ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ "ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2011"

Transcript

1 Ε. Π. Ανταγωνιστικότητα και Επιχειρηματικότητα (ΕΠΑΝ ΙΙ), ΠΕΠ Μακεδονίας Θράκης, ΠΕΠ Κρήτης και Νήσων Αιγαίου, ΠΕΠ Θεσσαλίας Στερεάς Ελλάδας Ηπείρου, ΠΕΠ Αττικής ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ "ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2011" Συμπράξεις Παραγωγικών και Ερευνητικών Φορέων σε Εστιασμένους Ερευνητικούς και Τεχνολογικούς Τομείς ΕΡΓΟ: POLYDIAGNO ΚΩΔΙΚΟΣ: 11ΣΥΝ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ/ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ/ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΠΑΙΘΡΙΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΑΓΝΩΣΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΞ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΣ ΚΑΙ ΣΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΧΡΟΝΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥΣ Ενότητα εργασίας 2 (19/10/ /06/2015) ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ Π2.1 (μήνας παράδοσης: Μ21) ΕΚΘΕΣΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΗΤΗΣ ΓΗΡΑΝΣΗΣ ΣΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΜΟΝΩΤΗΡΩΝ Υπεύθυνος φορέας: Διαχειριστής Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΔΔΗΕ) Άλλοι συμμετέχοντες φορείς: (α) Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας - Εργαστήριο Προηγμένων Πηγών και Συστημάτων Λέιζερ (ΙΗΔΛ-ΙΤΕ) (β) Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Κρήτης (ΗΛΕΚ-ΤΕΙΚ) Σεπτέμβριος 2015

2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Προοίμιο.. 3 Εισαγωγή Επίδραση της γήρανσης σε πραγματικές συνθήκες 6 Αναφορές Γήρανση σε εργαστηριακές συνθήκες Επιλογή μονωτήρων Ρυπαντικός Χάρτης Συγκριτικές Μετρήσεις στον Σταθμό Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ. 13 Αναφορές Εργαστηριακή καταπόνηση στο εργαστήριο Υψηλών Τάσεων (Υ.Τ) του ΤΕΙ Κρήτης Inclined Plane Test (I.P.T) - Δοκιμή του κεκλιμένου επιπέδου Αποτελέσματα I.P.T Αναφορές Καταπόνηση σε πραγματικές συνθήκες Τοποθέτηση στον σταθμό δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ Αισθητήρες ρεύματος Καταγραφικά συστήματα ρεύματος διαρροής Hardware Καταγραφικά συστήματα ρεύματος διαρροής Software Μέτρηση του ρεύματος διαρροής Γενική διάταξη Μέτρηση μετεωρολογικών δεδομένων Hardware. 42 Αναφορές Σελίδα 2 από 46

3 Προοίμιο Η παρούσα έκθεση αφορά το παραδοτέο Π2.1 της Ενότητας Εργασίας 2 του έργου με τίτλο «Διερεύνηση της συμπεριφοράς συνθετικών/πολυμερικών μονωτήρων/υλικών σε εφαρμογές υπαίθριων εγκαταστάσεων υψηλών τάσεων και ανάπτυξη διαγνωστικής τεχνικής για την εξ αποστάσεως και σε πραγματικό χρόνο αξιολόγηση της λειτουργικότητας τους» (κωδικός 11ΣΥΝ ), το οποίο υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης Εθνικής Εμβέλειας «Συνεργασίας 2011», Συμπράξεις Παραγωγικών και Ερευνητικών Φορέων σε Εστιασμένους Ερευνητικούς και Τεχνολογικούς Τομείς με την συμμετοχή των φορέων: (α) Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας - Εργαστήριο Προηγμένων Πηγών και Συστημάτων Λέιζερ (ΙΗΔΛ-ΙΤΕ) (β) Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ, ΤΕΙ Κρήτης (ΗΛΕΚ-ΤΕΙΚ) (γ) Διαχειριστής Ελληνικού Δικτύου Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΔΕΔΔΗΕ) (δ) ENTEC Green Economy Consultants (ENTEC) Η Ενότητα Εργασία 2 αφορά την «Γήρανση σε πραγματικές και εργαστηριακές συνθήκες και επίδρασή της στα βασικά χαρακτηριστικά και στην λειτουργική κατάσταση των μονωτήρων» και σε αυτήν δραστηριοποιήθηκαν οι συμμετέχοντες φορείς και για την υλοποίηση του συνεργάστηκαν οι φορείς ΗΛΕΚ-ΤΕΙΚ, ΔΕΔΔΗΕ και ΙΗΔΛ-ΙΤΕ. Τα συμπεράσματα της μελέτης συνοπτικά είναι: (α) Η επίδραση της γήρανσης στα βασικά χαρακτηριστικά και στην λειτουργική κατάσταση των μονωτήρων είναι πολυποίκιλη και σε πραγματικές συνθήκες αυτή καταγράφεται κυρίως με οπτικές παρατηρήσεις (μακροσκοπική υποβάθμιση). (β) Με βάση την επικινδυνότητα δύναται να ακολουθηθεί διαχωρισμός σε 5 βασικές κατηγορίες (γ) Η διερεύνηση σε εργαστηριακές συνθήκες δύναται να προσδώσει μεγαλύτερη κατανόηση στην διασύνδεση καταπόνησης (γήρανσης) και λειτουργικής υποβάθμισης. (δ) Οι διατάξεις και ο εξοπλισμός για την εργαστηριακή καταπόνηση αλλά και την παρακολούθηση σε πραγματικές συνθήκες, όπως αναφέρεται σε σχετικές οδηγίες και πρότυπα, μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά αυξάνοντας την αποτελεσματικότητα και συμπιέζοντας το κόστος (ε) Μια δειγματοληπτική εξέταση μονωτήρων από ορθά επιλεγμένα σημεία του δικτύου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οδηγός για την διεξαγωγή συνολικών συμπερασμάτων. (ζ) Η διερεύνηση σε εργαστηριακές συνθήκες δύναται να χρησιμοποιηθεί για την διεξαγωγή συγκριτικών δοκιμών (δοκιμές τύπου) νέων μονωτήρων. Τα αποτελέσματα της έκθεσης αυτής, εκτός από την χρησιμότητα τους για την ολοκλήρωση των επόμενων ενοτήτων εργασίας συμπεριλαμβάνονται σε μία δημοσίευση και 5 ανακοινώσεις σε συνέδρια που έχουν ή πρόκειται να λάβουν χώρα (κατά περίπτωση) μέχρι την ολοκλήρωση της ενότητας εργασίας, σύμφωνα με το Τεχνικό Παράρτημα του Έργου (σ. 19). Αξίζει να σημειωθεί ότι αναφορά στο έργο έγινε και στο άρθρο-αφιέρωμα του R. Znaidi στο διεθνές περιοδικό που ασχολείται αποκλειστικά με θέματα μονώσεων INMR (Insulator News & Marketing Report): "Co-operation with Local Academia Delivers Benefits for Greek Power Utility", INMR, Issue 107, Q1, pp , 2015 Σελίδα 3 από 46

4 Επιπροσθέτως, αναφορά στα αποτελέσματα του έργου έγιναν σε πρόσφατα δημοσιευμένες εργασίες ευρύτερων σχημάτων συνεργασίας όπως οι παρακάτω: [1] M. Dimitropoulou, D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, M. Danikas, "Comparative Investigation of Pollution Accumulation and Natural Cleaning for Different HV Insulators", Engineering, Technology & Applied Science Research, Vol. 5, No. 2, pp , 2015 [2] M. Dimitropoulou, D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, M. Danikas, "Insulation coordination and pollution measurements in the island of Crete", International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM), July, 2015 Sydney, Australia [3] D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis,"Comparative Investigation of Silicone Rubber Composite and Room Temperature Vulcanized Coated Glass Insulators Installed in Coastal Overhead Transmission Lines", IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 31, No. 2, pp , 2015 Σελίδα 4 από 46

5 Εισαγωγή Οι μονωτήρες αποτελούν ένα κομμάτι εξοπλισμού χαμηλού κόστους, το οποίο χρησιμοποιείται σε όλες τις εγκαταστάσεις κατά μήκος ενός δικτύου παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Η σπουδαιότητα του ρόλου του είναι αντιστρόφως ανάλογη του κόστους του, καθώς ενδεχόμενη αστοχία (σφάλμα) ενός και μόνο μονωτήρα έχει ως αποτέλεσμα ευρύτερες διαταραχές στο δίκτυο, οι οποίες εξαρτώνται από την θέση/ρόλο του συγκεκριμένου μονωτήρα αλλά και από τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά του δικτύου. Τα αποτελέσματα αυτά συμπεριλαμβάνουν διακοπές τροφοδοσίας (προσωρινές ή μη), εισαγωγή ανισορροπίας στο δίκτυο και πιθανές βλάβες εξαιρετικά πιο κρίσιμων (και υψηλού κόστους) κομματιών εξοπλισμού. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ακόμα και στην ευνοϊκότερη περίπτωση, ενός ορθά και άμεσα εκκαθαριζόμενου παροδικού σφάλματος, υφίσταται έμμεσο συγκεκαλυμμένο κόστος λόγω των φθορών που επέρχονται στα διακοπτικά στοιχεία των συστημάτων προστασίας. Έτσι, η διερεύνηση της συμπεριφοράς των μονωτήρων, και μάλιστα σε βάθος χρόνου, είναι ένα ζήτημα που ενδιαφέρει ιδιαίτερα τις Ηλεκτρικές Εταιρείες. Παρότι όμως ο λειτουργικός σκοπός των μονωτήρων είναι προφανής, η λειτουργία τους επηρεάζεται από ένα πλήθος δύσκολα (αν όχι αδύνατα) προβλέψιμων και μοντελοποιήσιμων παραγόντων. Η ορθή επιλογή σχετίζεται άμεσα με τις τοπικές συνθήκες λειτουργίας και οι νέες προτεινόμενες τεχνολογίες (σχεδιασμός, υλικά) πρέπει να διανύσουν μακρύ δρόμο από την πρόταση τους μέχρι την υιοθέτηση από τις ηλεκτρικές εταιρείες. Η πορεία αυτή περιλαμβάνει εργαστηριακές δοκιμές, παρακολούθηση σε υπαίθριους σταθμούς δοκιμών, δοκιμαστική τοποθέτηση μικρής κλίμακας στο δίκτυο και τέλος ευρεία χρήση τους (όπου κρίνεται σκόπιμο). Η επιλογή συνδέεται και με τις καιρικές και περιβαλλοντικές συνθήκες του τόπου εφαρμογής αλλά και άλλους παράγοντες με έντονα τοπικό χαρακτήρα (π.χ. ύπαρξη άγριας ζωής). Συνεπώς για την ορθή επιλογή μονωτήρων συνυπολογίζεται η διεθνής εμπειρία και βιβλιογραφία, η πρότερη εμπειρία της ίδιας της ηλεκτρικής εταιρείας από την υπό συζήτηση περιοχή (ή από περιοχές με παρόμοια χαρακτηριστικά) καθώς και μετρήσεις (εφόσον υπάρχουν) που αποδίδουν έναν χάρτη συνθηκών της περιοχής. Στην έκθεση για την προηγούμενη ενότητα εργασίας [1] αναφέρθηκαν οι μηχανισμοί γήρανσης συνθετικών μονωτήρων, δόθηκαν ορισμένες βασικές πληροφορίες για το δίκτυο Κρήτης και την πολιτική που έχει ακολουθήσει ο ΔΕΔΔΗΕ (και παλιότερα η ΔΕΗ) για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της ρύπανσης, περιγράφηκε το χρονοδιάγραμμα σταδιακής υιοθέτησης και εισαγωγής στο δίκτυο των συνθετικών πολυμερικών μονωτήρων ενώ έγινε και σύντομη αναφορά σε μετρήσεις ρύπανσης και στις εργαστηριακές διατάξεις και διαδικασίες αξιολόγησης. Στην παρούσα έκθεση θα γίνει ενημέρωση των στοιχείων όπου αυτό χρειάζεται ενώ θα γίνει εκτενής αναφορά στην επίδραση της γήρανσης στα λειτουργικά χαρακτηριστικά και στην λειτουργική κατάσταση των συνθετικών μονωτήρων. Ειδικό βάρος δίνεται στην θέαση του προβλήματος από την πλευρά της ηλεκτρικής εταιρείας, γίνεται ειδική μνεία στον ενημερωμένο χάρτη ρύπανσης της Κρήτης ενώ παρατίθεται μια συνεκτική αναφορά των μακροσκοπικών αποτελεσμάτων της γήρανσης σε αντιστοιχία με τον βαθμό επικινδυνότητας. Σελίδα 5 από 46

6 1. Επίδραση της γήρανσης σε πραγματικές συνθήκες Η ακόλουθη παράγραφος μπορεί να θεωρηθεί ως συμπληρωματική των αναφερομένων στο παραδοτέο της πρώτης ενότητας εργασίας [1]. Εκεί παρατίθεται μεταξύ άλλων το σχετικό υπόβαθρο που αφορά τα είδη καταπονήσεων, τα χαρακτηριστικά, την χημική σύσταση, τον μηχανισμό ανάκαμψης της υδροφοβίας και τους μηχανισμούς λειτουργικής υποβάθμισης των μονωτήρων. Στην συνέχεια το βάρος θα δοθεί στο αποτέλεσμα που έχει η καταπόνηση στους μονωτήρες όπως αυτή καταγράφεται (και εκλαμβάνεται) σε συνθήκες πραγματικής λειτουργίας, αξιοποιώντας σχετικές αναφορές και πρότυπα που βασίζονται στις παρατηρήσεις εταιρειών που δραστηριοποιούνται στον τομέα μεταφοράς ηλεκτρικού ρεύματος. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι όπως είναι προφανές, η κατηγοριοποίηση αφορά οπτικές παρατηρήσεις. Αρχικά να σημειωθεί ότι τη υποβάθμιση της λειτουργικότητας ενός μονωτήρα μπορεί να είναι ελαφρά, βαριά ή και τελεία (οπότε και έχουμε αστοχία του μονωτήρα). Στην αγγλική, χρησιμοποιούνται οι όροι deterioration, damage, failure για να σηματοδοτήσουν τις τρεις αυτές έννοιες. Με τον όρο deterioration (υποβάθμιση) εννοείται η αισθητική ή επιφανειακή υποβάθμιση του μονωτήρα λόγω γήρανσης η οποία δεν αναμένεται να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην λειτουργικότητά του ή στον χρόνο ζωής του. Στην κατηγορία αυτή συμπεριλαμβάνεται ο αποχρωματισμός, η κιμωλίαση (chalking), η επιφανειακή ρηγματοποίηση (crazing), η διάβρωση των μεταλλικών μερών, η διαρροή υλικού (grease leakage), η ελαφριά διάβρωση (light erosion), ο μη εκτεταμένος διαχωρισμός (minor debonding) και oι μη εκτεταμένες τομές (minor splitting/cutting). Παραδείγματα ώστε να γίνουν και πιο κατανοητοί οι όροι, παρατίθενται στις Εικόνες [2-4] Εικόνα 1.1 αποχρωματισμό και κιμωλίαση (chalking) Σελίδα 6 από 46

7 Εικόνα 1.2 Επιφανειακή ρηγματοποίηση (crazing) και διάβρωση των μεταλλικών μερών Εικόνα 1.3 Διαρροή υλικού (grease leakage) και ελαφριά διάβρωση (light erosion) Εικόνα 1.4 Ελαφρύς διαχωρισμός πτερυγίων (minor debonding) και μη εκτεταμένες τομές περιβλήματος (minor splitting/cutting) Με τον όρο damage περιγράφονται υποβαθμίσεις που έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην λειτουργική κατάσταση του μονωτήρα ή/και στον χρόνο ζωής του αλλά δεν σημαίνουν και άμεση αστοχία. Είναι αποτέλεσμα εκτεταμένης υποβάθμισης ή/και λανθασμένων χειρισμών κατά την μεταφορά/αποθήκευση/τοποθέτηση. Μεταξύ αυτών αναφέρονται η απογύμνωση του πυρήνα (core exposure), οι εκτεταμένες τομές (splitting/cutting), η διάβρωση, η αποφλοίωση (peeling), η διάτρηση (puncture) και ο σχηματισμός αγώγιμων καναλιών άνθρακα (tracking). Σελίδα 7 από 46

8 Εικόνα 1.5 Aπογύμνωση του πυρήνα (core exposure) και εκτεταμένες τομές Εικόνα 1.6 Διάβρωση και αποφλοίωση (peeling) Εικόνα 1.7 Διάτρηση (puncture) και σχηματισμός αγώγιμων καναλιών άνθρακα (tracking). Στην κατηγορία της πλήρους αστοχίας περιλαμβάνονται μηχανικές (θραύσεις) αλλά και ηλεκτρικές (υπερπηδήσεις). Σελίδα 8 από 46

9 Εικόνα 1.8 Θραύση και πλήρη αστοχία μονωτήρων Εικόνα 1.9 Μονωτήρας που αφαιρέθηκε από το δίκτυο Κρήτης λόγω υπερπήδησης που προήλθε από τις ακαθαρσίες πουλιών (bird droppings) Όπως γίνεται αντιληπτό, οι διάφοροι τύποι υποβάθμισης μπορεί να παρουσιαστούν σε διαφορετικά μέρη του μονωτήρα και με ποικίλη έκταση/σοβαρότητα. Μία βασική κατηγοριοποίηση των τύπων υποβάθμισης σε σχέση με τα μέρη του μονωτήρα φαίνεται στην Εικόνα 1.10 Σελίδα 9 από 46

10 Εικόνα 1.10 Τύποι υποβάθμισης και μέρη μονωτήρα. Όσον αφορά την βαρύτητα του προβλήματος και την ανάγκη παρέμβασης προτείνονται πέντε βασικές κατηγορίες: Βαθμίδα Επεξήγηση Δράση A Πολύ κατάσταση καμία B Χαμηλής σοβαρότητας επανέλεγχος C Μεσαίας σοβαρότητας αντικατάσταση σε πρώτη ευκαιρία D Υψηλής σοβαρότητας άμεση αντικατάσταση E Πλήρη αστοχία αναγκαστική άμεση αντικατάσταση (σφάλμα) Στην κατηγορία Ε εμπίπτουν οι μονωτήρες που έχουν υποστεί θραύση ή υπερπήδηση. Η χρεία άμεσης επέμβασης είναι προφανής σε αυτήν την περίπτωση οπότε το ενδιαφέρον επικεντρώνεται κυρίως στις κατηγορίες B, C, D. Προφανώς οι τύποι υποβάθμισης που εμπίπτουν στον χαρακτηρισμό deterioration εμπίπτουν στην κατηγορία Β (ή και Α). Γενικά πέρα από τον τύπο, σημασία έχει και η έκταση του προβλήματος και έτσι μια αυστηρή Σελίδα 10 από 46

11 κατηγοριοποίηση δεν είναι εύκολη. Αντίθετα ακολουθούνται ποιοτικές προσεγγίσεις (με χρήση πρότυπων εικόνων) αλλά και ορισμένοι βασικοί κανόνες. Έτσι, πι εκτεταμένες τομές θεωρούνται κατηγορίας C όταν έχει επέλθει πλήρης διαχωρισμός των πτερυγίων ή αν η τομή πλησιάζει προς το κεντρικό μέρος (sheath) (αλλιώς Β). H διάτρηση των πτερυγίων θεωρείται κατηγορίας Β ενώ αν υπάρχει διάτρηση και του sheath τότε θεωρείται κατηγορίας C. Η απογύμνωση του πυρήνα θεωρείται γενικά κατηγορίας D όπως και η δημιουργία αγώγιμων δρόμων άνθρακα. Επίσης άμεση αντικατάσταση συνίσταται αν στα μεταλλικά μέρη έχει επέλθει μεταβολή του σχήματος λόγω εκκενώσεων (τόξων). Αναφορές [1] Παραδοτέο Π1.1, «Φυσικές και χημικές παράμετροι που επηρεάζουν την λειτουργική κατάσταση συνθετικών μονωτήρων υψηλής τάσης», Δράση Εθνική Εμβέλειας «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2011», Έργο: POLYDIAGNO, Κωδικός (11ΣΥΝ ), Οκτώβριος 2014 [2] STRI Guide 3, Composite Insulator Status Program: Field inspection of composite line insulators, 2015 [3] STRI Guide 5, Guide for Visual Identification of Deterioration & Damages on Suspension Composite Insulators, 2003 [4] CIGRE WG B2.03, Guide for the establishment of naturally polluted insulator testing stations, 2007 Σελίδα 11 από 46

12 2. Γήρανση σε εργαστηριακές συνθήκες Επιλογή μονωτήρων Η παράγραφος αυτή θα πρέπει να εκληφθεί ως συμπληρωματική των παραγράφων της έκθεσης της προηγούμενης ενότητας εργασίας. Να σημειωθεί ότι οι δοκιμές στο εργαστήριο αφορούν τους μονωτήρες που αφαιρέθηκαν από το δίκτυο [1] ενώ έχουν διεξαχθεί και σε έναν νέο μονωτήρα (αχρησιμοποίητο) ο οποίος χρησιμεύει σαν έλεγχος. Φωτογραφίες από τους μονωτήρες καθώς και η ταυτότητά τους και τα έτη λειτουργίας στο δίκτυο φαίνονται στην Εικόνα 2.1. Επίσης παρατίθεται μια εκτίμηση του βαθμού ρύπανσης της ευρύτερης περιοχής όπως αυτή προκύπτει από την τελευταία εκδοχή του χάρτη ρύπανσης Κρήτης (Εικόνα 3.1) ο οποίος είναι σε συμφωνία με την εμπειρία των υπεύθυνων γραμμών μεταφοράς του ΔΕΔΔΗΕ. Νο. 8 Νο. 12 Νο. 13 Νο. 14 Νο. 15 Νο. 16 Νο. 17 Νο. 18 νέος ΛΜ 6 ΛΜ 47 ΜΙ 201 ΛΧΙΙ 106 ΛΙΙ 49 ΛΧΙΙ 102 ΛΙΙ Βαριά Ελαφριά Βαριά Μέτρια Βαριά Μέτρια Βαριά Σελίδα 12 από 46

13 3. Ρυπαντικός Χάρτης Συγκριτικές Μετρήσεις στον Σταθμό Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ Πρέπει να σημειωθεί ότι για την κατάρτιση του τελικού ρυπαντικού χάρτη της Εικόνας 2, ελήφθησαν υπόψη συγκριτικές μετρήσεις ρύπανσης που διεξήχθησαν στον Σταθμό Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ ώστε να προκύψουν οι συντελεστές διόρθωσης της Εικόνας 3.2 [1-6]. Εικόνα 3.1. Η τοποθεσία των Πύργων από τους οποίους αφαιρέθηκαν οι υπό μελέτη μονωτήρες, τα έτη λειτουργίας τους στο δίκτυο και η πλέον πρόσφατη εκδοχή του ρυπαντικού χάρτη Κρήτης. Εικόνα 3.2. Συντελεστές συσχέτισης για μονωτήρες διαφορετικού υλικού επιφάνειας και γεωμετρικού σχεδιασμού Σελίδα 13 από 46

14 Εικόνα 3.3. Μονωτήρας εκτός τάσης τοποθετημένος στον μεταλλικό σκελετό Πύργου 150kV και στιγμιότυπα κατά τις μετρήσεις ρύπανσης (ESDD και NSDD) αψίδα μετρήσεων ρύπανσης Εικόνα 3.4. Τρισδιάστατο μοντέλου του Σταθμού Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ όπου απεικονίζεται η θέση της αψίδας συγκριτικών μετρήσεων Σελίδα 14 από 46

15 Εικόνα 3.5. Αναλυτικά αποτελέσματα των συγκεντρωτικών συγκριτικών μετρήσεων ρύπανσης στον Σταθμό Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ καθώς και σχετικές φωτογραφίες από τους μονωτήρες και την τρισδιάστατη σχεδίασή τους Σελίδα 15 από 46

16 Αναφορές [1] Παραδοτέο Π1.1, «Φυσικές και χημικές παράμετροι που επηρεάζουν την λειτουργική κατάσταση συνθετικών μονωτήρων υψηλής τάσης», Δράση Εθνική Εμβέλειας «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ 2011», Έργο: POLYDIAGNO, Κωδικός (11ΣΥΝ ), Οκτώβριος 2014 [2] D. Pylarinos, K. Siderakis, I. Pellas, E. Thalassinakis, Assessing Pollution of Outdoor Insulators in the Cretan Power System, 18th International Conference on Circuits, Systems, Communications and Computers (CSCC 2014), Santorini, Greece, July 17-21, [3] D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, R&D in TALOS High Voltage Test Station- Assessing aging and performance of polymer insulators, 13th International Conference on Circuits, Systems, Electronics, Control & Signal Processing (CSECS '14), Lisbon, Portugal, October 30-November 1, 2014 [4] D. Pylarinos, K. Siderakis, N. Mavrikakis, E. Thalassinakis, "Mapping HV Insulators Pollution in the Mediterranean Island of Crete", 9th International Conference on Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, Nicosia, Cyprus, September, 2014 [5] M. Dimitropoulou, D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, M. Danikas, "Comparative Investigation of Pollution Accumulation and Natural Cleaning for Different HV Insulators", Engineering, Technology & Applied Science Research, Vol. 5, No. 2, pp , 2015 [6] M. Dimitropoulou, D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, M. Danikas, "Insulation coordination and pollution measurements in the island of Crete", International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM), July, 2015 Sydney, Australia. Σελίδα 16 από 46

17 4. Εργαστηριακή καταπόνηση στο εργαστήριο Υψηλών Τάσεων (Υ.Τ) του ΤΕΙ Κρήτης Η εργαστηριακή καταπόνηση που πραγματοποιείται στο εργαστήριο Υψηλών Τάσεων (Υ.Τ) του ΤΕΙ Κρήτης προσφέρει την δυνατότητα ελεγχόμενης υποβάθμισης των πολυμερικών μονωτήρων. Τα πλεονεκτήματα της υποβάθμισης υπό ελεγχόμενες συνθήκες είναι: Παραμετροποίηση της επίδρασης των παραγόντων γήρανσης Έλεγχος της έκτασης και του χρόνου υποβάθμισης Συσχέτιση της υποβάθμισης με μεταβολή των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του Χρήση διαφορετικών διαγνωστικών τεχνικών για τον εντοπισμό της υποβάθμισης Για τον λόγο αυτό αναπτύχθηκε πρότυπη εργαστηριακή διάταξη η οποία δύναται να προκαλέσει υποβάθμιση του πολυμερικού περιβλήματος μέσω της ανάπτυξης μερικών εκκενώσεων και ξηρών ζωνών. 4.1 Inclined Plane Test (I.P.T) - Δοκιμή του κεκλιμένου επιπέδου Σκοπός της δοκιμής του κεκλιμένου επιπέδου είναι η αξιολόγηση των μονωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται υπό δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες σε εύρος συχνοτήτων ισχύος από 45Ηz έως 65Ηz, μετρώντας την αντοχή τους έναντι στην ανάπτυξη αγώγιμων οδεύσεων (tracking) και έναντι στην διάβρωση (erosion) που δημιουργούνται από την ταυτόχρονη εφαρμογή αγώγιμου διαλύματος και υψηλής τάσης στην επιφάνεια των κεκλιμένων δοκιμίων [1, 2]. Για διεξαγωγή της δοκιμής του κεκλιμένου επιπέδου κατασκευάστηκε εργαστηριακή διάταξη σύμφωνα με το πρότυπο [2] (Εικ. 4.1). Με την συγκεκριμένη διάταξη επιτυγχάνεται η δημιουργία επιφανειακών ρευμάτων διαρροής στην επιφάνεια των δοκιμίων ως αποτέλεσμα της ταυτόχρονης επιβολής υψηλής τάσης και αγώγιμου υγρού διαλύματος. Για την αξιολόγηση των δειγμάτων επιλέγεται η μέθοδος 2 του προτύπου που ορίζει σταθερή επιβολή τάση για 6 ωρών ή έως την αστοχία των δειγμάτων δηλαδή το ρεύμα διαρροής του δοκιμίου να υπερβεί τα 60 ma για 2 sec. Εικόνα 4.1. Διάταξη Κεκλιμένου επιπέδου Σελίδα 17 από 46

18 Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε μονοφασικός Μ/Σ ανύψωσης 230 V / 7.5 kv ισχύος 7.5 kva του οποίου η τάση εξόδου ρυθμίζεται μεταβάλλοντας την τάση του πρωτεύοντος χρησιμοποιώντας μεταβλητό αυτομετασχηματιστή (variac) (Εικ. 4.2). Ο συγκεκριμένος μετασχηματιστής καλύπτει τις απαιτήσεις του προτύπου IEC [2]. Ο μεταβλητός αυτομετασχηματιστής που χρησιμοποιήθηκε ήταν τριφασικός ισχύος 6 kva ο οποίος μετατράπηκε σε μονοφασικό προκειμένου να είναι εφικτός ο έλεγχος του Μ/Σ. Δεδομένου ότι το μέγιστο ρεύμα που συνιστά το πρότυπο να υπολογίζεται για κάθε δοκίμιο είναι 0,1 Α, η μέγιστη τάση εξόδου όπως ορίζει το ΙEC μπορεί να είναι 6 kv και μπορεί να γίνει ταυτόχρονη καταπόνηση 5 δοκιμίων υπολογίζεται ότι η ελάχιστη ισχύς που θα πρέπει να διαχειρίζεται τόσο ο Μ/Σ όσο και το Variac είναι : 5 δοκίμια x 6 kv x 0.1 A/δοκίμιο = 3kVA. Εικόνα 4.2. Μετασχηματιστής (αριστερά) και μεταβλητός αυτομετασχηματιστής (δεξιά) που χρησιμοποιούνται κατά την διεξαγωγή της δοκιμής του κεκλιμένου επιπέδου Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με τάση 4.5 kv στα 50Ηz. Για την μέτρηση της τάσης εξόδου του Μ/Σ κατασκευάστηκε χωρητικός καταμεριστής από πυκνωτές τύπου ΜΚΤ με μέγιστη τάση λειτουργίας 400V έκαστος. Δεδομένης της μέγιστης τάσης εξόδου του Μ/Σ 7.5kV απαιτούνται τουλάχιστον 19 πυκνωτές εν σειρά. Ο χωρητικός καταμεριστής που κατασκευάστηκε αποτελείται από 25 πυκνωτές τύπου ΜΚΤ 2.2 nf 400 V εν σειρά στην υψηλή τάση οι οποίοι συνδέονται εν σειρά με τον πυκνωτής χαμηλή τάσης τύπου ΜΚΤ 150 nf 1000V. Η ισοδύναμη χωρητικότητα του τμήματος υψηλής τάσης του χωρητικού καταμεριστή είναι: C H 2.2nF 25 88pF. Η χωρητικότητα του τμήματος Χ.Τ είναι C L 150nF. Ο λόγος καταμερισμού του χωρητικού καταμεριστή είναι: V N V H L Z Z Z H H L j j 2 fch 2 fc j 2 fc H L CH C C H L Σελίδα 18 από 46

19 Συνεπώς η μέγιστη στιγμιαία τάση που αναμένεται να αναγνωστεί από την κάρτα καταγραφής για την παραπάνω δοκιμή είναι: VHpeak VL = = = 3.75 V < μέγιστηαντοχή καταγραφικής κάρτας =5 V N 1705 Εν σειρά με την έξοδο υψηλής τάσης του M/Σ συνδέθηκε αντίσταση 33 kω (5%) ανά δοκίμιο. Για να καλύπτεται η απαίτηση του προτύπου που ορίζει ότι η συγκεκριμένη αντίσταση πρέπει να έχει ισχύ 200W κατασκευάστηκε διάταξη με αντιστάσεις άνθρακα εν σειρά που φέρουν εξωτερικά ψύκτρα αλουμινίου συνδέοντας 3 αντιστάσεις των 10 kω 50W και 3 αντιστάσεις των 1kΩ 50 W εν σειρά. Το μέγιστο ρεύμα που μπορούν να φέρουν οι συγκεκριμένες αντιστάσεις υπό πλήρη φόρτιση υπολογίζεται από την σχέση: P R (Σχέση 1) Συνεπώς από την σχέση 1 η αντίσταση των 10kΩ 50W μπορεί να φέρει υπό πλήρη φόρτιση περίπου 70 ma και η αντίσταση 1kΩ 50W περίπου 200mA, συνεπώς καλύπτεται η απαίτηση τερματισμού των 60mA για 2sec. Να αναφερθεί ότι οι παραπάνω αντιστάσεις μπορούν να φέρουν ισχύς περίπου δεκαπλάσια της ονομαστικής για χρόνο 2sec. Τα ηλεκτρόδια (Εικ. 4.3) κατασκευάστηκαν σύμφωνα με τις προδιαγραφές του IEC από λαμαρίνα ανοξείδωτου χάλυβα πάχους 0.5mm βαθμού 304 και για την στήριξή τους χρησιμοποιήθηκαν ανοξείδωτα εξαρτήματα προκειμένου να μην διαβρωθούν κατά την εξέλιξη της δοκιμής. Η κοπή των συγκεκριμένων ηλεκτροδίων έγινε από υπολογιστικά αριθμητικά ελεγχόμενη μηχανή κοπής μετάλλου (CNC) του ΤΕΙ Κρήτης. Εικόνα 4.3. Τρισδιάστατος (αριστερά) και δυσδιάστατος (δεξιά) σχεδιασμός ηλεκτροδίων διάταξης κεκλιμένου επιπέδου. Το αγώγιμο διάλυμα παρασκευάζεται αναμειγνύοντας ποσότητα NH 4 Cl (0.1% w/w), ποσότητα επιφανειοδραστικού διαλύματος Triton X-100( 0.02% w/w) σε απιονισμένο νερό. Η αγωγιμότητα του διαλύματος πρέπει είναι 3.95 Ωm στους 23 ο C και ελέγχεται με την χρήση αγωγιμόμετρου (Εικ. 4.4). Σελίδα 19 από 46

20 Η συνεχής ροή του αγώγιμου διαλύματος στην επιφάνεια του δοκιμίου επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας συσκευή ροής μικροσταγόνων εξασφαλίζοντας σταθερό ρυθμό ροής. Στα πειράματα που εκτελέστηκαν χρησιμοποιήθηκε ρυθμός ροής 0.6 ml/min. Προκειμένου να εξασφαλιστεί η ομοιόμορφη ροή του αγώγιμου διαλύματος στην επιφάνεια των δοκιμίων τοποθετήθηκαν 8 χάρτινα φίλτρα πάχους 0.2 mm ανάμεσα στο δοκίμιο και το ηλεκτρόδιο υψηλής τάσης όπως ορίζεται από το πρότυπο IEC Εικόνα 4.4. Μέτρηση Αγωγιμότητας (Απιονισμένο νερό) Για την μέτρηση των ρευμάτων διαρροής χρησιμοποιούνται αισθητήρες Hall προσφέροντας ταυτόχρονα ηλεκτρική απομόνωση του κυκλώματος ισχύος από το κύκλωμα μέτρησης. Η μεταφορά του σήματος από τον αισθητήρα έως και την κάρτα δειγματοληψίας χρησιμοποιείται καλώδιο LiYCY με εξωτερικό γειωμένο περίβλημα ώστε να αποφευχθεί η υπέρθεση θορύβου στο σήμα. Για την συλλογή των δειγμάτων χρησιμοποιείται κάρτα δειγματοληψίας της εταιρίας NI η οποία έχει 8 διαφορικές αναλογικές εισόδους 16 bit με μέγιστο εύρος τάσης ±5V. Ο ρυθμός δειγματοληψίας των αναλογικών καναλιών εισόδου της κάρτας ρυθμίστηκε στα 2 ks/s μέσω του λογισμικού Labview. Επιπροσθέτως κατασκευάστηκε πρωτότυπο λογισμικό (σε γλώσσα Labview) το οποίο αναλαμβάνει τόσο τον έλεγχο όσο και την καταγραφή των δεδομένων κατά την εξέλιξη της δοκιμής του κεκλιμένου επιπέδου, αυτοματοποιώντας την δοκιμή. H προστασία και ο έλεγχος του Μ/Σ επιτεύχθηκε από την πλευρά της χαμηλής τάσης (Εικ.4.5). Η διεξαγωγή πραγματοποιείται σε εργαστηριακό χώρο καταγράφοντας στον υπολογιστή κατά την εξέλιξη της δοκιμής την θερμοκρασία, την υγρασία και την πίεση του χώρου χρησιμοποιώντας κατάλληλους αισθητήρες οι οποίοι συνδέονται μέσω Arduino. Σελίδα 20 από 46

21 Εικόνα 4.5. Μονογραμμικό κυκλώματος ελέγχου και προστασίας Μ/Σ για την διεξαγωγή της δοκιμής του κεκλιμένου επιπέδου. 4.2 Αποτελέσματα I.P.T. Τα δοκίμια δειγματολήφθηκαν από το πολυμερικό περίβλημα τόσο νέων όσο και μονωτήρων εγκατεστημένων στο εναέριο δίκτυο μεταφορά των 150kV και υποβλήθηκαν σε inclined plane test. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αστοχία (Εικ. 4.6) επήλθε στα δοκίμια των οποίων η σύσταση τους δεν περιείχε ένυδρη αλουμίνα (ΑΤΗ). Η αστοχία προήλθε από διάτρηση του δοκιμίου και οφείλεται κυρίως στην έντονη συσσώρευση συσσώρευσης θερμικού φορτίου σε συγκεκριμένα σημεία της επιφάνειας του μονωτήρα (δημιουργία hot spot) όπως επιβεβαιώνεται και από τις εικόνες της θερμικής κάμερας (Εικ. 4.7). Ταυτόχρονα οι εικόνες τις θερμικής κάμερας χρησιμοποιούνται ως δείκτες της σοβαρότητας της υποβάθμισης του πολυμερικού περιβλήματος. Αξίζει να αναφερθεί ότι θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 950 o C καταγράφηκαν στην επιφάνεια των δοκιμίων κατά την διεξαγωγή του inclined plane test. Ταυτόχρονα η καταγραφή των τιμών των επιφανειακών ρευμάτων διαρροής των δοκιμίων τα οποία αστόχησαν έδειξαν αυξητική τάση ανάπτυξης των επιφανειακών μερικών εκκενώσεων κατά την εξέλιξη της δοκιμής (Εικ. 4.8) σε αντίθεση με τα δοκίμια που άντεξαν στην δοκιμή, τα ρεύματα διαρροής των συγκεκριμένων δειγμάτων παρέμειναν σχεδόν σταθερά κατά την διάρκεια της δοκιμής με τιμές κάτω από 60 ma. Επιπροσθέτως ένδειξη υποβάθμισης αποτελεί η μορφολογική αλλοίωση της επιφάνειας των δοκιμίων μετά την καταπόνηση τους η οποία παρατηρείται με χρήση ψηφιακού μικροσκοπίου. Κύριο χαρακτηριστικό της υποβάθμισης αποτελούν οι ρηγματώσεις και ο σχηματισμός δενδριτών (Εικ. 4.9). Τέλος χαρακτηριστικός δείκτης υποβάθμισης είναι η απώλεια μάζας του δοκιμίου λόγω της καταστροφής του υλικού από την αυξημένη θερμοκρασία λόγω της ανάπτυξης επιφανειακών εκκενώσεων. Σελίδα 21 από 46

22 Leakage current, rms value (ma) Applied Voltage, rms value (kv) Εικόνα 4.6. Δείγματα πολυμερικού περιβλήματος συνθετικού μονωτήρα μετά την εργαστηριακή καταπόνησή του με την τεχνική του κεκλιμένου επιπέδου (Ι.P.T). Εικόνα 4.7. Επιφανειακή θερμική καταπόνηση των δοκιμίων ως αποτέλεσμα της ανάπτυξης μερικών επιφανειακών εκκενώσεων κατά την διεξαγωγή της εργαστηριακής καταπόνησης Ι.P.T. Elapsed time (sec) Εικόνα 4.8. Μέση τιμή ενεργού τιμής επιφανειακού ρεύματος διαρροής κατά την καταπόνηση (I.P.T) Σελίδα 22 από 46

23 2 mm 2 mm Εικόνα 4.9. Μορφολογική αλλοίωση επιφάνειας δοκιμίων μετά την διεξαγωγή IPT, (αριστερά ) ρηγματώσεις και (δεξιά) σχηματισμός δενδρίτη. Συνεπώς στο εργαστήριο Υ.Τ του ΤΕΙ Κρήτης διεξάγεται ελεγχόμενη καταπόνηση του πολυμερικού περιβλήματος των συνθετικών μονωτήρων και ελέγχεται ο βαθμός και η έκταση υποβάθμισης καταγράφοντας τα επιφανειακά ρεύματα διαρροής, την θερμοκρασία, την απώλεια μάζας και την μεταβολή της επιφανειακής μορφολογίας των δειγμάτων. Εν συνεχεία τα υποβαθμισμένα δείγματα διερευνώνται για μεταβολή της υδροφοβίας τους, των χημικών δεσμών του και της στοιχειακής σύστασης τους εφαρμόζοντας μετρήσεις γωνίας επαφής (contact angle), υπέρυθρης φασματοσκοπίας (Fourier Transform Infrared spectroscopy) και διασποράς ακτίνων Χ (Energy Dispersive X-ray) αντιστοίχως. Οι μετρήσεις αυτές συγκρίνονται με τις μετρήσεις της τεχνικής LIBS προκειμένου να γίνει συσχέτιση των αποτελεσμάτων ώστε να είναι εφικτή η εξ αποστάσεως ανίχνευση της υποβάθμισης των δειγμάτων. Αναφορές [1] IEC Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion of electrical insulating materials used under severe ambient conditions, Second Edition [2] IEC Electrical insulating materials used under severe ambient conditions- Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion, Third Edition Σελίδα 23 από 46

24 5. Καταπόνηση σε πραγματικές συνθήκες 5.1 Τοποθέτηση στον σταθμό δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ Ο Σταθμός Δοκιμών του ΔΕΔΔΗΕ έχει κατασκευαστεί στην ευρύτερη περιοχή του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων [1-6], σε άμεση γειτνίαση με την θάλασσα όπως φαίνεται στις παρακάτω εικόνες. Η γεωγραφική του τοποθέτηση είναι τέτοια ώστε να τον τοποθετεί στην δυσχερέστερη δυνατή κατάσταση όσον αφορά την υφιστάμενη ρύπανση. Η υπόθεση αυτή επιβεβαιώνεται και από πρόσφατες μετρήσεις οι οποίες κατατάσσουν την υφιστάμενη ρύπανση σε κατηγορία βαριά έως πολύ βαριά [5-6]. Εικόνα Η θέση του Σταθμού Δοκιμών «ΤΑΛΩΣ» του ΔΕΔΔΗΕ στον ευρύτερο χώρο του ΑΗΣ Λινοπεραμάτων και σε άμεση γειτνίαση με την θάλασσα. Σελίδα 24 από 46

25 Ο Σταθμός Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ αποτελείται από τρία βασικά τμήματα: το πρώτο τμήμα για την παρακολούθηση μονωτήρων στηρίξεως 150 kv, το δεύτερο για την παρακολούθηση μονωτήρων αναρτήσεως 150kV και το τρίτο για την παρακολούθηση μονωτήρων στηρίξεως και αναρτήσεως 21kV. Προφανώς το ενδιαφέρον στο συγκεκριμένο πρόγραμμα επικεντρώνεται στο δεύτερο επίπεδο όπου παρακολουθούνται μονωτήρες αναρτήσεων των 150kV. Όπως αναφέρθηκε στο [1], επιλέχθησαν 7 Πύργοι από το δίκτυο, από τον καθένα από τους οποίους αφαιρέθηκαν 3 μονωτήρες. Οι δύο από κάθε τριάδα τοποθετήθηκαν στον Σταθμό Δοκιμών ενώ ο τρίτος στάλθηκε για εργαστηριακή καταπόνηση στους συνεργαζόμενους φορείς. Εικόνα Κάτοψη του Σταθμού Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ. Διακρίνονται τα τρία διαφορετικά επίπεδα ενώ έχει σημειωθεί ο χώρος τοποθέτησης των μονωτήρων του προγράμματος Σελίδα 25 από 46

26 Στην Εικόνα παρουσιάζονται στιγμιότυπα από την τοποθέτηση των μονωτήρων του προγράμματος στον Σταθμό Δοκιμών ενώ σημειώνεται και η θέση τους μετά την τοποθέτησή τους στον ζυγό των 150kV. Εικόνα Στιγμιότυπα από την τοποθέτηση των μονωτήρων του προγράμματος. Με κόκκινο πλαίσιο υποδηλώνεται η θέση τους στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ.. Σελίδα 26 από 46

27 Η τοποθέτηση των μονωτήρων σε αντιστοιχία με τους Πύργους από τους οποίους έχουν αφαιρεθεί, τον βαθμό ρύπανσης της περιοχής, τα έτη λειτουργίας στο δίκτυο και τους μονωτήρες που εξετάσθηκαν στο εργαστήριο, διασαφηνίζεται στην Εικόνα ΥΠΟΜΝΗΜΑ Ονοματοδοσία μονωτήρων του POLYDIAGNO στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ Νο. 1Α-1Β Νο. 2Α-2Β Νο. 3Α-3Β Νο. 4Α-4Β Νο. 5Α-5Β Νο. 6Α-6Β Νο. 7Α-7Β Πύργοι από τους οποίους αφαιρέθηκαν οι μονωτήρες ΛΜ 6 ΛΜ 47 ΜΙ 201 ΛΧΙΙ 106 ΛΙΙ 49 ΛΧΙΙ 102 ΛΙΙ 50 Έτη λειτουργίας στο δίκτυο Βαθμός ρύπανσης της περιοχής Βαριά Ελαφριά Βαριά Μέτρια Βαριά Μέτρια Βαριά Αντιστοίχηση με τους μονωτήρες που εστάλησαν στα εργαστήρια Νο. 12 Νο. 13 Νο. 14 Νο. 15 Νο. 16 Νο. 17 Νο. 18 Εικόνα Μονωτήρες του POLYDIAGNO τοποθετημένοι στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ, οι Πύργοι του δικτύου από τους οποίους αφαιρέθηκαν, τα έτη λειτουργίας τους στο δίκτυο, ο βαθμός ρύπανσης της περιοχής και η αντιστοίχησή τους με τους μονωτήρες που εστάλησαν στα εργαστήρια. Σελίδα 27 από 46

28 5.2 Αισθητήρες ρεύματος Όσον αφορά τους αισθητήρες ρεύματος, χρησιμοποιήθηκαν οι άμεσα διαθέσιμοι αισθητήρες ρεύματος Hall που συνόδευαν προηγούμενες καταγραφικές συσκευές [7-8]. Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι οι συγκεκριμένες καταγραφικές συσκευές παρουσίασαν αρκετές αδυναμίες κατά την λειτουργία τους κατά τα προηγούμενα έτη [11-20] μέχρι την ολοκληρωτική παύση λειτουργίας τους, λίγο πριν την έναρξη του προγράμματος. Παρόλα αυτά οι αισθητήρες που συνόδευαν τις συσκευές αυτές κρίθηκαν ως ικανοποιητικοί και έτσι διατηρήθηκαν για περαιτέρω χρήση. Εικόνα Ο χρησιμοποιούμενος αισθητήρας (εσωτερικό) Πριν την εκ νέου εγκατάστασή τους στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ, οι αισθητήρες μεταφέρθηκαν στα εργαστήρια του ΤΕΙ Κρήτης όπου έγιναν δοκιμαστικές μετρήσεις [13] ώστε να εξετασθεί η ορθή λειτουργία τους και να αποσαφηνιστεί πλήρως η συνάρτηση μεταφοράς τους. Πέρα από ένα μικρό μόνιμο offset, οι αισθητήρας βρέθηκαν πλήρως γραμμικοί με συνάρτηση μεταφοράς V(Volt)= I(mA) η οποία ισοδυναμεί σε έναν παράγοντα κέρδους (για την καταγραφική διάταξη) ίσο με 1/0.0283= ώστε να αντιστοιχηθούν τα μετρούμενα Volts σε ma. Να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες αυτοί απαιτούν τροφοδοσία ±15V και έχουν τάση εξόδου αντίστοιχου εύρους (±15V). Το χαρακτηριστικό τους αυτό, όπως θα αναλυθεί στην συνέχεια, διαδραματίζει βαρύνοντα ρόλο για την επιλογή των καταγραφικών συστημάτων. Η τροφοδοσία τους γίνεται μέσω πολυπολικού καλωδίου το οποίο μεταφέρει επίσης και την έξοδο (μέτρηση). Οι αισθητήρες αυτοί δεν είναι πλέον εμπορικά διαθέσιμοι ενώ επιπρόσθετο πρόβλημα αποτελεί το εύρος εξόδου τους καθώς τα καταγραφικά γενικής χρήσης λειτουργούν συνήθως με εύρος εισόδου ±10V. Το εύρος εισόδου ±15V απαιτεί την χρήση πρόσθετης διάταξης υποβιβασμού της τάσης ή την επιλογή καταγραφικών μεγαλύτερου εύρους εισόδου και αυξημένου κόστους. Έτσι παράλληλες προσπάθειες έγιναν από την ερευνητική ομάδα ώστε να αναπτυχθούν πρωτότυποι αισθητήρες ή να προσαρμοστούν κατάλληλα εμπορικά διαθέσιμοι αισθητήρες. Ως αξιοσημείωτο αποτέλεσμα αναφέρεται η ανάπτυξη πρωτότυπου αισθητήρα χαμηλού κόστους βασισμένου σε επιμέρους αυτόνομα μέρη χαμηλού κόστους και γενικού σκοπού [13]. Σελίδα 28 από 46

29 Εικόνα Διάταξη για την δοκιμή και εξακρίβωση της συνάρτησης μεταφοράς των αισθητήρων Hall Εικόνα Πρωτότυπος αισθητήρας χαμηλού κόστους βασισμένος σε επιμέρους στοιχεία γενικού σκοπού. Στην καρδιά του αισθητήρα βρίσκεται ένας αισθητήρας ρεύματος τύπου IM της ITEAD, βασισμένος σε μετασχηματιστή εντάσεως τύπου TA με λόγο 1000:1 και εύρος εισόδου 5 Α. Ο αισθητήρας χρησιμοποιεί ακόμα την DEM-OPA-SO-1A PCB με TL071CD J-FET-Input ενισχυτή (Texas Instruments) Σελίδα 29 από 46

30 5.3. Καταγραφικά συστήματα ρεύματος διαρροής - Hardware Ο ΔΕΔΔΗΕ έχει σχετικά πλούσια εμπειρία στην καταγραφή ρεύματος διαρροής μονωτήρων Υψηλής Τάσης σε πραγματικές συνθήκες [9-19]. Ακολουθώντας την κυρίαρχη τάση σε παρόμοιες εγκαταστάσεις, στράφηκε αρχικά σε ειδικευμένα συστήματα μικρού κύκλου παραγωγής ενώ τα τελευταία έτη προσανατολίστηκε σταδιακά προς τα καταγραφικά γενικού σκοπού [3, 20]. Η εμπειρία από τα προηγούμενα συστήματα ανήγαγε σε πρωταρχικής σημασίας παράγοντες την αξιοπιστία της κατασκευάστριας εταιρείας και την ευρεία χρήση από άλλους οργανισμούς (π.χ. ακαδημαϊκούς) ή/και ιδιώτες των όποιων καταγραφικών τελικά αγοραστούν, ώστε να εξασφαλίζεται η μελλοντική υποστήριξη από την κατασκευάστρια εταιρεία στα όποια προβλήματα ή στις όποιες πρόσθετες απαιτήσεις μπορεί να προκύψουν κατά την μελλοντική λειτουργία. Σημαντικός παράγοντας επίσης κρίθηκε και το παρεχόμενο λογισμικό: σύνηθες είναι τα καταγραφικά να παρέχονται με λογισμικό με συγκεκριμένες δυνατότητες με ελάχιστες ή μηδενικές δυνατότητες παρέμβασης (και συχνά με undisclosed format αρχείων αποθήκευσης ή γενικά με δυσχερή εξαγωγή σε κοινού τύπου αρχεία). Η παρακολούθηση του ρεύματος διαρροής σε βάθος χρόνου και σε πραγματικές συνθήκες έχει αποδειχθεί ότι απαιτεί διαδικασίες φιλτραρίσματος που δεν παρέχονται με τα buit-in λογισμικά (κατ ελάχιστον την απομάκρυνση του dc-offset), πιθανόν ισχυρή πρόσθετη επεξεργασία με τρίτα λογισμικά ενώ και οι ερευνητικές απαιτήσεις είναι δυνατόν να μεταβληθούν προϊόντος του χρόνου [9-13]. Συνοψίζοντας, τα κύρια χαρακτηριστικό τα οποία δύναται να χρησιμοποιηθούν σαν οδηγός για την επιλογή καταγραφικού συστήματος είναι: η ευελιξία του λογισμικού, η αξιοπιστία/υποστήριξη της κατασκευάστριας εταιρείας, η ευρύτητα χρήσης και η δυνατότητα αυτόνομης λειτουργίας (stand-alone). Για να ικανοποιηθούν τα παραπάνω κριτήρια επιλέχθηκε η αγορά συστημάτων της National Instruments, η οποία είναι και η κορυφαία εταιρεία παροχής μετρητικών συστημάτων παγκοσμίως, τα οποία λειτουργούν με το λογισμικό LabView (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) το οποίο είναι ουσιαστικά μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού που παρέχει την μέγιστη δυνατή ευελιξία. Τα μετρητικά συστήματα της National Instruments ακολουθούν την λογική των διακριτών δομικών στοιχείων ώστε να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο ευέλικτα. Αποτελούνται από ένα κέλυφος (chassis) πάνω στο οποίο μπορούν να προσαρμοστούν διαφορετικές κάρτες (modules). Το κέλυφος μπορεί να έχει ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή (αυτόνομο σύστημα) ή όχι (PC-based σύστημα). Ο αριθμός των υποδοχών για modules είναι συνήθως 4 ή 8 και οι κάρτες μπορούν να εναλλάσσονται μεταξύ των κελυφών. Σελίδα 30 από 46

31 Δεδομένου ότι η εμπειρία από τέτοια συστήματα ήταν περιορισμένη, πραγματοποιήθηκε αρχικά μια μικρή δοκιμαστική αγορά που περιελάμβανε: (1) Βιομηχανικό κέλυφος (chassis) NI cdaq9184 τεσσάρων υποδοχών με προδιαγραφή λειτουργίας σε windows και δυνατότητα λειτουργίας σε -20 C έως - 55 C [21] (2) Μία κάρτα συλλογής δεδομένων (module) NI 9205 με 32 single-ended ή 16 διαφορικά κανάλια, εύρους ±10V, δυνατότητα λειτουργίας από -40 έως 70 C, 16-bit ανάλυση και 250 ks/s sampling rate [22] (3) Μία κάρτα συλλογής δεδομένων (module) NI 9221 με 8 single ended κανάλια εύρους ±60 V, δυνατότητα λειτουργίας από -40 C έως 70 C, 800 ks/s συνολικό sampling rate, 12-bit ανάλυση[23] Τα επιμέρους στοιχεία του συστήματος απεικονίζονται στην Εικόνα 7.1. Στην Εικόνα 7.2 παρουσιάζεται ένα στιγμιότυπο από την δοκιμή του καταγραφικού συστήματος στο εργαστήριο του ΤΕΙ Κρήτης. Εικόνα Κέλυφος ΝΙ cdaq9184 και κάρτες NI 9205 και NI 9221 Εικόνα Στιγμιότυπο από την δοκιμή του καταγραφικού συστήματος στο εργαστήριο του ΤΕΙ Κρήτης Σελίδα 31 από 46

32 Εφόσον οι δοκιμές κρίθηκαν ικανοποιητικές, προχώρησε η αγορά τεσσάρων επιπλέον καταγραφικών συστημάτων με ανώτερα χαρακτηριστικά. Αυτά αποτελούνταν από: (1) 4 βιομηχανικά κελύφη (chassis) NI crio υποδοχών, εξοπλισμένο με επεξεργαστή 400 MHz, προδιαγραφή λειτουργίας Real-time, δυνατότητα stand-alone λειτουργίας, δυνατότητα λειτουργίας από -20 C έως 55 C, επικοινωνία μέσω Ethernet, προδιαγραφές λειτουργίας εξωτερικού χώρου [24] (2) 4 κάρτες συλλογής δεδομένων (modules) NI 9205 με 32 single-ended ή 16 διαφορικά κανάλια, εύρους ±10V, δυνατότητα λειτουργίας από -40 έως 70 C, 16-bit ανάλυση και 250 ks/s συνολικό sampling rate [22] (3) 10 κάρτες συλλογής δεδομένων (modules) NI 9229 με 4 διαφορικά κανάλια εύρους ±60 V, 50 ks/s ανά κανάλι sampling rate, 24-bit ανάλυση, δυνατότητα λειτουργίας από - 40 C έως 70 C [25] δίνοντας έτσι την δυνατότητα παρακολούθησης 40 διαφορικών καναλιών με εύρος ±60V και 64 διαφορικών καναλιών με εύρος ±10V, με ικανοποιητική ακρίβεια σε κάθε περίπτωση αλλά και αντοχή στις συνθήκες λειτουργίας (ειδικά στην αυξημένη θερμοκρασία). Σημειώνεται ότι η ακρίβεια 16 bit σε εύρος ±60 V ισοδυναμεί σε ακρίβεια V και αν ληφθεί υπόψη η συνάρτηση μεταφοράς των διαθέσιμων αισθητήρων σε mA. Εικόνα Καταγραφικό σύστημα αποτελούμενο από κέλυφος NI crio-9074 και 4 modules NI 9229 κατά την λειτουργία του στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ Σελίδα 32 από 46

33 5.4. Καταγραφικά συστήματα ρεύματος διαρροής - Software Όσον αφορά το λογισμικό, αυτό είναι γραμμένο σε LabView και ουσιαστικά αποτελείται από 3 επίπεδα. Το επίπεδο του ΗΥ (Windows), το επίπεδο του ΝΙ crio 9074 (Real-Time) και το επίπεδο του Chassis (FPGA).Στον επίπεδο του ΗΥ δεν έχει υλοποιηθεί κάποιος κώδικας. Κάτω από το επίπεδο του Chassis (FPGA) έχει υλοποιηθεί κώδικας στον οποίο είναι προγραμματισμένη και ορίζεται η συχνότητα δειγματοληψίας (data rate) από όλα τα κανάλια των modules. Ο κώδικας αυτός έχει φορτωθεί στην flash memory της πλατφόρμας ως startup, το οποίο σημαίνει ότι το πρόγραμμα που αφορά στην δειγματοληψία ξεκινάει να τρέχει όταν η πλατφόρμα τροφοδοτηθεί με ρεύμα. Στο επίπεδο Real-Time έχει υλοποιηθεί προγραμματιστικά η σύνδεση με το επίπεδο FPGA ώστε ο χρήστης να μπορεί να αλλάξει τo data rate από το επίπεδο Real-Time χωρίς να χρειαστεί να επέμβει στο επίπεδο FPGA. Ανοίγοντας το βασικό VI του λογισμικού που χρησιμοποιείται για το calibration εμφανίζεται η κεντρική οθόνη, η οποία αποτελείται από 4 καρτέλες. Η πρώτη καρτέλα (CALIB) εμφανίζει την ανεπεξέργαστη (raw) μέτρηση. Ο ρυθμός δειγματοληψίας με τον οποίο συλλέγονται οι μετρήσεις από κάθε module καθορίζεται από την είσοδο Data Rate, η οποία by default είναι ορισμένη στα 2kHz. Ο χρήστης μπορεί να αλλάξει τον ρυθμό αυτόν επιλέγοντας ανάμεσα σε διάφορους ρυθμούς δειγματοληψίας. H είσοδος Refresh Rate καθορίζει τον χρόνο ανανέωσης των δεδομένων που εμφανίζονται στην οθόνη (Εικόνα 5.4.1). Η δεύτερη καρτέλα (DC OUT) εμφανίζει τα σήματα αφού απομακρύνει την DC συνιστώσα (DC offset). Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 7.2 ήδη από την δοκιμαστική λειτουργία παρατηρείται DC offset σε ένα κανάλι υπογραμμίζοντας την ανάγκη αυτής της λειτουργίας. Στην Εικόνα απεικονίζεται η καρτέλα DC OUT. Η τρίτη καρτέλα (GAIN) δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να καθορίσει την ενίσχυση (Gain) του σήματος κάθε καναλιού μετά την απομάκρυνση της DC συνιστώσας (το οποίο σημαίνει ότι μπορούν να υποστηριχθούν διαφορετικοί αισθητήρες με διαφορετικές συναρτήσεις μεταφοράς). Όπως φαίνεται στην Εικόνα ακόμα και μια λανθασμένη σύνδεση ακροδεκτών μπορεί να αντιμετωπισθεί με χρήση αρνητικού Gain. Στην Εικόνα απεικονίζεται η καρτέλα GAIN. Η τέταρτη καρτέλα (RESULTS) εμφανίζει έναν πίνακα με κάθε γραμμή να αντιστοιχεί σε ένα κανάλι και κάθε στήλη σε ένα μέγεθος (Positive peak, Negative peak, Absolute peak, True RMS, THD, Λόγος 3ης (150Ηz) προς 1ης αρμονικής (50Hz), Λόγος 5ης προς 1ης αρμονικής, Λόγος 7ης προς 1ης αρμονικής, Λόγος 9ης προς 1ης αρμονικής, Υπολογισμός ολοκληρώματος της κυματομορφής (φορτίο), Υπολογισμός ολοκληρώματος θετικού μέρους κυματομορφής, Υπολογισμός ολοκληρώματος αρνητικού μέρους κυματομορφή). Οι τιμές αυτές είναι και αυτές Σελίδα 33 από 46

34 οι οποίες θα αποθηκευθούν τελικά από το καταγραφικό σύστημα. Στην Εικόνα απεικονίζεται η καρτέλα RESULTS. Εικόνα Λογισμικό καταγραφικού συστήματος Καρτέλα CALIB Εικόνα Λογισμικό καταγραφικού συστήματος Καρτέλα DC OUT Σελίδα 34 από 46

35 Εικόνα Λογισμικό καταγραφικού συστήματος Καρτέλα GAIN Εικόνα Λογισμικό καταγραφικού συστήματος Καρτέλα RESULTS Σελίδα 35 από 46

36 Οι ενδείξεις ανά κανάλι στον πίνακα της καρτέλας results ανανεώνονται στην default ρύθμιση κάθε δευτερόλεπτο (1000msec=refresh rate). Ο υπολογισμός των ενδείξεων γίνεται ως εξής: τα σήματα συλλέγονται με τον ρυθμό δειγματοληψίας που επιλέγει ο χρήστης (2 khz by default = 2000 δείγματα ανά δευτερόλεπτο) και τα δεδομένα αυτά τοποθετούνται σε ένα buffer. Το μέγεθος του buffer καθορίζεται από τον ρυθμό δειγματοληψίας (εδώ χωράει 2000 δείγματα). To buffer αυτό ανανεώνεται σε χρόνο που ορίζεται από το refresh rate (εδώ ανά δευτερόλεπτο). O κώδικας υπολογίζει τις τιμές ενδιαφέροντος (positive peak, negative peak κλπ.) κάνοντας σύγκριση ανάμεσα στις τιμές του buffer (2000 εδώ) κάθε χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί στο refresh rate (1 δευτερόλεπτο εδώ). Το επόμενο χρονικό διάστημα (δευτερόλεπτο) επαναλαμβάνει την μέτρηση και τελικά καταγράφει την επικρατούσα τιμή μετά το πέρας ενός λεπτού. Συνεπώς τελικά καταγράφεται 1 τιμή για κάθε μέγεθος για κάθε λεπτό και ο χρήστης έχει την δυνατότητα να μεταβάλλει την ακρίβεια των υπολογισμών σε δύο στάδια. Οι ενδείξεις ανά λεπτό καταγράφονται σε αρχείο txt στην εσωτερική μνήμη του καταγραφικού στον φάκελο Logfiles. Ανά ημέρα (24h ) δημιουργείται και ένα νέο αρχείο. Για να αποκτήσει κάποιος πρόσβαση στον φάκελο Logfiles αρκεί να χρησιμοποιηθεί ένας ftp client Μέτρηση του ρεύματος διαρροής Γενική διάταξη Για την μέτρηση του ρεύματος διαρροής ακολουθήθηκε η προτεινόμενη στο [26] διάταξη με ορισμένες παραλλαγές ώστε να εξυπηρετηθούν οι ιδιομορφίες που αφορούν την συγκεκριμένη εφαρμογή. Η βασική λογική της διάταξης είναι η παρεμβολή (από την πλευρά της γείωσης) ενός ενδιάμεσου (stand-off) μονωτήρα ώστε να εξαναγκασθεί η ροή του ρεύματος διαρροής μέσα από τον αισθητήρα στην διαδρομή του προς την γη. Στο άλλο άκρο του υπό παρακολούθηση μονωτήρα (στην πλευρά της υψηλής τάσης) συνίσταται η σύνδεση εκρηκτικής ασφάλειας ώστε σε περίπτωση υπερπήδησης να σβεσθεί το τόξο και να τεθεί εκτός τάσης ο συγκεκριμένος μονωτήρας χωρίς να διαταραχθεί η λειτουργία του υπόλοιπου σταθμού (Εικόνα 5.5.1). Η συγκεκριμένη διάταξη ακολουθήθηκε αρχικά και στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ του ΔΕΔΔΗΕ, όπως φαίνεται στην Εικόνα με την διαφορά ότι ο stand-off μονωτήρας επιλέχθηκε να είναι γυάλινος επικαλυμμένος με RTV SIR για επιπλέον προστασία. Η τοποθέτηση των αισθητήρων κοντά στους μονωτήρες κρίθηκε μη πρακτική καθώς αυτοί (τηρώντας τα όρια ασφαλείας) βρίσκονται σε ύψος προσβάσιμο μόνο μέσω καλαθοφόρου οχήματος. Έτσι επιλέχθηκε η τοποθέτηση των αισθητήρων καθώς και των καταγραφικών συσκευών μέσα σε μεταλλικό πίνακα (πίλλαρ) διαστάσεων 200x225x100 cm. Ο πίνακας αυτός τοποθετήθηκε κοντά στην απόληξη των καλωδίων που μεταφέρουν το ρεύμα διαρροής. Οι αισθητήρες τοποθετήθηκαν στο εσωτερικό του πίλλαρ, τροφοδοτήθηκαν από δύο DC τροφοδοτικά 15V συνδεδεμένα ώστε να παράγουν την επιθυμητή τροφοδοσία (±15V). Κατασκευάσθηκε πρόσθετος πίνακας διανομής DC ώστε να υπάρχει ασφάλιση και δυνατότητα απόζευξης κάθε αισθητήρα ξεχωριστά, ενώ διατηρήθηκε το εργοστασιακό καλώδιο τροφοδοσίας και εξόδου με τον διαχωρισμό να γίνεται σε κλεμοσειρές. Οι αγωγοί που μεταφέρουν το ρεύμα διαρροής τοποθετήθηκαν σε ξεχωριστά κανάλια ώστε να Σελίδα 36 από 46

37 ελαχιστοποιηθούν οι παρεμβολές αλλά και οι πιθανοί κίνδυνοι σε περίπτωση υπερ-ρεύματος. Το βασικό σχέδιο της διάταξης καθώς και φωτογραφία από το εσωτερικό του εξωτερικού πίνακα (πίλλαρ) όπου διακρίνονται όλα τα μέρη παρουσιάζονται στην Εικόνα Στιγμιότυπα από την τοποθέτηση του πίνακα (πίλλαρ) παρουσιάζονται στην Εικόνα Εικόνα Προτεινόμενη διάταξη και παραδείγματα από τοποθετήσεις σε άλλους σταθμούς δοκιμών [14] Εικόνα Μονωτήρας υπό παρακολούθηση στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ. Διακρίνεται σε μεγέθυνση η εκρηκτική ασφάλεια και ο stand-off μονωτήρας Σελίδα 37 από 46

38 Εικόνα Το βασικό σχέδιο της διάταξης μέτρησης του ρεύματος διαρροής και φωτογραφία από το εσωτερικό του εξωτερικού πίνακα (πίλλαρ) Σελίδα 38 από 46

39 Εικόνα Τοποθέτηση του εξωτερικού πίνακα (πίλλαρ) για την στέγαση των αισθητήρων και των καταγραφικών συστημάτων. Ο πίνακας διακρίνεται και στην Εικόνα 5.3 Εδώ πρέπει να σημειωθεί ότι η προσέγγιση με χρήση εκρηκτικών ασφαλειών αποδείχθηκε ιδιαίτερα προβληματική στην περίπτωση του Σταθμού Δοκιμών ΤΑΛΩΣ λόγω των ιδιαίτερων καιρικών συνθηκών (ισχυρών ανέμων) που επικρατούν στην περιοχή. Οι άνεμοι αυτοί είχαν σαν αποτέλεσμα την συχνή αποκοπή του αδύναμου μέρους της διάταξης που περιλαμβάνει την ασφάλεια και τους αγωγούς σύνδεσης της, όπως φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Κατεστραμμένη ασφάλεια (πρώτος μονωτήρας από δεξιά) και αποκομμένος αγωγός σύνδεσης ασφάλειας (πρώτος μονωτήρας από αριστερά) Σελίδα 39 από 46

40 Ως πρώτη προσέγγιση αποφασίσθηκε η πρόσδεση των μονωτήρων στους αγωγούς ΥΤ με μονωτικό νήμα ώστε να περιορισθεί η ταλάντωση αλλά και να απορροφούνται από αυτό οι μηχανικές καταπονήσεις, όπως φαίνεται στην Εικόνα Ατυχώς τα προβλήματα συνεχίστηκαν ακόμα και σε περιπτώσεις που το νήμα διατηρούσε την αντοχή του όπως φαίνεται στην Εικόνα Δοκιμάσθηκαν εναλλακτικές τακτικές πρόσδεσης (Εικόνα 5.5.8) χωρίς όμως να επιτευχθούν καλύτερα αποτελέσματα. Εικόνα Πρόσδεση μονωτήρων στον αγωγό ΥΤ με μονωτικό νήμα Εικόνα Αποκοπή αγωγού ασφάλειας ενώ διατηρείται το μονωτικό νήμα (μονωτήρες 3 και 4) Σελίδα 40 από 46

41 Εικόνα Πρόσδεση ασφάλειας επί του μονωτικού νήματος και καταστροφή ασφάλειας Συνεπώς, στα πλέον πρόσφατα στάδια λειτουργίας του Σταθμού Δοκιμών και συνυπολογίζοντας το ότι οι δοκιμαστικές μετρήσεις έδειξαν μικρές τιμές ρεύματος διαρροής και το γεγονός ότι στα 11 χρόνια λειτουργίας των HTV SIR μονωτήρων στο δίκτυο δεν έχει παρατηρηθεί υπερπήδηση παρά μόνο σε ειδικές περιπτώσεις (bird droppings) που δεν αφορούν την μονωτική ικανότητα των διηλεκτρικών αποφασίσθηκε να αφαιρεθούν οι ασφάλειες και οι μονωτήρες να προσδεθούν στον αγωγό ΥΤ όπως και σε κανονική λειτουργία. Εικόνα Μονωτήρες προσδεμένοι στον αγωγό ΥΤ όπως και σε κανονική λειτουργία (χωρίς την χρήση ασφαλειών) Σελίδα 41 από 46

42 5.6. Μέτρηση μετεωρολογικών δεδομένων - Hardware Η γήρανση και συμπεριφορά των μονωτήρων σε πραγματικές συνθήκες εξαρτάται ισχυρά από τις καιρικές συνθήκες και την περιβαλλοντική καταπόνηση. Έτσι είναι απαραίτητη η καταγραφή μετεωρολογικών δεδομένων. Τα κύρια μετεωρολογικά δεδομένα που καταγράφονται σε παρόμοιες εφαρμογές είναι η σφοδρότητα και η κατεύθυνση του ανέμου, η βροχόπτωση, η υγρασία, η UV ακτινοβολία και η θερμοκρασία. Παλαιότερες προσεγγίσεις συμπεριλάμβαναν τις μετεωρολογικές μετρήσεις σε ένα ευρύτερο σύστημα που συμπεριελάμβανε και την μέτρηση τους ρεύματος διαρροής. Το πλεονέκτημα μιας τέτοιας προσέγγισης είναι η φιλικότητα προς τον χρήστη και η απλότητά. Πάσχει όμως από σοβαρά μειονεκτήματα όπως έδειξε και η εμπειρία από τα προηγούμενα συστήματα (OLCA). Πέρα από το αυξημένο κόστος και την ελάχιστη υποστήριξη τέτοιων συστημάτων λόγω του περιορισμένου αγοραστικού κοινού (και άρα της μικρής παραγωγής), προκύπτει ένα ισχυρό λειτουργικό θέμα καθώς οποιαδήποτε βλάβη/δυσλειτουργία στο σύστημα σημαίνει απώλεια όλως των μετρήσεων. Η νέα προσέγγιση η οποία προτείνεται, και ακολουθείται στον Σταθμό Δοκιμών ΤΑΛΩΣ, αφορά ένα κατανεμημένο σύστημα το οποίο αποτελείται από ανεξάρτητα δομικά στοιχεία (ΗΥ, μετεωρολογικό σταθμό, καταγραφικά ρεύματος διαρροής) τα οποία είναι ικανά να λειτουργούν ανεξάρτητα. Επιπροσθέτως τα επιμέρους στοιχεία επιλέγονται να είναι ευρέως σκοπού ώστε να εξασφαλιστεί, κατά το δυνατόν, μεγαλύτερη αξιοπιστία και υποστήριξη. Ο μετεωρολογικός σταθμός που χρησιμοποιείται είναι ο Vantage Pro2 Plus της εταιρείας Davis [22], η οποία θεωρείται από τις κορυφαίες αν όχι η κορυφαία- στο είδος της, ενώ τα προϊόντα της παρέχονται από πλήθος ελλήνων μεταπωλητών. Ουσιαστικά αποτελείται από δύο συνεργαζόμενα προϊόντα, το πακέτο αισθητήρων Integrated Sensor Suite [24] και την κονσόλα Vantage Pro2 Console [25]. Σαν σύνολο ο σταθμός παρέχει: 1. αισθητήρα βροχόπτωσης 2. αισθητήρα ανέμου 3. αισθητήρα θερμοκρασίας 4. αισθητήρα υγρασίας 5. αισθητήρα ηλιακής ακτινοβολίας 6. αισθητήρα υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας 7. κονσόλα για online εμφάνιση μετρήσεων 8. καλώδια σύνδεσης, τροφοδοσίας, τροφοδοτικό κλπ Να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες θερμοκρασίας και υγρασίας είναι εξοπλισμένοι με προστασία έναντι της ακτινοβολίας (radiation shield) η οποία εξασφαλίζει την αξιοπιστία των μετρήσεων. Σελίδα 42 από 46

43 Οι αισθητήρες είναι σχεδιασμένοι ώστε να τοποθετούνται στο ίδιο σημείο με την εξαίρεση του αισθητήρα ανέμου που δύναται να τοποθετηθεί και σε απόσταση. Εικόνα Ο μετεωρολογικός σταθμός Vantage Pro2 Plus Σελίδα 43 από 46

44 Ο μετεωρολογικός σταθμός έχει εγκατασταθεί επί της αψίδας μέτρησης ρύπανσης ώστε το ύψος τοποθέτησης να είναι όσο το δυνατόν κοντύτερα στο ύψος που βρίσκονται οι μονωτήρες. Η μέτρηση είναι ανοικτά διαθέσιμη και σχετικός σύνδεσμος έχει αναρτηθεί και στην ιστοσελίδα το Σταθμού Δοκιμών. Εικόνα Ο μετεωρολογικός σταθμός, τοποθέτηση (πάνω) και στιγμιότυπα από τις μετρήσεις όπως εμφανίζονται στο δίκτυο της Davis (κέντρο αριστερά), αναλυτικά στον ΗΥ του σταθμού (κάτω αριστερά) και στην ιστοσελίδα του σταθμού (κάτω δεξιά). Σελίδα 44 από 46