Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/4901
Title: Μελέτη στερεών/υγρών μονωτικών
Authors: Κοσκολός, Αναστάσιος
Issue Date: 2012-01-09
Keywords: Μονωτικά στερεά/υγρά υλικά
Υψηλή τάση
Keywords (translated): Nonconductive solid and liquid materials
High voltage
Insulation
Abstract: Η μόνωση αποτελεί ακρογωνιαίο λίθο για κάθε σύστημα και εξοπλισμό Υψηλής Τάσης που χρησιμοποιείται σε τεχνικές κατασκευές και βιομηχανικές εφαρμογές, αφού με την αντοχή της εξασφαλίζεται η εύρυθμη λειτουργία τους. Στο σύγχρονο εξοπλισμό Υ.Τ. επιβάλλεται αύξηση της αποτελεσματικότητας της μόνωσης και ταυτόχρονη μείωση στις διαστάσεις του εξοπλισμού, λαμβάνοντας υπόψη τις αυξημένες περιβαλλοντικές απαιτήσεις της εποχής μας. Οι ιδιότητες των διαθέσιμων ηλεκτρομονωτικών υλικών προδιαγράφουν τα όρια των εφαρμογών και τις δυνατότητες για την περαιτέρω πρόοδο της τεχνολογίας. Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η εξομοίωση και γραφική αναπαράσταση των ηλεκτροστατικών πεδίων μέσα σε διάφορα ηλεκτρομονωτικά στερεά και υγρά υλικά, που χρησιμοποιούνται στον εξοπλισμό Υ.Τ. Επίσης επιδιώκεται ο προσδιορισμός της μέγιστης εφαρμοζόμενης τάσης (DC) για την οποία δεν έχουμε έναυση φαινομένου διάσπασης. Οι εξομοιώσεις πραγματοποιούνται για μη ομογενές και ομογενές πεδίο, και γι αυτό σχεδιάσαμε και χρησιμοποιήσαμε 2 είδη διατάξεων, ακίδας – πλάκας και ηλεκτροδίων Rogowski αντίστοιχα. Για τις εξομοιώσεις έγινε χρήση του προγράμματος Vector Fields Opera 13.0 της Cobham. Στο 1ο κεφάλαιο, ερχόμαστε σε επαφή με τις βασικές ιδιότητες των ηλεκτρομονωτικών υλικών και τις συσχέτισή τους με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών πεδίων. Οι ιδιότητές τους μας δίνουν τη δυνατότητα να κρίνουμε την ποιότητα των μονωτικών και τους παράγοντες που την επηρεάζουν. Επίσης, παρουσιάζονται τα θεωρητικά μοντέλα των διατάξεων που χρησιμοποιήσαμε στις εξομοιώσεις. Στο 2ο κεφάλαιο, γίνεται μια σύντομη αναφορά στις μεθόδους υπολογισμού ηλεκτροστατικών πεδίων, με χρήση Η/Υ και μη, ενώ παρουσιάζεται αναλυτικά η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων, καθώς σε αυτή βασίζεται το πρόγραμμα Opera, που χρησιμοποιήσαμε για τις εξομοιώσεις. Στο 3ο κεφάλαιο, γίνεται μια γενική προσέγγιση στα μονωτικά υλικά και τα κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή τους. Στο 4ο κεφάλαιο, στην ενότητα Α, περιγράφονται εκτενώς τα στερεά μονωτικά σε θεωρητική βάση, παρουσιάζονται οι διάφοροι μηχανισμοί διάσπασης τους και αναφέρονται οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διηλεκτρική αντοχή τους, ενώ γίνονται και κάποια σχόλια πάνω στο συνδυασμό τους με τα υγρά μονωτικά. Επιπλέον, γίνεται μια σύντομη αναφορά στα πολυμερή υλικά και τη χρήση τους στον εξοπλισμό Υ.Τ. Στην ενότητα Β, δίνεται μια σύντομη περιγραφή των υλικών που χρησιμοποιήσαμε (PE, BA, PVC, PMMA) και παραθέτονται οι γραφικές αναπαραστάσεις των ηλεκτροστατικών πεδίων που εξομοιώσαμε, καθώς και τα αποτελέσματα των μετρήσεων και παρατηρήσεων μας. Στο 5ο κεφάλαιο, στην ενότητα Α, γίνεται εκτενής περιγραφή των υγρών μονωτικών υλικών και των μηχανισμών διάσπασής τους. Επίσης, αναλύεται η επίδραση διαφόρων παραγόντων στη διηλεκτρική αντοχή των υγρών μονωτικών, ενώ γίνεται αναφορά στα έλαια μετασχηματιστή και τα συνθετικά έλαια. Στην ενότητα Β, δίνονται εν τάχει κάποια χαρακτηριστικά του μονωτικού ελαίου που χρησιμοποιήσαμε στην εξομοίωση. Έπειτα, παραθέτονται αναλυτικά οι γραφικές αναπαραστάσεις των ηλεκτροστατικών πεδίων που εξομοιώσαμε, και για τις διάφορες τιμές εφαρμοζόμενης τάσης παρατηρήσαμε αν συμβαίνει έναυση διάσπασης, ενώ εξάγαμε αποτελέσματα και για άλλες παραμέτρους. Στο 6ο κεφάλαιο, δίδονται κάποια γενικά σχόλια και παρατηρήσεις πάνω στις εξομοιώσεις που πραγματοποιήσαμε. Τέλος, στο Παράρτημα παραθέτονται αναλυτικά οι πιο εύστοχες εξομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν και οδήγησαν στην εξαγωγή των αποτελεσμάτων.
Abstract (translated): Insulation is the cornerstone of every system and High Voltage equipment used in technical constructions and industrial applications, since its resistance ensures the proper operation of the equipment. In modern High Voltage equipment, improvement of the efficiency of the insulation is imposed, along with the reduction of the equipment’s volume, considering the high environmental demands of our times. The properties of the available nonconductive materials prescribe the limitations of applications and the possibilities for further technological progress. The purpose of this thesis is to simulates and graphically represent electrostatic fields in various nonconductive solid and liquid materials used in High Voltage equipment. We also made an effort to define the maximum applied voltage (DC) for which a breakdown phenomena does not occur. Simulations are realized for non homogenous and homogenous fields, therefore we designed and used two types of structures, point – to – plane and Rogowski electrodes, respectively. The simulations are done using the Cobham Vector Fields Opera 13.0 modeling software. In chapter 1, we have a first contact with the principle characteristics of nonconductive materials and their relation with the properties of electric fields. These characteristics provide the ability to measure the quality of the insulators and the factors that affect them. In addition, the theoretical models used for the simulation are presented. In chapter 2, there is a short reference to the methods used for the calculation of electrostatic fields (PC based and not), while the finite element method is thoroughly described, since it is used by the Opera simulation program. In chapter 3, there is a general approach on nonconductive materials and the criteria considered for their selection. In chapter 4, section A, solid nonconductive materials are extensively described on a theoretical basis, different breakdown mechanisms are presented and factors that affect their dielectric strength are referred, while some comments on their combination with liquid materials are made. Furthermore, polymers and their use in High Voltage equipment are discussed in a few words. In section B, the materials we used (PE, BA, PVC, PMMA) are shortly described and the graphic representations of the field simulated are shown, along with the results of measurement and observations. In chapter 5, section A, liquid nonconductive materials and their breakdown mechanisms are extensively described. The effect of several factors on the dielectric strength of liquid nonconductive materials is also presented, while a reference on transformer and synthetic oils is made. In section B, the characteristics of the nonconductive oil used for the simulation are referred. Then, the graphic representations of the electrostatic fields simulated are shown and for the different levels of applied voltage, we observed if any breakdown phenomena occurred, while results for other parameters are extracted. In chapter 6, some general commentaries, notes and conclusions are made for the simulations realized. Finally, in the Index chapter, are listed the most accurate simulations, that led us to the extraction of the results.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΙ ΥΓΡΩΝ ΜΟΝΩΤΙΚΩΝ.pdf3 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.