Μελέτη, ανάλυση και μοντελοποίηση των παραμέτρων που περιγράφουν την θερμοκρασιακή συμπεριφορά των μονωτήρων σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας

Abstract

This Ph.D. thesis aims at the study of the electric behavior of the transmission line porcelain insulators. For the integrated study of the above subject experiments were carried out for the thermal flow along insulator used in the Hellenic transmission system for the suspension of high and ultra high voltage overhead transmission lines.The experimental results that have arisen from this thesis were used in the development of calculating methods and the validation of the results of these methods. The measurements for different values of current flow were employed for the development of a method for calculating temperature changes in porcelain insulators, based on Finite Element Method (F.E.M.).In addition a method based on infrared techniques was proposed for the estimation and the prediction of the values of the emissivity parameter on thermal camera. The temperature changes on insulators under real conditions, for different observation points of the thermal camera, were used to develop a method for calculating the emissivity parameter.The efficiency of various mathematical models was looked into for predicting the value of the emissivity parameter and using the least squares method developed a model in order to minimize the calculation error between the model-estimated values and experimental values.Finally a calculation technique was developed for the selection of the optimal least squares method type by Matlab. The main goal of this methodology is to minimize the subjectivity in the selection of the most suitable insulator for each examined case.

Αντικείμενο της Διατριβής είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των πορσελάνινων μονωτήρων των γραμμών μεταφοράς. Συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν μονωτήρες που χρησιμοποιούνται στο ελληνικό δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας για γραμμές Υψηλής και Υπερυψηλής Τάσεως και πραγματοποιήθηκαν πειράματα για τη μέτρηση των θερμοκρασιακών μεταβολών τους.Τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα, αξιοποιήθηκαν για την ανάπτυξη υπολογιστικών μεθοδολογιών και την επικύρωση των αποτελεσμάτων των μεθοδολογιών αυτών. Αρχικά, οι μετρήσεις για διαφορετικές τιμές της έντασης του ρεύματος στους αγωγούς που συνδέονται με τους μονωτήρες χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη μεθόδου υπολογισμού των θερμοκρασιακών μεταβολών με χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (FEM).Επίσης, εφαρμόστηκαν τεχνικές ανέπαφων μετρήσεων (υπέρυθρη ακτινοβολία) με χρήση θερμικής κάμερας για την εκτίμηση και πρόβλεψη των τιμών της παραμέτρου της εκπεμπτικότητας της θερμοκάμερας. Οι θερμοκρασιακές μεταβολές των μονωτήρων υπό πραγματικές συνθήκες περιβάλλοντος μετρήθηκαν για διαφορετικά σημεία παρατήρησης από τη θερμική κάμερα και τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη μεθόδου υπολογισμού των παραμέτρων (εκπεμπτικότητα) της θερμικής κάμερας που επηρεάζονται. Επιπλέον, ελέγχθηκε η αξιοπιστία διάφορων μαθηματικών μοντέλων πρόβλεψης της τιμής της παραμέτρου της εκπεμπτικότητας και με τη χρήση της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων τρίτου βαθμού που αναπτύχθηκε βελτιστοποιήθηκε η μοντελοποίηση της σε σχέση με τις αντίστοιχες πειραματικές τιμές. Τέλος, αναπτύχθηκε λογισμικό υπολογισμού των τιμών της μοντελοποίησης για την παραπάνω παράμετρο με χρήση κατάλληλης υπολογιστικής πλατφόρμας με στόχο να ελαχιστοποιηθεί η υποκειμενικότητα στην επιλογή του καταλληλότερου μονωτή.