Διερεύνηση των μηχανισμών γήρανσης συνθετικών μονωτήρων υπαιθρίου χώρου

Abstract

This work, conducted in the High Voltage Laboratory of the Aristotle University of Thessaloniki, investigates the ageing mechanisms of outdoor composite insulators. Within the framework of this thesis, a literature review has been carried out on insulators’ stress factors and the relevant chemical processes that occur in the material, resulting in changes of its molecular structure and consequently of its critical properties. Experimental arrangements have been developed and experimental procedures have been proposed, which include several diagnostic techniques to investigate the electrical discharges development on insulating surfaces and the effects of ageing on insulating materials. In this direction, laboratory tests were carried out on samples of composite suspension insulators, which had been naturally aged in transmission lines. The hydrophobicity transfer property was evaluated by conducting static contact angle measurements on contaminated specimens of the insulators. The development of surface partial discharges and dry-band discharges was investigated through leakage current measurements and thermal imaging in order to evaluate the interaction between partial discharges and insulating surfaces. The effects of natural ageing as well as those of flashover on the condition of composite insulators were evaluated through visual inspection, wettability measurements, attenuated total reflectance infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, as well as energy dispersive X-ray spectroscopy. The strength against tracking and erosion of the insulating surfaces was evaluated by performing inclined plane test according to IEC 60587. The results of the thesis contribute to the better understanding of the interaction between surface electrical discharges and polymeric materials, as well as of the ageing mechanisms of outdoor composite insulators.

Αντικείμενο έρευνας της παρούσας διατριβής, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του Α.Π.Θ., αποτέλεσε η διερεύνηση των μηχανισμών γήρανσης υπαίθριων συνθετικών μονωτήρων. Στο πλαίσιο της διατριβής, έγινε βιβλιογραφική επισκόπηση των παραγόντων καταπόνησης των μονωτήρων και των χημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο υλικό και έχουν ως αποτέλεσμα τη μεταβολή της μοριακής δομής του και κατ’ επέκταση κρίσιμων ιδιοτήτων του. Αναπτύχθηκαν πειραματικές διατάξεις και προτάθηκαν πειραματικές διαδικασίες που περιλαμβάνουν διάφορες διαγνωστικές τεχνικές για την διερεύνηση της ανάπτυξης των ηλεκτρικών εκκενώσεων σε μονωτικές επιφάνειες αλλά και των επιπτώσεων της γήρανσης στα μονωτικά υλικά. Για το σκοπό αυτό έγιναν δοκιμές στο εργαστήριο σε δείγματα συνθετικών μονωτήρων ανάρτησης, οι οποίοι είχαν υποστεί φυσική γήρανση σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Μέσω διεξαγωγής μετρήσεων στατικής γωνίας επαφής σε ρυπασμένα δείγματα μονωτήρων αξιολογήθηκε η ιδιότητα μεταφοράς υδροφοβίας τους. Διερευνήθηκε η ανάπτυξη επιφανειακών μερικών εκκενώσεων και εκκενώσεων ξηράς ζώνης μέσω μετρήσεων ρεύματος διαρροής και θερμικών απεικονίσεων, για την εκτίμηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ μερικών εκκενώσεων και μονωτικών επιφανειών. Αξιολογήθηκαν οι επιπτώσεις της φυσικής γήρανσης καθώς και της υπερπήδησης στην κατάσταση των συνθετικών μονωτήρων μέσω οπτικής επιθεώρησης, μετρήσεων διαβροχής, μετρήσεων φασματοσκοπίας υπερύθρου με αποσβένουσα ολική ανάκλαση και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης, καθώς και μετρήσεων φασματοσκοπίας διασκορπισμένης ενέργειας με ακτίνες X. Αξιολογήθηκε η αντοχή των μονωτικών επιφανειών έναντι σχηματισμού αγώγιμων οδεύσεων άνθρακα και διάβρωσης μέσω δοκιμών κεκλιμένου επιπέδου σύμφωνα με το πρότυπο ΙΕC 60587. Τα αποτελέσματα της διατριβής βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ ηλεκτρικών εκκενώσεων και πολυμερικών υλικών, καθώς και των μηχανισμών γήρανσης υπαίθριων συνθετικών μονωτήρων.