρα σε καθορημένη τάση δοκιμής. Η δοκιμή αρχίζει όταν ο μονωτήρας και οι συνθήκες του θαλάμου δοκιμής πληρούν τις απαιτήσεις που προαναφέρθηκαν. Μια σειρά από δοκιμές εκτελούνται για τον μονωτήρα στην καθορισμένη τάση δοκιμής, χρησιμοποιώντας ένα διάλυμα άλατος που έχει τη καθορισμένη 67

74 αλατότητα δοκιμής σύμφωνα με τα παραπάνω. Η διάρκεια κάθε δοκιμής θα είναι μια ώρα εάν δεν συμβεί υπερπήδηση πριν παρέλθει ο χρόνος. Ο μονωτήρας πρέπει να πλυθεί προσεκτικά με νερό της βρύσης πριν από κάθε επόμενη δοκιμή. Κριτήριο αποδοχής για τη δοκιμή αντοχής Ο μονωτήρας είναι σύμφωνος με τις προδιαγραφές αν δεν συμβεί υπερπήδηση κατά την διάρκεια μιας σειράς τριών διαδοχικών δοκιμών, σύμφωνα με τη διαδικασία που προαναφέραμε. Εάν συμβεί μόνο μια υπερπήδηση, μια τέταρτη δοκιμή πρέπει να πραγματοποιηθεί και ο μονωτήρας περνά τον έλεγχο αν δεν συμβεί υπερπήδηση Δοκιμή σε συνθετικούς μονωτήρες Οι πρώτες δοκιμές salt fog σε υδροφοβικούς μονωτήρες πραγματοποιήθηκαν σε αλυσίδες μονωτήρων cap and pin από γράσο σιλικόνης, στις αρχές του Ο σκοπός των δοκιμών αυτών ήταν να διερευνήσουν τη διαφορά μεταξύ μονωτήρων με και χωρίς επικάλυψη για διάφορες τιμές αγωγιμότητας της ομίχλης ( ms/cm). [13] Όμως οι δοκιμές αυτές είχαν περιορισμένη επιτυχία μιας και κατά την διάρκεια της δοκιμής salt fog, ο μονωτήρας διαβρέχεται από την προβλεπόμενη ομίχλη. Στους υδρόφιλους (πορσελάνινους) μονωτήρες, η διαβροχή απλώνεται για να σχηματίσει ένα συνεχές αγώγιμο στρώμα και η θερμότητα που προκαλεί το ρεύμα διαρροής εξατμίζει το νερό και αφήνει ένα στρώμα άλατος πίσω. Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει στους υδρόφοβους (silicon rubber) μονωτήρες, όπου το αλμυρό νερό που προσγειώνεται στην επιφάνειά του, παίρνει μορφή σταγόνας και ρέει χωρίς να αφήσει κατάλοιπα ρύπανσης, περιορίζοντας αποτελεσματικά το ρεύμα διαρροής. Η απόδοση των μονωτήρων σε υπερπήδηση έχει βρεθεί ότι αλλάζει στο χρόνο και εξαρτάται από τον αριθμό των υπερπηδήσεων/ εκκενώσεων που εκτίθεται. Επιπλέον τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι silicon rubber μονωτήρες παρουσιάζουν εντονότερη μείωση στις τιμές υπερπήδησης από ότι οι μονωτήρες EPR (Ethylene Propylene Rubber), καθώς προχωράει η δοκιμή.[14] Περισσότερο ρεαλιστικά αποτελέσματα για τις δοκιμές salt fog μπορεί να ληφθούν χρησιμοποιώντας τις λεγόμενες ταχείες διαδικασίες υδατονέφωσης άλατος (quick salt fog), όταν ο μονωτήρας έρχεται σε σταθερή κατάσταση (κατάσταση ισορροπίας) σχετικά γρήγορα. Κατά την διάρκεια της Quick salt fog δοκιμής ο μονωτήρας δοκιμάζεται με εφαρμοζόμενη βηματική τάση και η διάρκεια 68

75 κάθε βήματος είναι 5 λεπτά. Η πλήρης δοκιμή τελειώνει σε περίπου 100 λεπτά. Στη πρότυπη δοκιμή salt fog η τάση εφαρμόζεται κάθε φορά για 60 λεπτά. Η πλήρης δοκιμή τελειώνει μετά από 3-10 ώρες.[13][14] 4.4 Δοκιμή Solid Layer H δεύτερη τυποποιημένη μέθοδος δοκιμής ρύπανσης στο IEC για κεραμικούς μονωτήρες είναι η μέθοδος στερεού στρώματος (Solid Layer ή Clean Fog δοκιμή). Η μέθοδος δοκιμής Solid Layer είναι κατάλληλη για τη προσομοίωση πρωτίστως ρύπανση τύπου Α, «όπου η στερεά ρύπανση με μη-διαλυτά συστατικά εναποτίθεται στην επιφάνεια του μονωτήρα. Αυτή η απόθεση γίνεται αγώγιμη όταν βραχεί». Αντιπροσωπεύοντας έτσι κυρίως το περιβάλλον της ενδοχώρας (περιβάλλον έρημου, αγροτικό και βιομηχανικό) Περιγραφή Δοκιμής [16][17] Προετοιμασία Μονωτήρα Πριν την διεξαγωγή της πρώτης δοκιμής ρύπανσης, ο μονωτήρας πρέπει να καθαριστεί με τρίψιμο των επιφανειών του μονωτήρα με ένα αδρανές υλικό, όπως η καολίνη, και έπειτα από αυτό ο μονωτήρας πρέπει να ξεπλυθεί καλά με καθαρό νερό. Πριν από κάθε επόμενη δοκιμή ρύπανσης, ο μονωτήρας πρέπει να πλυθεί σχολαστικά και πάλι μόνο με νερό της βρύσης. Ρυπογόνος ουσία Η ρυπογόνος ουσία αποτελείται από ένα εναιώρημα που παρασκευάζεται από νερό, ένα αδρανές υλικό, όπως η καολίνη, και μια κατάλληλη ποσότητα χλωριούχου νατρίου (NaCl). Σύνθεση Καολίνης Αποτελείται από: 40 g καολίνης 1000 g νερό βρύσης μια κατάλληλη ποσότητα NaCl εμπορικής καθαρότητας 69

76 Όταν η αγωγιμότητα του όγκου νερού της βρύσης είναι υψηλότερη από 0,05 S/m, συνίσταται η χρήση απιονισμένου νερού. Για να επιτευχθεί ο βαθμός ρύπανσης στον υπό δοκιμή μονωτήρα με την προβλεπόμενη ανοχή ±15%, μια κατάλληλη τιμή του όγκου αγωγιμότητας του παρασκευασμένου εναιωρήματος καθορίζεται με την υποβολή του ίδιου του μονωτήρα για προκαταρκτικές δοκιμές ρύπανσης. Ο επιθυμητός όγκος αγωγιμότητας επιτυγχάνεται με τη ρύθμιση της ποσότητας άλατος στο αιώρημα. Ως προσεγγιστικός οδηγός για να ξεκινήσουν οι δοκιμές, ο πίνακας 4.3 παρακάτω παρέχει μια κατά προσέγγιση αντιστοιχία μεταξύ του βαθμού αναφοράς της ρύπανσης στο μονωτήρα και της έντασης της αγωγιμότητας του εναιωρήματος σε μια θερμοκρασία 20 C. Πίνακας4.3 - Σύνθεση καολίνης: Αντιστοιχία μεταξύ του βαθμού αναφοράς της ρύπανσης στο μονωτήρα και της έντασης της αγωγιμότητας του εναιωρήματος SDD (mg/cm 2 ) Αγωγιμότητα Στρώματος K 20 (μs) Αγωγιμότητα εναιωρήματος σ 20 (S/m) Εφαρμογή στρώματος ρύπανσης Το αιώρημα που παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας τη σύνθεση που περιγράφηκε παραπάνω, πρέπει να εφαρμοστεί με ψεκασμό ή με ροή επί του ξηρού μονωτήρα, που έχει προηγουμένως καθαριστεί, για να ληφθεί ένα ομοιόμορφο στρώμα. Εναλλακτικά ο μονωτήρας μπορεί να βυθιστεί στο εναιώρημα, αρκεί μόνο το μέγεθος του να καθιστά δυνατή αυτή τη λειτουργία. Το τεχνητό στρώμα μπορεί να εφαρμοστεί στην επιφάνεια του μονωτήρα με ψεκασμό του παρασκευασμένου εναιωρήματος μέσω ενός ή δύο ακροφυσίων ενός εμπορικού πιστολιού ψεκασμού. Η κατεύθυνση των ακροφυσίων ψεκασμού πρέπει ρυθμιστούν έτσι ώστε να εξασφαλιστεί ένα αρκετά ομοιόμορφο στρώμα σε όλη την επιφάνεια του μονωτήρα. 70

77 Εικόνα 4.5: Εφαρμογή ρυπογόνου εναιωρήματος με ψεκασμό [14] Το στρώμα πρέπει να στεγνώσει πριν από την υποβολή του μονωτήρα στη δοκιμή. Προσδιορισμός βαθμού ρύπανσης του δοκιμαζόμενου μονωτήρα Ο βαθμός της ρύπανσης του δοκιμασμένου μονωτήρα, εκφράζεται σε όρους αγωγιμότητας στρώματος ή όρους πυκνότητας επικαθήμενου άλατος (SDD), και προσδιορίζεται ως ακολούθως: Αγωγιμότητα στρώματος (Κ) Η αγωγιμότητα στρώματος υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας το στρώμα αγωγιμότητας που μετράται στον ανενεργό μονωτήρα με το συντελεστή μορφής του. Η μέτρηση της αγωγιμότητας του στρώματος επαναλαμβάνεται στο μονωτήρα κατά την διάρκεια της διαβροχής του, με στόχο τον προσδιορισμό την επίτευξη της μέγιστης τιμής. Κάθε μέτρηση της αγωγιμότητας του στρώματος συνίσταται στην εφαρμογή στο μονωτήρα τάσης όχι μικρότερης από 700 V rms /m του συνολικού μήκους ερπυσμού και στη μέτρηση του ρεύματος που ρέει μέσω του υγρού στρώματος. Όταν εφαρμόζονται υψηλότερες τιμές τάσεως, ο χρόνος μέτρησης πρέπει να είναι αρκετά μικρότερος για να αποφευχθούν σοβαρά σφάλματα εξαιτίας της θέρμανσης ή της ξήρανσης του στρώματος ρύπανσης. Για το σκοπό αυτό πρέπει να ελεγχθεί ότι ούτε η αύξηση της δραστηριότητα ούτε οι διακυμάνσεις του πλάτους επηρεάζουν το σχήμα του μετρούμενου ρεύματος. 71

78 Η αγωγιμότητα του στρώματος σχετίζεται με την θερμοκρασία αναφοράς των 20 C, με τον ακόλουθο τύπο: όπου: K20 K 1 b 20 Θ Κ Θ Κ 20 η θερμοκρασία στην επιφάνεια του μονωτήρα ( C) η αγωγιμότητα στρώματος σε θερμοκρασία Θ C (μs) η αγωγιμότητα στρώματος σε θερμοκρασία 20 C (μs) b συντελεστής όπως ορίζεται στο Κεφάλαιο 3 Πυκνότητα επικαθήμεου άλατος (SDD) Η επικάθιση απομακρύνεται προσεκτικά και συλλέγεται από την επιφάνεια ενός ξεχωριστού μονωτήρα, πανομοιότυπου με τον δοκιμαζόμενο (ή ένα τμήμα αυτού) και ρυπασμένο με τον ίδιο τρόπο. Ολόκληρη η επιφάνεια του μονωτήρα αυτού, ή οι άνω και κάτω επιφάνειες χωριστά, καθαρίζονται για το σκοπό αυτό, εκτός από τα μεταλλικά μέρη. Στην περίπτωση που μόνο ένας κυλινδρικός μονωτήρας είναι διαθέσιμος για τη δοκιμή, η μέτρηση για τη πυκνότητα του επικαθήμενου άλατος πραγματοποιείται σε μερικά από τα πτερύγια του. Στη συνέχεια η καθαρισμένη επιφάνεια πρέπει να ρυπανθεί εκ νέου από την εφαρμογή εκ νέου του ρυπογόνου στρώματος. Μετά την εφαρμογή του εναιωρήματος στο μονωτήρα (ή μέρος αυτού) που επιλέγεται από τη μέτρηση SDD, οι σταγόνες απομακρύνονται προσεκτικά πριν ξηρανθεί το στρώμα. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αποφευχθούν σφάλματα στην ποσοτικοποίηση του βαθμού ρύπανσης. Η επικάθιση στην συνέχεια διαλύεται σε γνωστή ποσότητα νερού, κατά προτίμηση απιονισμένου νερού. Το προκύπτον εναιώρημα διατηρείται υπό ανάδευση για τουλάχιστον 2 λεπτά πριν τη μέτρηση της αγωγιμότητας σ θ (S/m) σε θερμοκρασία θ ( C). Στη συνέχεια λαμβάνεται η τιμή σ 20 από τη σ θ με την ίδια σχέση (3.1) που δίνεται στο Κεφάλαιο 3. Η αλατότητα S a (kg/m³) του εναιωρήματος προσδιορίζεται όταν η σ 20 είναι εντός του διαστήματος 0,004-0,4 S/m, με τη χρησιμοποίηση της σχέσης (3.3): 72

79 Sa Η πυκνότητα επικαθήμενου άλατος SDD (mg/cm²) λαμβάνεται από τον τύπο (3.4): SDD Sa V A Γενικές διατάξεις για την ύγρανση του στρώματος ρύπανσης Το δοκίμιο διαβρέχεται μέσω γεννητριών ομίχλης που παρέχουν μια ομοιόμορφη κατανομή ομίχλης σε όλο το μήκος του μονωτήρα και γύρω από το δοκίμιο. Η θερμοκρασία του δοκιμίου στην αρχή της διαβροχής πρέπει να είναι εντός ±2 C από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο θάλαμο δοκιμής. Μια πλαστική σκηνή που περιβάλει το δοκίμιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιορίσει τον όγκο του θαλάμου δοκιμής. Η γεννήτρια της ομίχλης στο θάλαμο δοκιμής πρέπει να διατηρείται μέχρι το τέλος κάθε επιμέρους δοκιμής σε συνεχές σταθερό ρυθμό ροής. Αφού επιτευχθεί ένας ορισμένος βαθμός διαβροχής του στρώματος ρύπανσης, η υγρασία αρχίζει να στάζει από τα άκρα των πτερυγίων του μονωτήρα. Έτσι κάποια περιεκτικότητα σε ρύπους αφαιρείται από το στρώμα και αναμένεται ένα προοδευτικό πλύσιμο του αντικειμένου. Διαδικασίες δοκιμής Δυο εναλλακτικές διαδικασίες προτείνονται, διαφέρουν βασικά στις συνθήκες στρώματος, υγρές ή ξηρές, του δοκιμίου κατά τη στιγμή την οποία εφαρμόζεται η τάση δοκιμής σε αυτό. Οι βασικοί κανόνες που σχετίζονται με τις δυο διαδικασίες δοκιμής δίνονται παρακάτω: Διαδικασία Α Διαβροχή πριν και κατά την διάρκεια της ενεργοποίησης Για τη διαδικασία αυτή, ο μονωτήρας ρυπαίνεται με τη χρήση σύνθεσης καολίνης. Ο βαθμός ρύπανσης γενικά εκφράζεται σε όρους αγωγιμότητας, αλλά η πυκνότητα επικαθήμου άλατος μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης. 73

80 Ο μονωτήρας προετοιμάζεται για τη δοκιμή σύμφωνα με όσα προαναφέραμε και τοποθετείται στη θέση δοκιμής του στο θάλαμο δοκιμών, έπειτα η γεννήτρια ομίχλης ξεκινάει. Μια γεννήτρια υδατονέφωσης αποτελείται από σωλήνα διανομής, με τα ακροφύσια να απέχουν ίσες αποστάσεις, όπως φαίνεται στην εικόνα 4.6. Εικόνα 4.6: Τυπική διάταξη γεννήτριας υδατονέφωσης[17] Για την αξιολόγηση της αγωγιμότητας του στρώματος, οι μετρήσεις αγωγιμότητας στρώματος εκτελείται στο δοκίμιο σύμφωνα με όσα προαναφέραμε. Ο ρυθμός ροής της εισερχόμενης ομίχλης στο θάλαμο δοκιμών, σε κανονική θερμοκρασία περιβάλλοντος πρέπει να είναι αρκετά υψηλή για να εξασφαλιστεί ότι η αγωγιμότητα του στρώματος θα φτάσει τη μέγιστη τιμή της εντός 20 με 40 λεπτών από την έναρξη της παραγωγής ομίχλης. Η μέγιστη τιμή της μετρούμενης αγωγιμότητας στρώματος στη δοκιμή θεωρείται ότι είναι η αγωγιμότητα αναφοράς του στρώματος. 74

81 Η τάση δοκιμής εφαρμόζεται στη συνέχεια είτε αμέσως είτε κατά την διάρκεια ενός χρόνου που δεν υπερβαίνει τα 5 s και διατηρείται μέχρι να συμβεί υπερπήδηση ή για 15 λεπτά αν δεν συμβεί υπερπήδηση. Στη συνέχεια ο μονωτήρας απομακρύνεται από το θάλαμο υδατονέφωσης και αφήνεται να στεγνώσει. Τοποθετείται για δεύτερη φορά στο θάλαμο και διαβρέχεται εκ νέου με ομίχλη μέχρι η αγωγιμότητα του στρώματος να φτάσει τη μέγιστη τιμή της. Εάν η μέγιστη αυτή τιμή δεν είναι μικρότερη από το 90% της ανωτέρω αναφερθείσας τιμής αναφοράς, η τάση αναφοράς εφαρμόζεται ξανά και διατηρείται μέχρι να συμβεί υπερπήδηση, ή για 15 λεπτά εάν δεν συμβεί υπερπήδηση. Εάν η μέγιστη αυτή τιμή είναι μικρότερη από το 90%, το στρώμα ρύπανσης πρέπει να εφαρμοστεί ξανά στο μονωτήρα, σύμφωνα με τα προηγούμενα. Δεν πρέπει να εκτελούνται περισσότερες από δυο διαδοχικές δοκιμές σε ένα μονωτήρα με το ίδιο στρώμα ρύπανσης. Διαδικασία Β Διαβροχή μετά την ενεργοποίηση Για αυτή τη διαδικασία, ο μονωτήρας ρυπαίνεται με σύνθεση από Kaolin. Ο βαθμός της ρύπανσης γενικά εκφράζεται σε όρους πυκνότητας επικαθήμενου άλατος. Ο μονωτήρας είναι προετοιμασμένος για την δοκιμή σύμφωνα με όσα προαναφέραμε και τοποθετείται στη θέση δοκιμής του στο θάλαμο με το στρώμα ρύπανσης ακόμα στεγνό. Υδατονέφωση χρησιμοποιείται για τη διαβροχή του στρώματος ρύπανσης. Οι γεννήτριες ομίχλης είναι κάτω από το δοκίμιο όσο το δυνατό πιο κοντά στο επίπεδο του δαπέδου. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να είναι τουλάχιστον 1 μέτρο από το δοκίμιο και η ροή τους να κατευθύνεται προς την κατεύθυνση αυτή. Ο ρυθμός εισόδου ατμού στο θάλαμο πρέπει να είναι μηδενικός μέχρι η τάση δοκιμής να εφαρμοστεί και στη συνέχεια να σταθεροποιηθεί. Σε κανονική θερμοκρασία περιβάλλοντος ο ρυθμός εισόδου του ατμού πρέπει να είναι εντός του εύρους 0,05 ± 0,01kg/h ανά κυβικό μέτρο του όγκου του θαλάμου δοκιμής. Σε ιδιαίτερες συνθήκες δοκιμής αυτές οι τιμές μπορεί να χρειαστούν κάποια αναπροσαρμογή με απευθείας έλεγχο της διαβροχής από την ομίχλη. Η τάση δοκιμής διατηρείται μέχρι να συμβεί υπερπήδηση. Διαφορετικά διατηρείται για 100 λεπτά από την έναρξη της δοκιμής ή μέχρι οι 75

82 μέγιστες τιμές του ρεύματος, εάν μετρούνται, έχουν μειωθεί σε τιμές χαμηλότερες από το 70% της μέγιστης καταγεγραμμένης τιμής. Για αυτή τη διαδικασία το στρώμα ρύπανσης χρησιμοποιείται μόνο μια φορά. Δοκιμές αντοχής και κριτήρια αποδοχής Ο σκοπός της δοκιμής αυτής είναι να επιβεβαιώσει την καθορισμένη αντοχή του βαθμό ρύπανσης στην καθορισμένη τάση δοκιμής. Ο μονωτήρας συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές αν δεν συμβεί υπερπήδηση κατά την διάρκεια τριών διαδοχικών δοκιμών που εκτελούνται σύμφωνα με τα παραπάνω για τη διαδικασία Α και Β. Εάν συμβεί κάποια υπερπήδηση, μια τέταρτη δοκιμή πραγματοποιείται και ο μονωτήρας περνά την δοκιμή εάν τότε δεν συμβεί υπερπήδηση Δοκιμές σε συνθετικούς μονωτήρες Οι πρώτες δοκιμές αυτής της μεθόδου που διεξήχθησαν σε υδρόφοβους μονωτήρες πραγματοποιήθηκαν σε αλυσίδες cap and pin μονωτήρων επικαλυμμένους με σιλικόνη στις αρχές του Η επιτυχία όμως των δοκιμών αυτών τίθεται υπό αμφισβήτηση. [13] Λόγω της έλλειψης τυποποιημένων μεθόδων, πολλά εργαστήρια έχουν αναπτύξει τις δικιές τους μεθόδους για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών της υπερπήδησης λόγω ρύπανσης ειδικά των υδρόφοβων συνθετικών μονωτήρων. Εξαιτίας των διαφορετικών αυτών μεθόδων που χρησιμοποιούνται, η ερμηνεία των αποτελεσμάτων της δοκιμής είναι δύσκολη. Μεγάλη διαφορά στα αποτελέσματα τόσο μεταξύ των διαφόρων ερευνών όσο και εντός της ίδιας σειράς δοκιμών έχει παρατηρηθεί. Η κύρια αιτία αυτής της διασποράς είναι η αδυναμία επίτευξης ομοιόμορφου και σταθερού στρώματος ρύπανσης, η έλλειψη λεπτομερούς περιγραφής των ιδιοτήτων της επιφάνειας πριν από τις δοκιμές, και η συχνά συνεχής αλλαγής των συνθηκών της επιφάνειας που σημειώνονται τόσο κατά την διάρκεια των ενεργών όσο και ανενεργών φάσεων της δοκιμής.[13][14] Μια προτεινόμενη τροποποίηση της τυπικής δοκιμής σε θάλαμο υδατονέφωσης (clean fog) είναι η ταχεία δοκιμή σε θάλαμο υδατονέφωσης (Rapid Clean Fog). Το κύριο χαρακτηριστικό αυτής της μεθόδου είναι η ενεργοποίηση σε επίπεδο τάσης σημαντικά υψηλότερης από την εκτιμώμενη τάση υπερπήδησης (U FO ) προτού 76

83 διοχετευθεί ο ατμός. Μετά την εμφάνιση της υπερπήδησης, η τάση μειώνεται με βήμα 10% του προηγούμενου επιπέδου. Αν αντέξει μετά από 3 λεπτά, η τάση αυξάνεται 5%. Για τους κεραμικούς μονωτήρες η μέθοδος αυτή συνήθως δίνει μια ελάχιστη U F0 μετά από καθορισμένο χρόνο, ακολουθούμενη από μια αύξηση της U F0 λόγω της επίδρασης του πλυσίματος από την ομίχλη. Η ελάχιστη αυτή U F0 χρησιμοποιείται σαν τάση υπερπήδησης για τον μονωτήρα. Ωστόσο, για τους πολυμερείς μονωτήρες, η ζημιά που προκαλείται από τις επαναλαμβανόμενες υπερπηδήσεις μπορεί να υπερισχύσει της επίδρασης του πλυσίματος και να μην επιτευχθεί η αληθινή ελάχιστη τιμή. Για το λόγο αυτό αναπτύχθηκαν διάφορες μέθοδοι για την εφαρμογή της τάσης (όπως η μέθοδος multiple ramp) ώστε να ελαχιστοποιηθεί ο αριθμός των υπερπηδήσεων και των εκκενώσεων στον μονωτήρα. 4.5 Άλλες Μέθοδοι Δοκιμών Μέθοδος Dust Cycle (DCM) [13][14] H ιδέα πίσω από αυτή τη μέθοδο είναι ότι η ρύπανση εμφυσείται πάνω στο ξηρό δοκίμιο σε διαδοχικούς κύκλους. Η διαδικασία αυτή προορίζεται για την προσομοίωση της ενδοχώριας/βιομηχανικής/ερήμου ρύπανσης που εναποτίθεται στην επιφάνεια του μονωτήρα από τον άνεμο που ακολουθείται από μετέπειτα διαβροχή από ομίχλη ή/και βροχή, όλα κάτω από ταυτόχρονη έκθεση σε τάση. Η διαδικασία με την εφαρμογή της ρύπανσης από τον άνεμο είναι ελκυστική, δεδομένου ότι αντιπροσωπεύει τις συνθήκες εν ώρα λειτουργίας. Οι ιδιότητες της επιφάνειας του μονωτήρα, το αεροδυναμικό σχήμα του μονωτήρα και η εφαρμοζόμενη τάση προσδιορίζουν την ποσότητα της ρύπανσης που συσσωρεύεται στο μονωτήρα. H μέθοδος αυτή είναι αρκετά χρονοβόρα. Ένας κύκλος της μεθόδου Dust Cycle απεικονίζεται παρακάτω. Εικόνα 4.7: Σχηματική άποψη ενός κύκλου της μεθόδου Dust Cycle [13] 77

84 Όπως φαίνεται στο σχήμα, ο μονωτήρας παραμένει υγρός για κάποιο χρονικό διάστημα μετά τις φάσεις της ομίχλης και βροχής, για να παραταθεί η διάρκεια της δραστηριότητας των εκκενώσεων κατά μήκος της επιφάνειας. Ο χρόνος αναμονής μεταξύ των κύκλων, ή μετά από κάποιο κύκλο, επιτρέπει την ανάκτηση της υδροφοβικότητας του μονωτήρα. Το μέγεθος της τάσης δοκιμής (AC/DC) είναι κοντά σε εκείνη της ονομαστικής τάσεως και εφαρμόζεται σε αυτό το επίπεδο κατά την διάρκεια ολόκληρης της δοκιμής. Η μέθοδος δοκιμής μπορεί να προσαρμοστεί σε συγκεκριμένη ρύπανση και περιβαλλοντικές συνθήκες αλλάζοντας τον τύπο της ρύπανσης και τις παραμέτρους του κύκλου. Μέθοδος Dry Salt Layer (DSL) [13][14] Η μέθοδος DSL έχει προταθεί ως μια δοκιμή ρύπανσης για αναπαράσταση των παράκτιων συνθηκών προκειμένου να βελτιωθεί η αντιπροσωπευτικότητα σε σύγκριση με τη πρότυπη δοκιμή salt fog. Η δοκιμή αποτελείται ουσιαστικά από δύο μέρη: τη φάση ρύπανσης ακολουθούμενη από τη φάση διαβροχής. Η ρύπανσης (ξηρό άλας) εφαρμόζεται με τη χρήση του εξοπλισμού της δοκιμής Salt fog που ορίζεται στον ΙΕC 60507, όπως περιγράφεται παραπάνω, και η διαβροχή επιτυγχάνεται μέσω της έκθεσης σε ομίχλη. Ο μονωτήρας είναι ενεργός σε όλη την δοκιμής. Η διαδικασία λαμβάνει υπόψη το προφίλ του μονωτήρα, το υλικό και τα χαρακτηριστικά της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου επιτρέποντας την αξιολόγηση της συμπεριφοράς της υπερπήδησης όσο αναφορά δηλαδή την τάση αντοχής. Στην φάση ρύπανσης της DSL δοκιμής, ένα διάλυμα άλατος ψεκάζεται προς τον ενεργοποιημένο μονωτήρα για να πάρει το προβλεπόμενο SDD επίπεδο. Η πίεση της ροής του αέρα, ο ρυθμός ροής του διαλύματος άλατος και η απόσταση μεταξύ των δοκιμίων και των ακροφυσίων ρυθμίζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε το άλας να είναι ξηρό, όταν φτάσει στην επιφάνια του μονωτήρα. Στη φάση της διαβροχής, ο μονωτήρας βρέχεται από μια πρότυπη ομίχλη ατμού για 100 λεπτά. Εάν η μέτρηση του ρεύματος διαρροής ή άλλες τεχνικές δείξουν μια σαφή μείωση της δραστηριότητα των εκκένωσης και ένα αμελητέο κίνδυνο υπερπήδησης, η φάση της διαβροχής μπορεί να τερματιστεί πριν παρέλθει η καθορισμένη ώρα. Ο μονωτήρας συμμορφώνεται με τις προδιαγραφές της δοκιμής εάν αντέξει τρία από τις τέσσερις δοκιμές. Αυτή η μέθοδος δοκιμής μπορεί να 78

85 χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο τόσο κεραμικών μονωτήρων όσο και πολυμερών αυτά στο πλαίσιο τόσο AC όσο και DC τάσης. 4.6 Μέθοδοι εντοπισμού ελαττωματικών μονωτήρων [1] Ο έγκαιρος εντοπισμός ενός ελαττωματικού μονωτήρα είναι περισσότερο απαίτηση παρά επιθυμία. Λόγοι ασφαλείας αλλά και η απαιτούμενη αξιοπιστία ενός δικτύου Μεταφοράς ή διανομής, επιβάλλουν την ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων εντοπισμού ατελειών κατά την τοποθέτηση ή λειτουργία του μονωτήρα. Στην περίπτωση των κεραμικών μονωτήρων, στην πλειοψηφία χωρίς όμως απώλεια της μηχανικής ακεραιότητας του μονωτήρα, σε αντίθεση με τους συνθετικούς μονωτήρες έχουν παρατηρηθεί και πτώσεις αγωγών Υψηλής Τάσης Μέθοδοι για κεραμικούς μονωτήρες Στην περίπτωση των κεραμικών μονωτήρων η ανάγκη εντοπισμού εστιάζεται κυρίως στους μονωτήρες πορσελάνης, δεδομένου ότι στους μονωτήρες από γυαλί οι ατέλειες είναι εύκολα ορατές δια γυμνού οφθαλμού. Η πορσελάνη που χρησιμοποιείται στην κατασκευή μονωτήρων είναι ένα μίγμα από άργιλο, άστριο και χαλαζία, υλικά κρυσταλλικά σε δομή. Έτσι από την σύνθεση της πορσελάνης, πριν καν την κατασκευή του μονωτήρα υπάρχουν ατέλειες σε ατομική ή μικροσκοπική κλίμακα. Η διαδικασία κατασκευής του μονωτήρα επιδεινώνει τέτοιες ατέλειες με αποτέλεσμα την δημιουργία μικρορωγμών, κενών κ.λπ. Ο ρυθμός ανάπτυξης των ατελειών αυτών δεν μπορεί να προβλεφθεί. Έτσι συμβαίνει πολλές φορές ένας μονωτήρας που έχει περάσει τον απαραίτητο ποιοτικό έλεγχο, να εμφανίσει προβλήματα μετά από κάποια χρόνια λειτουργίας. Ένας προβληματικός μονωτήρας πορσελάνης συνήθως χαρακτηρίζεται από: Μικρότερη αντίσταση (όγκος) Μικρότερη αντοχή στην επιβαλλόμενη τάση Μεταβολή της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου 79

86 Έτσι ο εντοπισμός ενός ελαττωματικού μονωτήρα πορσελάνης μπορεί να γίνει με τις παρακάτω μεθόδους: Μέτρηση της διαφοράς δυναμικού ή μέθοδος Buzz Μέτρηση της αντίστασης ή του ρεύματος διαρροής Καταγραφή του ηλεκτρικού πεδίου Επιπλέον μπορούν να εφαρμοστούν: Ακουστικές μέθοδοι για τον εντοπισμό ρωγμών Θερμογραφία Μέτρηση της διαφοράς δυναμικού Η μέθοδος εφαρμόζεται σε μονωτήρες cap and pin. Με κατάλληλη διάταξη, που μπορεί να είναι είτε ένα βολτόμετρο υψηλής τάσης είτε ένα κατάλληλο διάκενο προσδιορίζεται η κατανομή της τάσης σε κάθε μονωτήρα. Μια ελαττωματική μονάδα χαρακτηρίζεται από χαμηλή ως μηδενική διαφορά δυναμικού (διάτρηση). Ως πλεονέκτημα της μεθόδου είναι το χαμηλό κόστος εξοπλισμού, η ευκολία εφαρμογής και το ότι δεν απαιτείται ιδιαίτερη εμπειρία για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων. Πρέπει όμως να εφαρμοστεί υπό τάση, γεγονός που συνεπάγεται υψηλότερη επικινδυνότητα. Επιπλέον στην περίπτωση που χρησιμοποιείται κάποιο διάκενο, κατά την διάσπαση, η ύπαρξη περισσότερων ελαττωματικών μονωτήρων μπορεί να οδηγήσει σε υπερπήδηση. Ακόμη είναι χρονοβόρα δεδομένου ότι εφαρμόζεται στην κάθε μονάδα ενός αλυσοειδή μονωτήρα, ενώ αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχει η πιθανότητα μη εντοπισμού ελαττωματικών μονωτήρων όταν αυτοί μπορούν να διατηρούν στα άκρα τους διαφορά δυναμικού. Μέτρηση της αντίστασης ή του ρεύματος διαρροής Με την εφαρμογή ενός παλμού Υ.Τ. μετράται η αντίσταση ενός μονωτήρα ή το ρεύμα που διαρρέει. Με τον τρόπο αυτό μπορούν να εντοπισθούν μονάδες οι οποίες έχουν υποστεί διάτρηση. Η μέθοδος μπορεί να εφαρμοστεί υπό τάση ή εκτός τάσης, χρησιμοποιώντας τον αντίστοιχο εξοπλισμό. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μέτρηση πρέπει να γίνεται υπό ξηρές συνθήκες (RH<50%) ώστε να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση της επιφανειακής αγωγιμότητας. 80

87 Καταγραφή του ηλεκτρικού πεδίου Με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού καταγράφεται το ηλεκτρικό πεδίο κατά μήκος του μονωτήρα. Το ενδεχόμενο ύπαρξης κάποιας ελαττωματικής μονάδας συνεπάγεται απότομη μεταβολή της τιμής ή της διεύθυνσης του ηλεκτρικού πεδίου. Ως μέθοδος χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη ευαισθησία σε σχέση με την μέτρηση της διαφοράς δυναμικού ή την μέτρηση της αντίστασης. Ακόμη αξίζει να σημειωθεί ότι έχει συχνά χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε κεραμικούς μονωτήρες. Ακουστικές μέθοδοι Η ύπαρξη ρωγμών ή κενών επηρεάζει την διάδοση του ήχου στον όγκο της πορσελάνης. Έτσι για την ανίχνευση ατελειών έχουν αναπτυχθεί και ακουστικές μέθοδοι. Θερμοσκόπηση Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό μονωτήρων που έχουν υποστεί διάτρηση. Πραγματοποιείται υπό υγρές συνθήκες (πλύσιμο υπό τάση ή βροχή), όπου ένας υγιής μονωτήρας χαρακτηρίζεται από μια θερμή περιοχή στο pin, σε αντίθεση με ένα μονωτήρα που έχει υποστεί διάτρηση, δεδομένου ότι ο τελευταίος δεν υποστηρίζει τάση Μέθοδοι για συνθετικούς μονωτήρες Στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων η κατανομή της τάσης διαφέρει σημαντικά (περισσότερο μη γραμμική) σε σχέση με τους κεραμικούς. Αυτό οφείλεται στην γεωμετρία των μονωτήρων και στην απουσία των ενδιάμεσων μεταλλικών τμημάτων (cap, pin) που υπάρχουν στους κεραμικούς μονωτήρες. Έτσι οι περισσότερες μέθοδοι που εφαρμόζονται στους κεραμικούς μονωτήρες, όπως η μέτρηση της διαφοράς δυναμικού δεν μπορούν να εφαρμοστούν στην περίπτωση αυτή. Επιπλέον τα προβλήματα στην περίπτωση των συνθετικών μονωτήρων διαφέρουν σε σχέση με τους κεραμικούς. Προβλήματα πριν την τοποθέτηση Ελαττωματικός FPR πυρήνας Ύπαρξη αγώγιμων προσμίξεων στον FPR πυρήνα ή οργανικό περίβλημα Ελλιπής στεγανοποίηση του FPR πυρήνα, εισροή υγρασίας 81

88 Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει αποδεκτή μέθοδος για τον εντοπισμό των παραπάνω προβλημάτων πριν την εγκατάσταση ενός μονωτήρα, παρά το γεγονός ότι έχει διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα πολλών τύπων δοκιμών. Προβλήματα μετά την τοποθέτηση Απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας Διάβρωση και tracking Αλλοίωση της επιφάνειας λόγω εκκενώσεων Corona ή ακτινοβολίας UV Αποσύνθεση του περιβλήματος ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης Αποκάλυψη του FPR πυρήνα Διάτρηση του περιβλήματος Φθαρμένες μεταλλικές απολήξεις ή δακτύλιοι στεγανοποίησης Πρέπει να σημειωθεί ότι σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις με εξαίρεση την περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας και την επίδραση της UV ακτινοβολίας, απαιτούν την άμεση αντικατάσταση του μονωτήρα Μέθοδοι εντοπισμού Οπτικός έλεγχος Εικόνα 4.8: Οπτικός έλεγχος από έμπειρο προσωπικό [1] Θερμοσκόπηση Με την χρήση κάμερας καταγραφής του υπέρυθρου φάσματος μετράται η κατανομή της θερμοκρασίας κατά του μήκους του μονωτήρα. Σε ένα υγιή μονωτήρα η θερμοκρασία δεν πρέπει να μεταβάλλεται περισσότερο από 3 C, 82

89 με θερμότερη την περιοχή κοντά στον αγωγό Υ.Τ. Σε αντίθετη περίπτωση απαιτείται οπτικός έλεγχος από κοντά. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στον εντοπισμό επιφανειακών προβλημάτων, είναι όμως μη αποτελεσματική όσον αφορά εσωτερικά προβλήματα. Εντοπισμός εκκενώσεων λόγω Corona Η ανίχνευση εκκενώσεων Corona σε ένα συνθετικό μονωτήρα υπό ξηρές συνθήκες είναι πολλές φορές ένδειξη προβλήματος. Με κατάλληλο εξοπλισμό είναι δυνατός ο εντοπισμός είτε της φωτεινής εκπομπής είτε της ακουστικής. Και στις δυο περιπτώσεις πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην διάκριση αντίστοιχων εκπομπών από τον περιβάλλοντα μεταλλικό εξοπλισμό. Εικόνα 4.9: Εντοπισμός κορόνας σε διάφορες θέσεις [1] Μέτρηση του ηλεκτρικού πεδίου Πρόκειται για την ίδια μέθοδο που εφαρμόζεται στους κεραμικούς μονωτήρες με κατάλληλη προσαρμογή του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού. Με την εφαρμογή της μεθόδου είναι δυνατός ο εντοπισμός μεγάλης έκτασης προβλημάτων. Εικόνα 4.10: Ειδικό όργανο μέτρησης ηλεκτρικού πεδίου μονωτήρων [1] 83

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΑΠΟΔΟΣΗ ΤΟΥΣ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ 5.1 Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από 5 διαφορετικές μελέτες [18]-[22] που αναλύουν την συμπεριφορά και την απόδοση διάφορων τύπων μονωτήρων σε συνθήκες υπερπήδησης λόγω ρύπανσης. Στις μελέτες αυτές οι δοκιμές γίνονται σύμφωνα με τις μεθόδους που περιγράφηκαν στο κεφάλαιο 4. Τα δοκίμια που αναφέρονται παρακάτω αρχικά καθαρίζονται καλά ώστε να αφαιρεθούν όλοι οι ρύποι που τυχών υπάρχουν. Έπειτα πραγματοποιούνται οι διαδικασίες σύμφωνα με την μέθοδο στερεού στρώματος (solid layer method) για την ρύπανση των δοκιμίων και στη συνέχεια διαβρέχονται σε ειδικά διαμορφωμένο θάλαμο με υδατονέφωση. Σε κάθε δοκιμή υπολογίζονται: Το 50% της τάσης υπερπήδησης U 50% με τη χρήση του ακόλουθου τύπου Ui ni U50% (kv) N όπου: U i εφαρμοζόμενο επίπεδο τάσης n i αριθμός των δοκιμών στην ίδια τάση U i N αριθμός των έγκυρων δοκιμών Η πεδιακή ένταση της τάσης υπερπήδησης ως προς το μήκος ερπυσμού L U50% L (kv/cm) L 84

91 H πεδιακή ένταση της τάσης υπερπήδησης ως προς το αξονικό μήκος (ή την απόσταση ξηρού τόξου) h U50% h (kv/cm) h 5.2 Αποτελέσματα Στην πρώτη μελέτη [18] τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν : Μονωτήρας τύπου disc Μονωτήρας τύπου pin Μονωτήρας τύπου post Μονωτήρας τύπου shackle Συνθετικός Μονωτήρας Έπειτα από τις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν προέκυψε ότι η τάση U 50% για το μονωτήρα τύπου pin και shackle είναι παρόμοια με αυτήν του μονωτήρα τύπου disc, ενώ είναι σημαντικά μικρότερη από το συνθετικό μονωτήρα. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχει μια διαφορά στην τεχνητή ρύπανση και στην ικανότητα μεταφοράς της υδροφοβικότητας μεταξύ πορσελάνινων και συνθετικών μονωτήρων. Συγκρίνοντας τις πεδιακές εντάσεις της υπερπήδησης της ρύπανσης οι E L και E h για το συνθετικό μονωτήρα είναι πολύ υψηλότερη από όλους τους άλλους τύπους, γεγονός που υποδεικνύει ότι η απόδοση υπερπήδησης της ρύπανσης των συνθετικών long rod μονωτήρων είναι πολύ ανώτερη από εκείνη των πορσελάνινων μονωτήρων. Όσο αναφορά τους πορσελάνινους μονωτήρες τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο μονωτήρας τύπου post είναι καλύτερος από τους μονωτήρες τύπου disc pin και shackle. Ο disc μονωτήρας είναι καλύτερος από τους μονωτήρες τύπου pin και shackle. Οι μονωτήρες τύπου pin και shackle είναι παρόμοιοι στις αποδόσεις τους. 85

92 Στην δεύτερη μελέτη [19] τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: Πορσελάνινος δισκοειδείς μονωτήρας Συνθετικός silicon rubber μονωτήρας Από τα αποτελέσματα των δοκιμών προκύπτει ότι στην περίπτωση του silicon rubber μονωτήρα η τάση διάσπασης αυξήθηκε προκαλώντας μείωση του ρεύματος διαρροής εξαιτίας της υδρόφοβης επιφάνειάς του. Ενώ η τάση διάσπασης του πορσελάνινου μονωτήρα μειώθηκε προκαλώντας αύξηση του ρεύματος διαρροής με το επίπεδο ρύπανσης εξαιτίας της υδρόφιλης επιφάνειάς του. Στην επόμενη μελέτη [20] τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: Μονωτήρας τύπου line post του συστήματος διανομής 22kV 86

93 Μονωτήρας τύπου pin post του συστήματος διανομής 22kV Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι διαστάσεις των μονωτήρων, με Η το ύψος της διάταξης, D η διάμετρος του πτερυγίου και L το μήκος ερπυσμού. Τύπος Μονωτήρα Η (mm) D (mm) L (mm) Pin post Line post Στις δοκιμές κάτω από ξηρές συνθήκες προέκυψε ότι ο μονωτήρας τύπου pin post έχει υψηλότερες τιμές E h και E L γεγονός που σημαίνει ότι η αντιρρυπαντική επίδοση του μονωτήρα τύπου pin post είναι ανώτερη από εκείνη του τύπου line post. Οι δοκιμές υπό συνθήκες υδατονέφωσης έδειξαν ότι η Ε h του pin post μονωτήρα είναι χαμηλότερη από τον line post μονωτήρα, αλλά η E L του pin post μονωτήρα είναι υψηλότερη από αυτή του line post μονωτήρα. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση της ρύπανσης του pin post μονωτήρα είναι ανώτερη από αυτή του line post μονωτήρα. Η επίδραση της ESDD στον line post μονωτήρα είναι υψηλότερη από ότι στον pin post μονωτήρα. Επομένως ο pin post μονωτήρας έχει πλεονέκτημα έναντι του line post μονωτήρα σε περιοχές με σοβαρή ρύπανση. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η απόδοση της υπερπήδησης της ρύπανσης των pin post μονωτήρων επηρεάζονται από τα σχήματα του πτερυγίου τους. 87

94 Στην τέταρτη μελέτη [21] τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: Πορσελάνινος μονωτήρας τύπου ομίχλης Δισκοειδής μονωτήρας τύπου γυαλιού Συνθετικός μονωτήρας τύπου long rod Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται οι διαστάσεις των μονωτήρων, με Η το ύψος της διάταξης, D η διάμετρος του πτερυγίου και L το μήκος ερπυσμού. Υλικό Η (cm) D (cm) L (cm) Πορσελάνη Γυαλί Συνθετικό Πριν την εφαρμογή της τεχνητής ρύπανσης η τάση υπερπήδησης που μετρήθηκε ήταν υψηλότερη στον συνθετικό μονωτήρα από αυτή των μονωτήρων γυαλιού και πορσελάνης. Στην έρευνα αυτή έγινε προσπάθεια προσομοίωσης τόσο της παράκτιας ρύπανσης όσο και της ρύπανσης που υπάρχει σε περιβάλλον ερήμου. Από τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών παρατηρήθηκε ότι η τάση υπερπήδησης μειώνεται σε σχέση με την αντίστοιχη αύξηση των τιμών ESDD και NSDD (επίπεδο ρύπανσης). Ακόμα ο πορσελάνινος μονωτήρας τύπου ομίχλης δίνει καλύτερα αποτελέσματα (καλύτερη αντιρρυπαντική απόδοση και υψηλότερη ικανότητα υπερπήδησης) λόγω της διαμόρφωσης του υλικού του (μεγαλύτερο μήκος ερπυσμού από τους υπόλοιπους μονωτήρες) και στις δύο περιοχές ρύπανσης. Ενώ παρόμοια τάση υπερπήδησης παρουσιάζεται στον γυάλινο και συνθετικό μονωτήρα στην παράκτια ρύπανση. Στο περιβάλλον ερήμου, ο 88

95 γυάλινος είναι καλύτερος από τον συνθετικό εξαιτίας των διαφορετικών αναλογιών της συμβολής της ρύπανσης Από τους τρεις τύπους μονωτήρων, οι πεδιακές εντάσεις υπερπήδησης του γυάλινου μονωτήρα ήταν υψηλότερες σε σχέση με τον πορσελάνινο και συνθετικό μονωτήρα και στις δυο περιοχές (παράκτια και ερήμου), επειδή το μήκος ερπυσμού και η απόσταση μόνωσης του γυάλινου μονωτήρα ήταν χαμηλότερα σε σχέση με τους άλλους μονωτήρες. Στην τελευταία μελέτη [22] τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν Πορσελάνινοι μονωτήρες Γυάλινοι μονωτήρες Συνθετικοί μονωτήρες Στην εικόνα και στον πίνακα που ακολουθούν φαίνονται τα προφίλ και τα χαρακτηριστικά των μονωτήρων. Στους πίνακες που ακολουθούν φαίνονται οι διαστάσεις των μονωτήρων, με Η το ύψος της διάταξης, D η διάμετρος του πτερυγίου και L το μήκος ερπυσμού. 89