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

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Πειραµατική διερεύνηση των χαρακτηριστικών της κρουστικής εκκένωσης κορώνα σε οµοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου υπό συνθήκες πίεσης ίσης και υψηλότερης της ατµοσφαιρικής ΑΛΕΞΙΟΥ ΧΡΥΣΟΥΛΑ ΛΥΡΙΤΣΗ ΕΥΑΓΓΕΛΙΑ Επιβλέπων καθηγητής: Π.Ν. ΜΙΚΡΟΠΟΥΛΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 13

1

ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η πειραµατική διερεύνηση των χαρακτηριστικών της κρουστικής εκκένωσης κορώνα σε οµοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου µε παραµέτρους την σχετική πυκνότητα του αέρα καθώς και το είδος, την πολικότητα και το εύρος της κυµατοµορφής της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται µια σύντοµη περιγραφή του φαινοµένου της εκκένωσης κορώνα, των εµπορικών και βιοµηχανικών εφαρµογών της καθώς και των επιπτώσεών της στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται αναφορά στη χρήση του οµοαξονικού διακένου αγωγού-κυλίνδρου για τη µελέτη των βασικών χαρακτηριστικών της εκκένωσης κορώνα, καθώς και στην εµπειρική σχέση του Peek για την εκτίµηση του πεδίου έναυσης της εκκένωσης κορώνα υπό συνεχείς ή εναλλασσόµενες τάσεις. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή της πειραµατικής διάταξης και του εξοπλισµού που χρησιµοποιήθηκαν για την διεκπεραίωση της διπλωµατικής εργασίας. Ακόµα περιγράφεται η διαδικασία των µετρήσεων και γίνεται ενδεικτική παρουσίαση των προς µελέτη µεγεθών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα ως προς τα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα, µε παραµέτρους το είδος, την πολικότητα και το εύρος της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης και την σχετική πυκνότητα του αέρα, δ. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο συγκεντρώνονται τα συµπεράσµατα που εξήχθησαν από την ανάλυση των πειραµατικών αποτελεσµάτων. 2

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια των σπουδών µας στο τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Πολυτεχνικής σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης. Στο σηµείο αυτό οφείλουµε να ευχαριστήσουµε θερµά τον επιβλέποντα καθηγητή της παρούσας διπλωµατικής εργασίας και αναπληρωτή καθηγητή του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Α.Π.Θ., κύριο Π.Ν. Μικρόπουλο, για τη σηµαντική βοήθεια που µας προσέφερε κατά την εκπόνησή της. Θερµές ευχαριστίες οφείλουµε και στον υποψήφιο διδάκτορα του τµήµατος, Βασίλειο Ζαγκανά, για τον πολύτιµο χρόνο που µας αφιέρωσε και την βοήθεια που µας παρείχε. 3

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 5 2. ΙΕΞΑΓΩΓΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ......7 2.1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ... 7 2.2 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ... 3. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ... 13 3.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ, δ=0.99... 13 3.1.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 13 3.1.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 17 3.1.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ... 3.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ, δ=1.48... 23 3.2.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 23 3.2.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 26 3.2.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ... 29 3.3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ, δ=1.96... 32 3.3.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 32 3.3.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 35 3.3.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ... 38 3.4 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ... 41 3.4.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 41 3.4.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ... 44 3.5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΙΟΡΘΩΜΕΝΑ ΩΣ ΠΡΟΣ TH ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ... 47 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ....52 4

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εκκένωση κορώνα είναι µια ηλεκτρική εκκένωση περιορισµένης έκτασης που εµφανίζεται κοντά στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, όταν η τιµή του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από αυτό υπερβεί µια ελάχιστη τιµή, προκαλώντας έτσι τον ιονισµό του διηλεκτρικού µέσου που το περιβάλλει. Η ελάχιστη απαιτούµενη ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου για την οποία εµφανίζεται εκκένωση κορώνα ονοµάζεται πεδίο έναυσης. Ο ιονισµός του διηλεκτρικού µέσου που περιβάλλει το ηλεκτρόδιο, εξαρτάται από τη φύση του διηλεκτρικού, τη γεωµετρία του ηλεκτροδίου, τις ατµοσφαιρικές συνθήκες και την εφαρµοζόµενη τάση. Η εκκένωση κορώνα βρίσκει χρήση σε πλήθος εµπορικών και βιοµηχανικών εφαρµογών. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα είναι η εφαρµογή της σε διάφορες ηλεκτροστατικές εφαρµογές, στην επεξεργασία επιφανειών, στους ηλεκτροστατικούς διαχωριστές, σε διαγνωστικές τεχνικές, σε τεχνικές φωτογραφίας, στα φωτοτυπικά και στην παραγωγή όζοντος. Σηµαντική εφαρµογή της εκκένωσης κορώνα είναι η µελέτη των επιδράσεών της στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας και η αξιοποίησή της για την βελτίωση των ηλεκτρικών µονώσεων. Στα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας η εµφάνιση της εκκένωσης κορώνα έχει ανεπιθύµητες συνέπειες όπως πρόσθετες απώλειες στη µεταφορά ενέργειας, ηλεκτροµαγνητικό θόρυβο, παράσιτα στις τηλεπικοινωνίες και χαρακτηριστικό τριγµό. Ωστόσο, το φαινόµενο επιδρά ευεργετικά στη συµπεριφορά των γραµµών µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας έναντι κεραυνικών πληγµάτων, συµβάλλοντας σηµαντικά στην απόσβεση και παραµόρφωση των οδευόντων κυµάτων που ενδέχεται να εµφανιστούν. Το φαινόµενο της εκκένωσης κορώνα στις εναέριες γραµµές µεταφοράς µπορεί να προσοµοιωθεί εργαστηριακά σε οµοαξονικά διάκενα αγωγού-κυλίνδρου. Τα διάκενα αυτά έχουν επιπλέον το πλεονέκτηµα της γνώσης της γεωµετρικής κατανοµής του ηλεκτρικού πεδίου µέσω της σχέσης: E(r)= Όπου η εφαρµοζόµενη τάση, η ακτίνα του αγωγού και R η ακτίνα του εξωτερικού κυλίνδρου. Η συστηµατική µελέτη της εκκένωσης κορώνα στο οµοαξονικό διάκενο αγωγούκυλίνδρου υπό συνεχείς και εναλλασσόµενες τάσεις, από τις αρχές του προηγούµενου αιώνα, είχε ως αποτέλεσµα την θεώρηση ότι το ελάχιστο απαιτούµενο πεδίο για την έναυση της εκκένωσης κορώνα είναι συνάρτηση της γεωµετρίας του αγωγού καθώς 5

και των ατµοσφαιρικών συνθηκών. Αυτό αποτυπώνεται στην πλέον χρησιµοποιούµενη εµπειρική σχέση που έχει προταθεί από τον Peek: = (31.53+ 9.63 ) Όπου δ η σχετική πυκνότητα του αέρα που δίνεται από τη σχέση: = 273+ 273+ Όπου P η πίεση σε mmhg, T η θερµοκρασία σε και P o = 7 mmhg η πίεση και T o = η θερµοκρασία στις κανονικές ατµοσφαιρικές συνθήκες (δ = 1). Η χρήση της σχέσης του Peek επεκτείνεται συχνά και για την εκτίµηση του πεδίου έναυσης της εκκένωσης κορώνα υπό κρουστικές υψηλές τάσεις. Ωστόσο, οι εκκενώσεις στον αέρα εξαρτώνται, πέρα από τις ατµοσφαιρικές συνθήκες και τη γεωµετρία του διακένου, από το είδος και την πολικότητα της εφαρµοζόµενης τάσης. Για αυτό το λόγο είναι σηµαντική η µελέτη της εκκένωσης κορώνα σε οµοαξονικά διάκενα αγωγού-κυλίνδρου υπό κρουστικές υψηλές τάσεις. 6

2 ΙΕΞΑΓΩΓΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ 2.1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Για την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του ΑΠΘ, η διάταξη που χρησιµοποιήθηκε για την παραγωγή των κρουστικών υψηλών τάσεων ήταν µια µονοβάθµια γεννήτρια κρουστικών υψηλών τάσεων τύπου β (εικόνα 2.1). Εικόνα 2.1 Σχηµατικό διάγραµµα της πειραµατικής διάταξης Χρησιµοποιούµενος εξοπλισµός: ΤΕΟ 0/: Mετασχηµατιστής δοκιµής 2x2 V/0 kv/2 V,50 ma, 5kVA, 4% ES: αυτόµατος γειωτής GS: Ανορθωτής υψηλής τάσης 1 kv, ma R 1 : Αντίσταση φόρτισης ΜΩ, W, 1 kv R 2 : Αντίσταση 20 Ω για την εκφόρτιση του πυκνωτή C C όταν συνδέεται ο αυτόµατος γειωτής. R 3 : Αντίσταση υψηλής τάσης ωµικού καταµεριστή, 280MΩ C C : Κρουστικός πυκνωτής χωρητικότητας 25 nf, 1 kv KF: Σφαιρικό διάκενο µε βοηθητικό ηλεκτρόδιο R t : αντίσταση ουράς R f : αντίσταση µετώπου C f : πυκνωτής φορτίου 10pF C 2 : πυκνωτής χαµηλής τάσης CT: µετασχηµατιστής ρεύµατος PearsonElectronics, 1.0 Volt/Ampere +1/-0%, risetime 50 ns KR: οµοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου 7

(1): προς συσκευή ελέγχου trigatron µέσω οπτικών ινών (2): οµοαξονικό καλώδιο προς παλµογράφο από τον κλάδο χαµηλής τάσης του χωρητικού καταµεριστή (3): οµοαξονικό καλώδιο προς παλµογράφο από τον µετασχηµατιστή ρεύµατος Αναλυτικά, στην έξοδο του µετασχηµατιστή δοκιµής ρυθµισµένου ώστε να δίνει µέγιστη τάση εξόδου 50 kv, συνδέεται εν σειρά ανορθωτής τάσης και µία αντίσταση MΩ για την οµαλή φόρτιση του πυκνωτή φόρτισης C c χωρητικότητας 25 nf. Η παραγωγή της κρουστικής υψηλής τάσης γίνεται µε την ελεγχόµενη διάσπαση σφαιρικού διακένου, µε αποστολή φωτεινού παλµού από την τράπεζα ελέγχου µέσω καλωδίου οπτικής ίνας. Με τη διάσπαση του διακένου ο κρουστικός πυκνωτής φορτίζει µέσω της αντίστασης µετώπου R f τον πυκνωτή µετώπου C f χωρητικότητας 10 pf, ενώ σχεδόν ταυτόχρονα και οι δύο πυκνωτές εκφορτίζονται παράλληλα µέσω της αντίστασης ουράς, R t. Η τάση αντοχής όλων των χρησιµοποιούµενων στοιχείων είναι 1 kv. Το δοκίµιο που µελετήθηκε ήταν οµοαξονικό διάκενο αέρα αγωγού-κυλίνδρου συνδεδεµένο στην έξοδο της γεννήτριας κρουστικών υψηλών τάσεων. Το διάκενο αποτελείται από γειωµένο µεταλλικό κύλινδρο ακτίνας R = 4.9 cm, µήκους L=25 cm (εικόνα 2.2α) και εσωτερικό ηλεκτρόδιο µονόκλωνου χαλύβδινου αγωγού ακτίνας =0.014 cm. Για τη διερεύνηση της επίδρασης της σχετικής πυκνότητας του αέρα στα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα, το διάκενο ήταν τοποθετηµένο σε θάλαµο πίεσης (εικόνα 2.2β). Εικόνα 2.2 α) Οµοαξονικό διάκενο β) θάλαµος πίεσης Η καταγραφή της κυµατοµορφής της κρουστικής υψηλής τάσης γινόταν µε τη βοήθεια ψηφιακού παλµογράφου µέσω χωρητικού καταµεριστή τάσης. Ο πυκνωτής χωρητικότητας 10 pf αποτελεί τον κλάδο υψηλής τάσης και ο πυκνωτής χωρητικότητας 478.8 nf τον κλάδο χαµηλής τάσης (λόγος καταµερισµού ίσος µε 8

0), από τον οποίο µέσω οµοαξονικού καλωδίου καταγράφεται η κυµατοµορφή της εφαρµοζόµενης τάσης στον παλµογράφο. Ακόµα γύρω από τον αγωγό σύνδεσης του διακένου µε την έξοδο της γεννήτριας, τοποθετήθηκε µετασχηµατιστής ρεύµατος για την καταγραφή του ρεύµατος του διακένου στον παλµογράφο. Όπως διακρίνεται στην εικόνα 2.3, για κυµατοµορφή τάσης, θετικής πολικότητας, εύρους.18 kvκαι δ = 0.99, η εκκένωση κορώνα εµφανίζεται ως παλµός υπερτιθέµενος στην κυµατοµορφή του ρεύµατος. Η εικόνα 2.4 απεικονίζει το αντίστοιχο παλµογράφηµα της τάσης. Εικόνα 2.3 Παλµογράφηµα ρεύµατος κορώνα στο δοκίµιο για κρουστική υψηλή τάση, θετικής πολικότητας, εύρους.18 kv και δ=0.99. Εικόνα 2.4 Παλµογράφηµα τάσης στο δοκίµιο για κρουστική υψηλή τάση, θετικής πολικότητας, εύρους.18 kv και δ=0.99. 9

2.2 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κατά τη διαδικασία των µετρήσεων πραγµατοποιήθηκαν µετρήσεις για οχτώ διαφορετικές κυµατοµορφές κρουστικών υψηλών τάσεων, θετικής και αρνητικής πολικότητας, µε χρήση διαφόρων συνδυασµών αντιστάσεων µετώπου,, και ουράς,, έτσι ώστε να µπορούν να προσοµοιωθούν τόσο εσωτερικές (SI) όσο και εξωτερικές (LI) κρουστικές υψηλές τάσεις. Στον πίνακα 2.1 παρουσιάζονται τα ζεύγη τιµών των αντιστάσεων µετώπου και ουράς που χρησιµοποιήθηκαν καθώς και οι αντίστοιχες διάρκειες µετώπου,, και ηµίσεoς εύρους,. / / 132 Ω/20 Ω 2 Ω/20 Ω 2 Ω/98 kω 10 Ω/98 kω 20 Ω/98 kω 7 kω/98 kω 14 kω/98 kω 82/00 µs 43 kω/98 kω 0/ µs Πίνακας 2.1 Ζεύγη αντιστάσεων µετώπου και ουράς και αντίστοιχες διάρκειες µετώπου και ηµίσεoς εύρους. Για τη µεταβολή της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ, µέσω της µεταβολής της πίεσης του αέρα στο θάλαµο πίεσης χρησιµοποιήθηκε αντλία αέρα. Οι ατµοσφαιρικές συνθήκες κατά τη διάρκεια των πειραµάτων ήταν: για πίεση 1 bar, θερµοκρασία 23.3 <Τ< 25.8,απόλυτη υγρασία 12.74 <Η<18.49 gm -3, 1.5 bar θερµοκρασία 19 <Τ< 21, απόλυτη υγρασία 13.21 <Η< 14.78 gm -3, 2 bar µε θερµοκρασία <Τ<.5 και απόλυτη υγρασία.22 <Η<17.61 gm -3, έτσι ώστε η σχετική πυκνότητα να παίρνει τις τιµές 0.99, 1.48 και 1.96. Η µέτρηση της θερµοκρασίας γινόταν µε θερµόµετρο, όπου στην περίπτωση των µετρήσεων σε πίεση ανώτερης της ατµοσφαιρικής, τοποθετούνταν στο θάλαµο του διακένου στην αντίστοιχη πίεση για λεπτά, πριν και µετά από τη διαδικασία των µετρήσεων. Η µέτρηση της υγρασίας γινόταν µέσω του συνδυασµού των ενδείξεων των θερµοµέτρων υγρού και ξηρού βολβού. Για κάθε κυµατοµορφή τάσης που εφαρµοζόταν στο διάκενο έγιναν είκοσι µετρήσεις ανά επίπεδο τάσης (V dc ) µε ελάχιστο χρονικό διάστηµα µεταξύ των επιβολών sec. Τα επίπεδα τάσης που εφαρµόστηκαν, εξασφαλίζοντας 0% πιθανότητα έναυσης της εκκένωσης κορώνα ήταν τα εξής: Για πίεση 1 bar θετικής και αρνητικής πολικότητας: 11 kv, 12.5 kv, kv, kv, 25 kv, kv, 35 kv

/ Θετική πολικότητα Αρνητική πολικότητα 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 11 35 kv 82/00 µs 11 35 kv 11 35 kv 0/ µs 11 35 kv 11 35 kv Για πίεση 1.5 bar θετικής και αρνητικής πολικότητας: 12.5 kv, kv, kv, 25 kv, kv, 35 kv, kv, 45 kv, 50 kv / Θετική πολικότητα Αρνητική πολικότητα 12.5 50 kv 50 kv 50 kv 50 kv 50 kv 50 kv 12.5 50 kv 12.5 50 kv 12.5 50 kv 12.5 50 kv 13 50 kv 12.5 50 kv 82/00 µs 12.5 50 kv 12.5 50 kv 0/ µs 50 kv 50 kv Για πίεση 1.5 bar θετικής και αρνητικής πολικότητας: kv, kv, 25 kv, kv, 35 kv, kv, 45 kv, 50 kv, 55 kv / Θετική πολικότητα Αρνητική πολικότητα 16 55 kv 50 kv 55 kv 17 50 kv 55 kv 17 50 kv 55 kv 50 kv 55 kv 50 kv 55 kv 55 kv 82/00 µs 55 kv 55 kv 0/ µs 55 kv 55 kv 11

Οι µετρήσεις που πραγµατοποιήθηκαν για την εµφάνιση της πρώτης κορώνα στο οµοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου, περιλαµβάνουν τη µέτρηση µέσω παλµογράφου του χρόνου έναυσης, t 1,της πρώτης εκκένωσης κορώνα, δηλαδή του χρονικού διαστήµατος από την επιβολή της κρουστικής υψηλής τάσης ως τη στιγµή της έναυσης της εκκένωσης κορώνα. Στη συνέχεια καταγραφόταν η τιµή της κρουστικής τάσης,, τάση έναυσης, που αντιστοιχεί στο χρόνο έναυσης, t 1 λαµβάνοντας υπόψη το λόγο καταµερισµού του χωρητικού καταµεριστή (0). Στη συνέχεια, για κάθε µέτρηση που λήφθηκε, µε τη βοήθεια του λογισµικού LeCroy WaveStudio 6.7.0.4, µετρήθηκαν τα χαρακτηριστικά του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα. Συγκεκριµένα, για κάθε περίπτωση µετρήθηκαν το εύρος του παλµού του ρεύµατος Ι, ο χρόνος ανόδου του, ο χρόνος άνω του µισού εύρους,, που ορίζεται ως το διάστηµα για το οποίο ο παλµός του ρεύµατος κορώνα έχει τιµή µεγαλύτερη από το µισό του εύρους του ( Ι ), και το εκχεόµενο φορτίο της εκκένωσης, Q, το οποίο προέκυπτε από το εµβαδόν του παλµού του ρεύµατος. Ενδεικτικά παρουσιάζεται στην εικόνα 2.5 η κυµατοµορφή του παλµού ρεύµατος καθώς και τα µετρούµενα µεγέθη. Εικόνα 2.5 Χαρακτηριστική µορφή παλµού ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα. 12

3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΕΡΑ, δ=0.99 Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση των πειραµατικών αποτελεσµάτων των µετρήσεων υπό ατµοσφαιρική πίεση. Η θερµοκρασία κυµάνθηκε µεταξύ 23,3 και 25.8 C, η απόλυτη υγρασία µεταξύ 12.74 και 18.49 gm -3 και η πίεση µεταξύ 759 και 761 mmhg. Η µέση τιµή της σχετικής πυκνότητας αέρα ήταν δ=0.99. 3.1.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράµµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση θετικής πολικότητας για δ = 0.99. Στην εικόνα 3.1 παρατηρείται ότι µε την αύξηση του εύρους της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης,, αυξάνεται και η τάση έναυσης,, της θετικής εκκένωσης κορώνα. Αυτή η παρατήρηση αφορά κυρίως τις κυµατοµορφές µε διάρκεια µετώπου µικρότερη ή ίση µε 1 µs, ενώ για κυµατοµορφές µε διάρκεια µετώπου µεγαλύτερης του 1 µs, παρατηρείται ότι µε την αύξηση του εύρους της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης,, η τάση έναυσης,, της θετικής εκκένωσης κορώνα διατηρείται σχεδόν σταθερή. Από την εικόνα 3.2 διαπιστώνεται ότι µε την αύξηση της τάσης έναυσης,, µειώνεται ο χρόνος έναυσης, t 1, της εκκένωσης κορώνα. Μάλιστα φαίνεται ότι η σχέση µεταξύ χρόνου και τάσης έναυσης της εκκένωσης κορώνα δεν εξαρτάται από το είδος της κυµατοµορφής της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης καθώς όλα τα πειραµατικά σηµεία της εικόνας 3.2 βρίσκονται σχεδόν πάνω σε µια καµπύλη. Επίσης είναι εµφανές ότι για µικρές τιµές του χρόνου έναυσης, t 1, η τάση έναυσης, U 1, παίρνει τιµές έως 70 % µεγαλύτερες από αυτές που προτείνει η σχέση του Peek, ενώ για τιµές του χρόνου έναυσης µεγαλύτερες του 1 µs οι τιµές της τάσης έναυσης είναι περίπου κατά % µικρότερες αυτών που προκύπτουν από τη σχέση του Peek. Στην εικόνα 3.3 παρατηρείται ότι καθώς αυξάνεται η τάση έναυσης,, έχουµε µείωση του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, της εφαρµοζόµενης κυµατοµορφής. Αυτή η αύξηση, όπως αναµένεται, είναι εντονότερη στις τρείς κυµατοµορφές µε τη µικρότερη διάρκεια µετώπου, 0.4 και 1 s. Επίσης παρατηρείται ότι σε όλες τις περιπτώσεις η εκκένωση κορώνα εµφανίζεται στο µέτωπο της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης ( <1). 13

Παρακάτω παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του παλµού ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της τάσης έναυσης,. Στην εικόνα 3.4, η αύξηση της τάσης έναυσης,, φαίνεται να µειώνει το χρόνο ανόδου του παλµού του ρεύµατος, t r, ενώ για τάση µεγαλύτερη των kv παρατηρείται µια σταθερή σχεδόν τιµή των ns στον χρόνο ανόδου. Στην εικόνα 3.5 παρατηρείται ότι µε την αύξηση της τάσης έναυσης,, ο χρόνος άνω του µισού εύρους, t w, µειώνεται από τα 1 στα 50 ns, ενώ στην συνέχεια αυξάνεται µε µικρότερο ρυθµό. Τέλος παρατηρείται ότι οι τιµές του χρόνου ανόδου, t r, και του χρόνου άνω του µισού εύρους, t w, είναι συγκρίσιµες ( περίπου έως 170 ns ). Για τιµές της τάσης έναυσης,, µικρότερες των 11 kv παρατηρείται αύξηση στην τιµή του εύρους, Ι, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα ενώ πάνω από αυτήν την τιµή παραµένουν σχεδόν σταθερά (εικόνες 3.6 και 3.7). Από τις εικόνες 3.4 3.7 γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι τα χαρακτηριστικά του παλµού του ρεύµατος της θετικής εκκένωσης κορώνα εξαρτώνται µόνο από την τάση έναυσης και όχι από την κυµατοµορφή της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης. 14

35 25 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 5 5 25 35 Εικόνα 3.1 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ = 0.99. U p (kv) 17 16 14 13 12 11 9 8 7 6 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.2 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ = 0.99. 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 17 13 11 82/00 µs 0/ µs 9 7 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.3 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ = 0.99.

t r (ns) 0 180 1 1 1 0 80 82/00 µs 0/ µs 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.4 Χρόνος ανόδου θετικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. t w (ns) 0 180 1 1 1 0 80 82/00 µs 0/ µs 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.5 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. I (ma) 000 00 0 82/00 µs 0/ µs Q (nc) 00 0 82/00 µs 0/ µs 1 1 5 6 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.6 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 0,1 5 6 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.7 Εκχεόµενο φορτίο θετικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 16

3.1.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Στα διαγράµµατα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση αρνητικής πολικότητας για δ = 0.99. Στην εικόνα 3.8 παρατηρείται ότι µε την αύξηση του εύρους της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης,, αυξάνεται και η τάση έναυσης,, της αρνητικής εκκένωσης κορώνα. Αυτή η παρατήρηση αφορά κυρίως τις κυµατοµορφές µε διάρκεια µετώπου µικρότερη από 1 µs, κατά αντιστοιχία µε τη θετική εκκένωση κορώνα (εικόνα 3.1). Στην εικόνα 3.9 παρατηρείται ότι µε την αύξηση της τάσης έναυσης,, ο χρόνος έναυσης,, της εκκένωσης κορώνα µειώνεται, όπως συµβαίνει και στη θετική εκκένωση κορώνα (εικόνα 3.2). Στην εικόνα 3. παρατηρείται ότι καθώς αυξάνεται η τάση έναυσης,, έχουµε µείωση του λόγου του χρόνου έναυσης προς το χρόνο µετώπου,, κατά αντιστοιχία µε τη θετική εκκένωση κορώνα, (εικόνα 3.3). Από τις εικόνες 3.11 και 3.12 διαπιστώνεται ότι η αύξηση της τάσης έναυσης,, µειώνει το χρόνο ανόδου του παλµού του ρεύµατος, t r, και το χρόνο άνω του µισού εύρους, t w, από τα 80 στα ns. Τέλος, µε την αύξηση της τάσης έναυσης,(εικόνες 3.13 και 3.14) παρατηρείται αύξηση στην τιµή του εύρους, Ι, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα, κατά αναλογία µε τη θετική εκκένωση κορώνα (εικόνες 3.6 και 3.7). 17

35 25 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 5 5 25 35 U p (kv) Εικόνα 3.8 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ = 0.99. 17 16 14 13 12 11 9 8 7 6 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.9 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ = 0.99. 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 17 13 11 82/00 µs 0/ µs 9 7 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3. Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ = 0.99. 18

80 90 70 80 70 t r (ns) 50 82/00 µs 0/ µs t w (ns) 50 82/00 µs 0/ µs 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.11 Χρόνος ανόδου αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.2 Χρόνος άνω του µισού εύρους αρνητικής εκκένωσης κορώνα,t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης,u 1,για δ = 0.99. 000 0 00 I (ma) 0 82/00 µs 0/ µs Q (nc) 82/00 µs 0/ µs 1 1 5 6 7 8 9 11 12 13 14 Εικόνα 3.3 Εύρος του παλµού ρεύµατος αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 0,1 5 6 7 8 9 11 12 13 14 Εικόνα 3.4 Εκχεόµενο φορτίο αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 19

3.1.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ, δ=0.99 Παρακάτω παρουσιάζονται τα συγκριτικά διαγράµµατα των χαρακτηριστικών της θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα για δ = 0.99. Από τις εικόνες 3. - 3.17 παρατηρείται ότι δεν υπάρχει σηµαντική επίδραση της πολικότητας στην τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα,, ούτε στο χρόνο έναυσης, t 1. Στις εικόνες 3.18 3.19 παρατηρείται ότι οι τιµές του χρόνου ανόδου, t r, και του χρόνου άνω του µισού εύρους, t w, του παλµού του ρεύµατος είναι µεγαλύτερες στη θετική εκκένωση κορώνα. Από την εικόνα 3. διαπιστώνεται ότι το εύρος, I, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα για τιµές της τάσης έναυσης, U 1, µικρότερες των kv είναι µικρότερο στην αρνητική εκκένωση κορώνα. Επίσης, στην εικόνα 3.21 φαίνεται ότι το εκχεόµενο φορτίο, Q, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα για δεδοµένη τάση έναυσης, U 1, είναι µικρότερο στην αρνητική εκκένωση κορώνα.

35 25 positive negative σχέση του Peek y=x 5 5 25 35 U p (kv) Εικόνα 3. Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ = 0.99. 17 16 14 13 12 11 9 8 7 6 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.16 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ = 0.99. positive negative σχέση του Peek 17 16 14 13 12 11 9 8 7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.17 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ = 0.99. positive negative 21

0 180 positive negative 0 180 positive negative 1 1 1 1 1 1 t r (ns) 0 t w (ns) 0 80 80 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.18 Χρόνος ανόδου θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.19 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 000 00 positive negative 00 0 positive negative 0 I (ma) Q (nc) 1 1 0,1 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3. Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 0,1 7 8 9 11 12 13 14 16 17 Εικόνα 3.21 Εκχεόµενο φορτίο θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ = 0.99. 22

3.2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΕΡΑ, δ=1.48 Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση των πειραµατικών αποτελεσµάτων των µετρήσεων υπό πίεση 1.5 bar. Η θερµοκρασία κυµάνθηκε µεταξύ 19 και 21 C και η απόλυτη υγρασία µεταξύ 13.21 και 14.78 gm -3. Η µέση τιµή της σχετικής πυκνότητας αέρα ήταν δ=1.48. 3.2.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράµµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση θετικής πολικότητας για δ = 1.48. Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από τις εικόνες 3.22 3.28 είναι παρόµοια µε τα αποτελέσµατα για σχετική πυκνότητα αέρα δ = 0.99. Στις εικόνες 3.25 και 3.26 φαίνεται ότι οι τιµές του χρόνου ανόδου, tr, και του χρόνου άνω του µισού εύρους, tw, µειώθηκαν από τα 70 ns στα ns. Από τις εικόνες 3.35 και 3.36 αποδεικνύεται ότι οι τιµές του εύρους, I, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα αυξάνονται για τιµές της τάσης έναυσης, U 1, µικρότερες των 14 kv, ενώ στη συνέχεια παραµένουν σχεδόν σταθερές. 23

50 45 35 25 0,4/48 µs 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 25 35 45 50 U p (kv) Εικόνα 3.22 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.48. 21 19 17 13 11 0,4/48 µs 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 9 7 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.23 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.48. 25 0,4/48 µs 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs 5 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.24 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ=1.48. 24

t r (ns) 90 80 70 50 0,4/48 µs 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs t w (ns) 90 80 70 50 82/00 µs 0/ µs 0 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.25 Χρόνος ανόδου θετικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 0 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.26 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 000 00 00 0 I (ma) 0 1 0,4/48 µs 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs 0,1 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.27 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. Q (nc) 1 82/00 µs 0/ µs 0,1 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.28 Εκχεόµενο φορτίο θετικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 25

3.2.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Στα διαγράµµατα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση αρνητικής πολικότητας για δ = 1.48. Από τις εικόνες 3.29 3.35 διαπιστώνεται ότι ισχύουν παρόµοια αποτελέσµατα µε τη θετική εκκένωση κορώνα για δ = 1.48 (εικόνες 3.22 3.28). 26

50 45 35 25 4,5/1900 µs 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 25 35 45 50 U p (kv) Εικόνα 3.29 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.48. 21 19 17 13 11 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 9 7 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3. Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.48. 25 0.4/48 μs 1/48 μs 1/1900 μs 4.5/1900 μs 9/1900 μs 45/1950 μs 82/00 μs 0/ μs 5 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.31 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ=1.48. 27

t r (ns) 0 90 80 70 50 82/00 µs 0/ µs 0 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.32 Χρόνος ανόδου αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. t w (ns) 0 90 80 70 50 0 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 82/00 µs 0/ µs Εικόνα 3.33 Χρόνος άνω του µισού εύρους αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 000 0 00 I (ma) 0 1 82/00 µs 0/ µs 0,1 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.34 Εύρος του παλµού ρεύµατος αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. Q (nc) 1 0,1 82/00 µs 0/ µs 0,01 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.35 Εκχεόµενο φορτίο αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 28

3.2.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ, δ=1.48 Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράµµατα των χαρακτηριστικών της εκκένωσης κορώνα και µελετάται η επίδραση της πολικότητας της επιβαλλόµενης τάσης σε αυτά για δ = 1.48. Από τις εικόνες 3.36 3.38, διαπιστώνεται, οµοίως µε τα αποτελέσµατα για δ = 0.99, ότι δεν υπάρχει σηµαντική επίδραση της πολικότητας στην τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα,, ούτε στο χρόνο έναυσης, t 1. Οµοίως, στις εικόνες 3.39 3. φαίνεται ότι η επίδραση της πολικότητας της εφαρµοζόµενης τάσης στους χρόνους ανόδου, t r, και στους χρόνους άνω του µισού εύρους, t w, είναι αµελητέα. Τέλος η εξάρτηση του εύρους του παλµού του ρεύµατος, I, από την πολικότητα στην εικόνα 3.41 είναι εµφανής. Για τάσεις έναυσης µικρότερες των 14 kv το εύρος του ρεύµατος στην αρνητική πολικότητα είναι µικρότερο ενώ πάνω από αυτή την τιµή η επίδραση της πολικότητας γίνεται αµελητέα. Σε αρνητική πολικότητα εφαρµοζόµενης τάσης το φορτίο, Q, είναι µικρότερο απ ότι σε θετική πολικότητα. 29

50 45 positive negative σχέση του Peek y=x 35 25 25 35 45 50 U p (kv) Εικόνα 3.36 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.48. 21 19 17 positive negative σχέση του Peek 13 11 9 7 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.37 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.48. 25 positive negative 5 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3. 38 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ=1.48.

0 90 80 positive negative 0 90 80 positive negative 70 70 t r (ns) 50 t w (ns) 50 9 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.39 Χρόνος ανόδου θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3. Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 000 positive 00 positive negative negative 00 0 0 I (ma) Q (nc) 1 1 0,1 0,1 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.41 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 0,01 11 12 13 14 16 17 18 19 21 Εικόνα 3.42 Εκχεόµενο φορτίο θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.48. 31

3.3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΕΡΑ, δ=1.96 Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση των πειραµατικών αποτελεσµάτων των µετρήσεων υπό πίεση 2 bar. Η θερµοκρασία κυµάνθηκε µεταξύ και.5 C και η απόλυτη υγρασία µεταξύ.22 και 17.61 gm -3. Η µέση τιµή της σχετικής πυκνότητας αέρα ήταν δ=1.96. 3.3.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράµµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση θετικής πολικότητας για δ = 1.96. Από τις εικόνες 3.43 3.49 παρατηρείται ότι τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για δ = 1.96 είναι παρόµοια µε τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για δ = 0.99 και δ = 1.48 (εικόνες 3.1 3.7 και 3.22 3.28 αντίστοιχα). Στις εικόνες 3.46 και 3.47 φαίνεται ότι οι τιµές του χρόνου ανόδου, tr, και του χρόνου άνω του µισού εύρους, tw, µειώθηκαν από τα 70 ns στα ns. Από τις εικόνες 3.48 και 3.49 αποδεικνύεται ότι οι τιµές του εύρους, I, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα αυξάνονται για τιµές της τάσης έναυσης, U 1, µικρότερες των 17 kv, ενώ στη συνέχεια παραµένουν σχεδόν σταθερές. 32

55 50 45 35 25 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 25 35 45 50 55 U p (kv) Εικόνα 3.43 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.96. 21 19 18 17 16 14 13 12 11 9 8 7 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.44 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.96. 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 21 19 17 13 82/00 µs 0/ µs 11 9 7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.45 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ=1.96. 33

80 80 70 70 50 50 t r (ns) 82/00 µs 0/ µs t w (ns) 82/00 µs 0/ µs 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.46 Χρόνος ανόδου θετικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.47 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. I (ma) 000 00 0 82/00 µs 0/ µs 00 0 Q (nc) 82/00 µs 0/ µs 1 1 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.48 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 0,1 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.49 Εκχεόµενο φορτίο θετικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 34

3.3.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Στα διαγράµµατα που ακολουθούν παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που προέκυψαν για επιβαλλόµενη τάση αρνητικής πολικότητας για δ = 1.96. Από τις εικόνες 3.50 3.56 είναι εµφανές ότι ισχύουν παρόµοια αποτελέσµατα µε τη θετική εκκένωση κορώνα για δ = 1.96 (εικόνες 3.43 3.49). 35

55 50 45 35 25 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek y=x 25 35 45 50 55 U p (kv) Εικόνα 3.50 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.96. 19 18 17 16 14 13 12 11 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.51 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.96. 82/00 µs 0/ µs σχέση του Peek 19 18 17 16 14 13 12 11 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3. 52 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,, για δ=1.96. 82/00 µs 0/ µs 36

0 0 90 90 80 70 80 70 t r (ns) 50 82/00 µs 0/ µs t w (ns) 50 82/00 µs 0/ µs 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.53 Χρόνος ανόδου αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.54 Χρόνος άνω του µισού εύρους αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. I (ma) 000 00 0 1 82/00 µs 0/ µs 0,1 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.55 Εύρος του παλµού ρεύµατος αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. Q (nc) 0 1 0,1 82/00 µs 0/ µs 0,01 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.56 Εκχεόµενο φορτίο αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 37

3.3.3 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΤΑΣΗΣ ΓΙΑ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΕΡΑ, δ=1.96 Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράµµατα των χαρακτηριστικών της εκκένωσης κορώνα και µελετάται η επίδραση της πολικότητας της επιβαλλόµενης τάσης σε αυτά για δ = 1.96. Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν από τις εικόνες 3.57 3.63 είναι παρόµοια µε τα αποτελέσµατα για σχετική πυκνότητα αέρα δ = 0.99 και δ = 1.48 (εικόνες 3. 3.21 και 3.36 3.42). 38

55 50 45 35 positive negative σχέση του Peek y=x 25 25 35 45 50 55 U p (kv) Εικόνα 3.57 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p, για δ=1.96. 21 positive 19 negative 18 σχέση του Peek 17 16 14 13 12 11 9 8 7 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.58 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1, για δ=1.96. 21 19 positive negative 17 13 11 9 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.59 Τάση έναυσης θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,,για δ=1.96. 39

0 90 80 positive negative 0 90 80 positive negative 70 70 t r (ns) 50 t w (ns) 50 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3. Χρόνος ανόδου θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 0 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.61 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 000 positive 00 positive 00 negative 0 negative 0 I (ma) Q (nc) 1 1 0,1 0,1 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.62 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96. 0,01 11 12 13 14 16 17 18 19 Εικόνα 3.63 Εκχεόµενο φορτίο θετικής και αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1, για δ=1.96.

3.4 ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ Για τη διερεύνηση της επίδρασης της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ, στα χαρακτηριστικά της εκκένωσης κορώνα, παρουσιάζονται παρακάτω τα αντίστοιχα πειραµατικά αποτελέσµατα για εφαρµοζόµενη τάση θετικής και αρνητικής πολικότητας. 3.4.1 ΘΕΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Στις εικόνες 3.64 και 3.65 παρατηρείται ότι για την ίδια εφαρµοζόµενη τάση, η τάση έναυσης, U 1, της εκκένωσης κορώνα αυξάνεται όσο αυξάνεται η σχετική πυκνότητα του αέρα. Επίσης, µε την αύξηση της σχετικής πυκνότητας του αέρα, για δεδοµένο χρόνο έναυσης, t 1, παρατηρείται αύξηση της τάσης έναυσης, U 1. Γενικά, για µικρές τιµές του χρόνου έναυσης, t 1, η τάση έναυσης, U 1, παίρνει τιµές έως 70 % µεγαλύτερες από αυτές που προτείνει η σχέση του Peek, ενώ για τιµές του χρόνου έναυσης µεγαλύτερες του 1 µs οι τιµές της τάσης έναυσης είναι περίπου κατά % µικρότερες αυτών που προκύπτουν από τη σχέση του Peek. Από τις εικόνες 3.67 και 3.68 φαίνεται ότι είναι ασαφής η επίδραση της πίεσης στο χρόνο ανόδου του παλµού του ρεύµατος, t r, και στο χρόνο άνω του µισού εύρους, t w. Γενικά, µε την αύξηση της τάσης έναυσης, U 1, παρατηρείται µια µείωση του χρόνου ανόδου, t r, και του χρόνου άνω του µισού εύρους, t w, από 70 ns στα ns περίπου. Από τις εικόνες 3.69 και 3.70 διαπιστώνεται ότι ο ρυθµός αύξησης του εύρους του παλµού του ρεύµατος, I, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, αυξάνεται µε την αύξηση της τάσης έναυσης, U 1, καθώς αυξάνεται η σχετική πυκνότητα του αέρα, δ. Συγκεκριµένα, για τιµές της τάσης έναυσης µικρότερες από 17 kv παρατηρείται ότι µε την αύξηση της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ οι τιµές του εύρους του παλµού του ρεύµατος, I, και του εκχεόµενου φορτίου, Q, αυξάνονται, ενώ για τιµές της τάσης έναυσης µεγαλύτερες από 17 kv η επίδραση της σχετικής πυκνότητας του αέρα έχει σχεδόν εξαλειφθεί. 41

U 1 ( kv) 55 50 45 35 25 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 σχέση του Peek δ=0.99 σχέση του Peek δ=1.48 σχέση του Peek δ=1.96 y=x 5 5 25 35 45 50 55 U p (kv) Εικόνα 3.64 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p. 21 19 17 δ=0.985 δ=1.49 δ=1.93 σχέση του Peek δ=0.99 σχέση του Peek δ=1.48 σχέση του Peek δ=1.96 13 11 9 7 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.65 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1. 21 19 17 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 13 11 9 7 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.66 Τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,. 42

0 180 1 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 180 1 1 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 1 1 t r (ns) 0 80 t w (ns) 1 0 80 0 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.67 Χρόνος ανόδου θετικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 0 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.68 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 000 δ = 0.99 000 δ = 0.99 00 δ = 1.48 δ = 1.96 00 δ = 1.48 δ = 1.96 0 I (ma) 0 Q (nc) 1 0,1 1 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.69 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 0,01 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.70 Εκχεόµενο φορτίο θετικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 43

3.4.2 ΑΡΝΗΤΙΚΗ ΕΚΚΕΝΩΣΗ ΚΟΡΩΝΑ Από τις εικόνες 3.71 3.77 διαπιστώνεται ότι ισχύουν παρόµοια αποτελέσµατα µε τη θετική εκκένωση κορώνα (εικόνες 3.64 3.70). 44

55 50 45 35 25 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 σχέση του Peek δ=0.99 σχέση του Peek δ=1.48 σχέση του Peek δ=1.96 y=x 5 5 25 35 45 50 55 U p (kv) Εικόνα 3.71 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει της εφαρµοζόµενης τάσης, U p. 21 19 17 δ=0.985 δ=1.49 δ=1.93 σχέση του Peek δ=0.99 σχέση του Peek δ=1.48 σχέση του Peek δ=1.96 13 11 9 7 5 0 1 0 t 1 (µs) Εικόνα 3.72 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1. 21 19 17 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 13 11 9 7 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.73 Τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,. 45

1 0 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 1 0 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 80 80 t r (ns) t w (ns) 0 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.74 Χρόνος ανόδου αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 0 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.75 Χρόνος άνω του µισού εύρους αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 000 δ = 0.99 00 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.48 00 δ = 1.96 0 δ = 1.96 0 I (ma) Q (nc) 1 1 0,1 0,1 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.76 Εύρος του παλµού ρεύµατος αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 0,01 7 9 11 13 17 19 21 Εικόνα 3.77 Εκχεόµενο φορτίο αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της τάσης έναυσης, U 1. 46

3.5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΙΟΡΘΩΜΕΝΑ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΣΧΕΤΙΚΗ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ Όπως φαίνεται στην εικόνα 3.78, µε την εφαρµογή της σχέσης του Peek στον αγωγό που χρησιµοποιήθηκε στο πείραµα, = 0.014 cm, η επίδραση της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ, στην τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα, U 1, προκύπτει : U 1= U 1n δ 0.654 Όπου U 1n είναι η τάση έναυσης που αντιστοιχεί σε σχετική πυκνότητα αέρα δ=1. 14 y = 9.255x 0.654 R² = 1.000 13 12 11 9 8 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 δ Εικόνα 3.78 Τάση έναυσης της εκκένωσης κορώνα συναρτήσει της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ, όπως προκύπτει από τη σχέση του Peek για το µελετούµενο διάκενο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα συγκεντρωτικά διαγράµµατα των χαρακτηριστικών της θετικής και της αρνητικής εκκένωσης κορώνα, διορθωµένα ως προς τη σχετική πυκνότητα του αέρα, δ. Παρατηρώντας τις εικόνες 3.79 έως 3.84, φαίνεται ότι η διόρθωση που προτείνει η σχέση του Peek για την τάση έναυσης, U 1, ισχύει σε αρκετά ικανοποιητικό βαθµό και στην κρουστική εκκένωση κορώνα, τόσο για LI όσο και για SI κυµατοµορφές και για τις δύο πολικότητες της εφαρµοζόµενης τάσης. Ωστόσο, για χρόνο έναυσης, t 1, µικρότερο του 1 µs, η τάση έναυσης, U 1, αυξάνει µε τη µείωση του χρόνου έναυσης, t 1, σε τιµές µέχρι και 70% µεγαλύτερες σε σχέση µε τις 47

προτεινόµενες τιµές του Peek. Αντίθετα, για χρόνο έναυσης, t 1, µεγαλύτερο του 1 µs, παρατηρείται µείωση της τάσης έναυσης, U 1, µε την αύξηση του χρόνου έναυσης, t 1, σε τιµές µέχρι και % µικρότερες από τις τιµές του Peek. Από τις εικόνες 3.85 έως 3.92 παρατηρείται ότι τα βασικά χαρακτηριστικά του παλµού του ρεύµατος της εκκένωσης κορώνα, µπορούν να διορθωθούν αρκετά ικανοποιητικά ως προς την τάση έναυσης, U 1, εφαρµόζοντας για την τελευταία τη διόρθωση ως προς τη σχετική πυκνότητα του αέρα, δ, που προτείνεται από τη σχέση του Peek. 48

U 1 /δ 0.654 (kv) 55 50 45 35 25 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 σχέση του Peek y=x 5 5 25 35 45 50 55 U p /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.79 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ εφαρµοζόµενης τάσης, U p /δ 0.654. U 1 /δ 0.654 (kv) 55 50 45 35 25 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 σχέση του Peek y=x 5 5 25 35 45 50 55 U p /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.80 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσηςαρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ εφαρµοζόµενης τάσης, U p /δ 0.654. U 1 /δ 0.654 (kv) 17 16 14 13 12 11 9 8 7 6 δ=0.99 δ=1.48 δ=1.96 σχέση του Peek 5 0 1 0 t1 (µs) Εικόνα 3.81 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1. U 1 /δ 0.654 (kv) 17 16 14 13 12 11 9 8 7 6 δ=0.99 δ=1.48 δ=1.96 σχέση του Peek 5 0 1 0 t1 (µs) Εικόνα 3.82 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσηςαρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει του χρόνου έναυσης, t 1. 21 19 δ = 0.99 δ = 1.48 21 19 δ = 0.99 δ = 1.48 17 δ = 1.96 17 δ = 1.96 U 1 /δ 0.654 (kv) 13 11 9 7 U 1 /δ 0.654 (kv) 13 11 9 7 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.83 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσης θετικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,. 5 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 t 1 /t f (p.u.) Εικόνα 3.84 Η διορθωµένη ως προς δ τάση έναυσης αρνητικής εκκένωσης κορώνα, U 1 /δ 0.654, συναρτήσει του λόγου του χρόνου έναυσης προς τη διάρκεια µετώπου,. 49

0 δ = 0.99 1 δ = 0.99 180 1 δ = 1.48 δ = 1.96 0 δ = 1.48 δ = 1.96 1 1 80 t r (ns) 0 t r (ns) 80 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0,654 (kv) Εικόνα 3.85 Χρόνος ανόδου θετικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.86 Χρόνος ανόδου αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t r, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 180 1 1 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 1 0 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 1 80 t w (ns) 0 80 t w (ns) 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.87 Χρόνος άνω του µισού εύρους θετικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 0 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.88 Χρόνος άνω του µισού εύρους αρνητικής εκκένωσης κορώνα, t w, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 50

000 δ = 0.99 000 δ = 0.99 00 δ = 1.48 δ = 1.96 00 δ = 1.48 δ = 1.96 0 I (ma) 0 I (ma) 1 1 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.89 Εύρος του παλµού ρεύµατος θετικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 0,1 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.90 Εύρος του παλµού ρεύµατος αρνητικής εκκένωσης κορώνα, I, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 00 0 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 00 0 δ = 0.99 δ = 1.48 δ = 1.96 Q (nc) 1 Q (nc) 1 0,1 0,1 0,01 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.91 Εκχεόµενο φορτίο θετικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 0,01 7 8 9 11 12 13 14 16 17 U 1 /δ 0.654 (kv) Εικόνα 3.92 Εκχεόµενο φορτίο αρνητικής εκκένωσης κορώνα, Q, συναρτήσει της διορθωµένης ως προς δ τάσης έναυσης, U 1 /δ 0.654. 51

4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα διπλωµατική εργασία έγινε πειραµατική διερεύνηση των χαρακτηριστικών της κρουστικής εκκένωσης κορώνα σε οµοαξονικό διάκενο αγωγού-κυλίνδρου υπό συνθήκες πίεσης ίσης και υψηλότερης της ατµοσφαιρικής. Πιο συγκεκριµένα, έγινε η διερεύνηση του χρόνου και της τάσης έναυσης της εκκένωσης κορώνα υπό εφαρµοζόµενη κρουστική υψηλή τάση θετικής και αρνητικής πολικότητας, για οκτώ διαφορετικές κυµατοµορφές και για τρεις τιµές της σχετικής πυκνότητας του αέρα, δ. Κατόπιν έγινε η µέτρηση των χαρακτηριστικών του παλµού της εκκένωσης κορώνα. Ειδικότερα, µετρήθηκαν ο χρόνος ανόδου του παλµού του ρεύµατος, t r, ο χρόνος άνω του µισού εύρους, t w, το εύρος του παλµού, Ι, και το εκχεόµενο φορτίο της εκκένωσης κορώνα, Q. Από την ανάλυση των πειραµατικών αποτελεσµάτων στο προηγούµενο κεφάλαιο, γίνεται η σύνοψη των συµπερασµάτων: Η αύξηση του εύρους της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης και για τις δύο πολικότητες, οδηγεί σε αύξηση της τάσης έναυσης της εκκένωσης κορώνα, ιδιαίτερα για κυµατοµορφές µε διάρκεια µετώπου µικρότερης ή ίσης του 1 µs. Η έναυση συµβαίνει σε µικρότερους χρόνους. Τα χαρακτηριστικά της κρουστικής εκκένωσης κορώνα εξαρτώνται από τη µεταβολή της κλίσης της τάσης καταπόνησης. Το ίδιο αποτέλεσµα παρατηρείται µε την αύξηση του ρυθµού ανόδου της τάσης υπό σταθερή εφαρµοζόµενη τάση λόγω µείωσης της διάρκειας µετώπου της κρουστικής τάσης. Η επίδραση της πολικότητας της τάσης στην τάση και το χρόνο έναυσης της κρουστικής εκκένωσης κορώνα διαπιστώθηκε σχετικά ασήµαντη. Με την αύξηση της τάσης έναυσης, µειώνεται ο χρόνος έναυσης,της εκκένωσης κορώνα. Η σχέση µεταξύ χρόνου και τάσης έναυσης της εκκένωσης κορώνα δεν εξαρτάται από το είδος της κυµατοµορφής της εφαρµοζόµενης κρουστικής υψηλής τάσης καθώς όλα τα πειραµατικά σηµεία βρίσκονται πάνω σε µια καµπύλη για κάθε σχετική πυκνότητα του αέρα και για τις δύο πολικότητες. Επίσης για τιµές του χρόνου έναυσης, µικρότερες του 1 µs, η τάση έναυσης, παίρνει τιµές έως 70% µεγαλύτερες από αυτές που προτείνει η σχέση του Peek, ενώ για τιµές του χρόνου έναυσης µεγαλύτερες του 1 µs οι τιµές της τάσης έναυσης είναι περίπου κατά % µικρότερες αυτών που προκύπτουν από τη σχέση του Peek. Για δεδοµένη σχετική πυκνότητα του αέρα, η επίδραση της πολικότητας της εφαρµοζόµενης τάσης στο χρόνο ανόδου και στο χρόνο άνω του µισού εύρους του παλµού της εκκένωσης κορώνα βρέθηκε να είναι ασήµαντη. Επιπλέον ο χρόνος ανόδου και ο χρόνος άνω του µισού εύρους προκύπτουν µε συγκρίσιµες τιµές, οι οποίες µειώνονται µε την αύξηση της τάσης έναυσης. 52

Οι τιµές του εύρους του παλµού και του εκχεόµενου φορτίου της εκκένωσης κορώνα αυξάνονται µε την αύξηση της τάσης έναυσης. Για αρνητική πολικότητα, οι τιµές του εύρους του παλµού και του εκχεόµενου φορτίου της εκκένωσης κορώνα βρέθηκαν να είναι µικρότερες από τις αντίστοιχες τιµές υπό θετική πολικότητα. Ωστόσο, µε την αύξηση της σχετικής πυκνότητας του αέρα η επίδραση της πολικότητας µειώνεται. Με την αύξηση της σχετικής πυκνότητας του αέρα, αυξάνεται και η τιµή της τάσης έναυσης, για δεδοµένη κυµατοµορφή και εύρος κρουστικής υψηλής τάσης. Για δεδοµένη τάση έναυσης, µε την αύξηση της σχετικής πυκνότητας του αέρα παρατηρείται µείωση των τιµών του εύρους του παλµού και του εκχεόµενου φορτίου της εκκένωσης κορώνα. Για τάση έναυσης µεγαλύτερης των 17 kv η επίδραση της σχετικής πυκνότητας του αέρα εξαλείφεται. Ο ρυθµός αύξησης του εύρους του παλµού και του εκχεόµενου φορτίου της εκκένωσης κορώνα αυξάνεται µε την αύξηση της τιµής της σχετικής πυκνότητας του αέρα. Ο χρόνος ανόδου του παλµού του ρεύµατος, ο χρόνος άνω του µισού εύρους, το εύρος του παλµού και το εκχεόµενο φορτίο της εκκένωσης κορώνα, µπορούν να διορθωθούν αρκετά ικανοποιητικά ως προς την τάση έναυσης, εφαρµόζοντας για την τελευταία τη διόρθωση ως προς τη σχετική πυκνότητα του αέρα, που προτείνεται από τη σχέση του Peek. 53