Ολοκληρώνοντας αυτή τη διπλωματική εργασία, συμπεραίνεται η σημασία του σωστού σχεδιασμού ενός μονωτήρα για την όσο το δυνατόν καλύτερη λειτουργία του. Επιβεβαιώθηκε πως η παρουσία των δίσκων επιδρούν θετικά σε αυτήν, ενώ, παράλληλα, επισημαίνεται η αρνητική επίδραση της επικάθισης, στην επιφάνεια του μονωτήρα, ενός αγώγιμου στρώματος ρύπανσης και γίνεται αντιληπτή η σημασία του σωστού και τακτικού καθαρισμού των μονωτήρων, ειδικά σε περιόδους όπου δεν εμφανίζονται έντονες βροχοπτώσεις. Τέλος, μελετώντας προσεκτικά την κατανομή της έντασης και του δυναμικού κατά το μήκος ερπυσμού των μονωτήρων, επισημαίνεται η προσοχή στις περιοχές της επιφάνειάς τους που αναμένεται να επιφέρουν δυσμενή αποτελέσματα στη λειτουργία τους. Από την ενδελεχή ανάλυση του διαγράμματος, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η παρουσία των πτυχώσεων στο κάτω μέρος ενός cap and pin μονωτήρα, βοηθά στη μείωση της έντασης κατά το μήκος ερπυσμού. Πραγματικά, λειτουργούν ανασχετικά στην ανάπτυξη ανεπιθύμητων μεγάλων τιμών της έντασης στο υπόλοιπο τμήμα του μονωτήρα. Διαπιστώθηκε ακόμη, ότι το άκρο του δίσκου είναι ένα σημείο ιδιαίτερα κρίσιμο, καθώς η ένταση εμφανίζει ασυνήθιστα υψηλή τιμή, σε σχέση, πάντα, με την απόσταση του άκρου από το φορτισμένο ηλεκτρόδιο. Επίσης, επισημαίνεται πώς ο προσεκτικός σχεδιασμός ενός cap and pin μονωτήρα συμβάλλει στην αποφυγή ιδιαίτερα υψηλών τιμών της έντασης. Σε αυτό, σημαντικό ρόλο διαδραματίζουν οι πτυχώσεις στην κάτω επιφάνεια του μονωτήρα, αλλά και ο σωστός σχεδιασμός της μεταλλικής θήκης, καθώς πρόκειται για ένα αγώγιμο τμήμα που βρίσκεται εντός της αλυσίδας και ενδεχομένως να επηρεάσει αρνητικά τη συνολική διάταξη. Η εκτενής ενασχόλησή με το πρόγραμμα προσομοίωσης PC OPERA, ανέδειξε την αξιοπιστία και την ικανοποιητική λειτουργία του. Παράλληλα, όμως, επισημαίνονται ορισμένες ιδιαιτερότητες που παρατηρήθηκαν κατά το χειρισμό του. Αν και πρόκειται για δευτερεύουσας σημασίας παρατηρήσεις, πρέπει ωστόσο, να ληφθούν υπόψη από τους μελλοντικούς χρήστες του προγράμματος, με σκοπό να ελαχιστοποιηθεί ο χρόνος προσαρμογής τους στο περιβάλλον του. 1. Ο αριθμός των πεπερασμένων τριγωνικών στοιχείων στα οποία το πρόγραμμα υποδιαιρεί την υπό ανάλυση επιφάνεια ανέρχεται σε 20.000. Αν και ο αριθμός φαίνεται ικανοποιητικός, στην πραγματικότητα, ειδικά αν πρόκειται για πολύπλοκες διατάξεις, όπως, για παράδειγμα, η αλυσίδα των πέντε cap and pin μονωτήρων που σχεδιάστηκε και αναλύθηκε, δεν είναι πάντοτε επαρκής. Για αυτό και η σχεδίαση πρέπει να πραγματοποιείται με ιδιαίτερη προσοχή, ώστε να είναι λεπτομερής στις περιοχές αυξημένης σημασίας για το εκάστοτε μοντέλο και λιγότερο ακριβής σε περιοχές μικρότερης σημασίας. 2. Η εξωτερική περιοχή, που συνιστά τον ατμοσφαιρικό αέρα, πρέπει να είναι ικανοποιητικά μεγάλη. Σε διαφορετική περίπτωση, το δυναμικό της εξωτερικής επιφάνειας, που ορίζεται ίσο με μηδέν εκφράζοντας το άπειρο, θα επηρεάσει τη διάταξη, παρέχοντας ανακριβείς τιμές για τα υπό μελέτη χαρακτηριστικά μεγέθη της διάταξης. Επίσης, εφόσον η περιοχή του ατμοσφαιρικού αέρα που βρίσκεται αρκετά μακριά από τη διάταξη δεν είναι απαραίτητο να έχει μεγάλη ακρίβεια, θα ήταν ορθό να σχεδιαστούν επιπλέον περιοχές του αέρα κοντά στη διάταξη, που να παρέχουν αυξημένη ακρίβεια. 3. Ιδιαίτερα προσεκτικός οφείλει να είναι ο καθορισμός των διαφορετικών υλικών σε μια διάταξη. Εκτός από τον ορισμό ρεαλιστικής τιμής της αγωγιμότητάς τους (σ), είναι απαραίτητος και ο ανάλογος προσδιορισμός της σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς (εr). Ορίζοντας μόνο το πρώτο μέγεθος, το πρόγραμμα δεν αντιλαμβάνεται το υλικό που θέλουμε να παραστήσει μία περιοχή. / Simulation of different types of insulators with Opera-2d.

Η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης είναι αναγκαία για τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των υπό υψηλή τάση αγώγιμων μερών. Οι μονωτήρες είναι οι διατάξεις οι οποίες χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά δίκτυα και στηρίζουν, διαχωρίζουν και περιέχουν αγωγούς υψηλής τάσης. Όλοι οι μονωτήρες έχουν διπλή λειτουργικότητα, μηχανική και ηλεκτρική, κάτι που δημιουργεί αντικρουόμενες απαιτήσεις στο σχεδιασμό τους. Επιπλέον, αποτελούν βασικά δομικά στοιχεία ενός συστήματος μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. / -

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, διερευνήθηκε η συμπεριφορά μονωτήρων πορσελάνης και μονωτήρων πορσελάνης με επικάλυψη από RTV SIR, σε πραγματικές και εργαστηριακές συνθήκες, με μετρήσεις του ρεύματος διαρροής. Στην περίπτωση των μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, με την χρήση κατάλληλου εξοπλισμού, κατέστη δυνατή η συνεχής καταγραφή της συμπεριφοράς δώδεκα μονωτήρων πορσελάνης 150kV, οι οποίοι αποτελούσαν ενεργές συνιστώσες δύο υποσταθμών του Συστήματος Μεταφοράς Κρήτης. Από αυτούς σε δέκα είχαν τοποθετηθεί επικαλύψεις από RTV SIR. Παράλληλα πραγματοποιήθηκαν και μετεωρολογικές μετρήσεις, σε συγχρονισμό με αυτές του ρεύματος διαρροής, δίνοντας την δυνατότητα συσχέτισης των μετεωρολογικών παραμέτρων με την αντίστοιχη συμπεριφορά των μονωτήρων. Οι μετρήσεις του ρεύματος διαρροής ανέδειξαν δύο περιόδους δραστηριότητας. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης η περίοδος αιχμής καταγράφεται στο τέλος της καλοκαιρινής περιόδου, από τον μήνα Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο. Τον υπόλοιπο χρόνο καταγράφεται δραστηριότητα, ιδιαίτερα την άνοιξη, σε σημαντικά χαμηλότερα επίπεδα όμως. Η συμπεριφορά αυτή είναι σε συμφωνία με την μηνιαία κατανομή των σφαλμάτων λόγω ρύπανσης στο Σύστημα Κρήτης, την περίοδο 1969 – 2005. Αντίθετα, στην περίπτωση των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR, την περίοδο από τον Αύγουστο μέχρι και τον Οκτώβριο, κατεγράφησαν εξαιρετικά χαμηλά ως και μηδενικά επίπεδα δραστηριότητας. Για τα υλικά αυτά, η αιχμή της επιφανειακής δραστηριότητας καταγράφεται κατά την χειμερινή περίοδο. Βέβαια πρέπει να σημειωθεί ότι ακόμη και τότε, η δραστηριότητα στην επιφάνεια των επικαλύψεων από RTV SIR είναι σαφώς ασθενέστερη σε σχέση με αυτήν των μονωτήρων πορσελάνης, το αντίστοιχο χρονικό διάστημα. Η ταυτόχρονη καταγραφή των μετεωρολογικών παραμέτρων ανέδειξε ως παράμετρο κλειδί τον παρατηρούμενο μηχανισμό ύγρανσης σε κάθε περίοδο. Η καλοκαιρινή αιχμή των μονωτήρων πορσελάνης αποδίδεται στην υγροσκοπική συμπεριφορά των ρύπων και στον μηχανισμό της συμπύκνωσης. Είναι σημαντικό ότι οι δύο αυτοί μηχανισμοί δεν μπορούν να μεταβάλουν την κατάσταση της επιφάνειας, ενώ προσβάλλουν το συνολικό μήκος ερπυσμού. Έτσι απουσία βροχοπτώσεων, ο φυσικός καθαρισμός των μονωτήρων το καλοκαίρι είναι δύσκολος, επιτρέποντας την προοδευτική συγκέντρωση της κρίσιμης ποσότητας ρύπανσης. Αντίθετα στους μονωτήρες με RTV SIR, παρά την παρουσία υγρασίας, διατηρείται η υδρόφοβη συμπεριφορά της επιφάνειας, η οποία επιβάλει τελικά την καταστολή της επιφανειακής δραστηριότητας. Αντίθετα τον χειμώνα, η εμφάνιση ασθενών βροχοπτώσεων μπορεί να οδηγήσει σε μεταβολή της κατάστασης της επιφάνειας των μονωτήρων. Στην περίπτωση της πορσελάνης προκύπτει ο καθαρισμός αυτής, ενώ στις επικαλύψεις από RTV SIR, όπου ο καθαρισμός είναι δυσκολότερος, παρατηρείται απώλεια της επιφανειακής υδροφοβίας, με αποτέλεσμα την καταγεγραμμένη δραστηριότητα. Είναι πάντως σημαντικό ότι σε κάθε περίπτωση, τα επίπεδα επιφανειακής δραστηριότητας στις επικαλύψεις από RTV SIR ήταν σαφώς χαμηλότερα από αυτά των μονωτήρων πορσελάνης. Στα πλαίσια των μετρήσεων σε πραγματικές συνθήκες, κατέστη δυνατή και η καταγραφή στιγμιότυπων του ρεύματος διαρροής. Στην περίπτωση των μονωτήρων πορσελάνης, προέκυψε ότι το απαιτούμενο ρεύμα για τον σχηματισμό ξηρών ζωνών, εξαρτάται από τον μηχανισμό ύγρανσης. Στην περίπτωση μηχανισμών όπως η συμπύκνωση, ένα ρεύμα της τάξης των 2mA αρκεί. Αντίθετα στην περίπτωση των βροχοπτώσεων έχουν καταγραφεί ρεύματα της τάξης των 15mA, χωρίς σημάδια ανάπτυξης ξηρών ζωνών. Η ανάπτυξη ξηρών ζωνών υποδηλώνεται στην κυματομορφή του ρεύματος από την εμφάνιση διαστημάτων μηδενικού ρεύματος σε κάθε ημιπερίοδο, τα οποία μάλιστα μεσολαβώντας μεταξύ των διαδοχικών εκκενώσεων υποδεικνύουν την ανεξαρτησία αυτών. Τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά του ρεύματος στην περίπτωση αυτή αντικατοπτρίζονται στην εμφάνισης μιας συνιστώσας του ρεύματος στα 150Hz. Αυτά ισχύουν για το εύρος των τιμών ρεύματος που κατεγράφησαν στην περίπτωση αυτή (14mA<ILC<140mA). Αντίστοιχα χαρακτηριστικά προκύπτουν και στην περίπτωση των μονωτήρων με επικάλυψη από RTV SIR. Επιπλέον όμως στην περίπτωση αυτή, κατεγράφησαν εκκενώσεις που δεν σχετίζονται με ξηρές ζώνες, αλλά περισσότερο με το ενδεχόμενο διατήρησης υδρόφοβης συμπεριφοράς για τμήματα της επιφάνειας του μονωτήρα. Επιπλέον η αλλοίωση της κυματομορφής του ρεύματος είναι εντονότερη στην περίπτωση αυτή, κάτι που συνεπάγεται υψηλότερα επίπεδα στην αρμονική των 150Hz. Παράλληλα με τις μετρήσεις σε πραγματικές συνθήκες, οι συνθέσεις των υλικών RTV SIR που χρησιμοποιήθηκαν, αξιολογήθηκαν και σε εργαστηριακές συνθήκες. Πραγματοποιήθηκαν δύο δοκιμές σε θάλαμο υδατονέφωσης άλατος, όπου οι συνθήκες καταπόνησης μοιάζουν με το ενδεχόμενο της βροχόπτωσης σε πραγματικές συνθήκες. Από την συμπεριφορά των υλικών στις συγκεκριμένες συνθήκες και τις μετρήσεις που έγιναν, προκύπτει ότι οι συνθέσεις με ΑΤΗ είναι περισσότερο ανθεκτικές, τόσο όσον αφορά το φαινόμενο corona (υδρόφοβη επιφάνεια), όσο και την καταπόνηση από ξηρές ζώνες, στην περίπτωση απώλειας της υδροφοβίας, σε σχέση με αυτές όπου χρησιμοποιείται silica. Η διαφορά οφείλεται στον τρόπο προστασίας που προσφέρει ο κάθε τύπος πρόσμιξης. Πάντως πρέπει να σημειωθεί ότι είναι απαραίτητη η περαιτέρω εργαστηριακή διερεύνηση της επίδρασης του τύπου της πρόσμιξης, όσον αφορά την επίδραση τόσο των εκκενώσεων corona όσο και των εκκενώσεων ξηρών ζωνών. / In the present study the performance of porcelain and RTV SIR coated porcelain insulators has been investigated in field and laboratory conditions, by leakage current measurements. In field conditions, by the use of the appropriate equipment it was possible to continuously monitor a group of twelve 150kV porcelain insulators, installed in two high voltage substations, of the Transmission System in Crete. Ten of them were coated with RTV SIR. In addition simultaneous measurements of meteorological parameters were performed, allowing the correlation of the LC measurements to the environmental conditions. The leakage current measurements performed indicated two periods of intense surface activity. In the case of porcelain, the summer period and especially the months From August to October, represent the period of intense surface activity. During the rest of the year the recorded LC levels are remarkably lower. This monthly distribution comes in agreement with the observed pollution flashovers distribution, for the period 1969-2005. The opposite activity distribution is observed for the RTV SIR coated insulators. In this case the levels of surface activity in the summer period are remarkably low and the period of intense activity for the coatings is observed during the winter. It is worth mentioning however that even in this case the levels of activity are remarkably lower than the corresponding levels in the case of porcelain, for the same time period. The opposite behavior of porcelain and coated porcelain insulators can be correlated to the environmental conditions and especially the wetting mechanism present. During the summer, insulator wetting is possible as the result of two mechanisms, the hydroscopic behavior of the pollution layer and condensation. Both mechanisms are capable of wetting the total leakage creepage distance, without cleaning the insulators surface in the same time. As a result a critical amount of pollution can be formed on the insulator surface, considering also the low levels of precipitation. So in the case of porcelain the formation of surface conductivity is possible in contradiction to the RTV SIR coated insulator, where the formed surface hydrophobicity is maintained. On the other hand during the winter, light precipitation can support the development of surface activity, since it is possible to disturb the surface condition. In the case of porcelain this will result to the cleaning of the surface. However in the case of RTV SIR coatings a loss of hydrophobicity is observed which allows the development of surface activity, considering also that cleaning is more difficult in this case. It is worth noticing however that in all cases the observed activity on the RTV SIR coated insulators is remarkably lower than the corresponding activity in the case of uncoated porcelain insulators. The leakage current waveforms for finite time periods are also included in the information provided by the field measurements performed. In the case of porcelain insulators, the analysis of the corresponding waveforms indicated that the current required for the formation of dry bands depends on the wetting mechanism present. In the case of mechanisms such as condensation, a current in the range of 1 – 2mA is capable to support the formation of dry bands. However in the case of precipitation the necessary current is higher, reaching a level of 15mA. Further the formation of dry bands is reflected to the leakage current waveform by zero current periods which are observed between the current conduction periods. This behavior indicates that the observed activity can be considered as a sequence of independent current pulses. Additionally the FFT analysis correlates the non linear current behavior to an increased 150Hz component. These characteristics have been traced in all the waveforms recorded, in the range from 14mA to 150mA. In the case of RTV SIR coated insulators the recorded waveforms are in large extent similar to the waveforms on the porcelain insulators. However additional phenomena, correlated with the existence of areas which maintain the hydrophobic behavior. In addition the non linear behavior is enhanced in this case, something that results in higher levels of a current component at 150Hz. The performance of the employed RTV SIR coatings was also investigated in laboratory conditions. Two tests were performed in a salt fog chamber, were the stress conditions are similar to the conditions observed in the case of light rain. The material performance observed and the corresponding measurements performed in both tests, indicate that the formulations tested, the endurance of the ATH filled coatings is higher than the silica filled, both in the case of corona and dry band discharge stress. The difference observed can be correlated with the action of each filler type. However the influence of the filler action needs to be further investigated.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται οι παράγοντες που επιδρούν στην απόδοση και τη διάρκεια ζωής των συνθετικών μονωτήρων. Ειδικότερα εξετάζεται η γήρανση των συνθετικών μονωτήρων από σιλικονούχα πολυμερή με κύριο παράγοντα επιβάρυνσης την απώλεια της υδροφοβικότητας σε συνθήκες ηλεκτρικής καταπόνησης λόγω ηλεκτρικών εκκενώσεων, εκκενώσεων corona γύρω από σταγόνες ύδατος που επικάθονται στην επιφάνεια των μη κεραμικών μονωτήρων χρήσεως εξωτερικού χώρου καθώς επίσης και άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων που επηρεάζουν τους συνθετικούς μονωτήρες όσο αφορά τις φυσικές και μηχανικές τους ιδιότητες. Τα πολυμερή υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην κατασκευή των συνθετικών μονωτήρων θα υποστούν γήρανση με το χρόνο. Στη διάρκεια της χρησιμοποίησης τους είναι σημαντικό να μην αστοχήσουν ή να μην επιτρέψουν ηλεκτρική υπερπήδηση που είναι το αποτέλεσμα της εμφάνισης υψηλών τιμών της έντασης ηλεκτρικού πεδίου σε ορισμένα τμήματα της επιφάνειας του μονωτήρα. Για την αξιολόγηση της γήρανσης των συνθετικών μονωτήρων χρησιμοποιήσαμε μεθόδους φασματοσκοπίας σε πολυμερή υλικά και συγκεκριμένα σε EPSB και SiR, τα οποία υπέστησαν τεστ πολλαπλών εντάσεων σε συνθήκες εργαστηρίου, εξομοιώνοντας τις πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε για μια περίοδο 15 χρόνων εξομοιώνοντας πραγματικά χρόνια λειτουργίας(15 εργαστηριακά χρόνια) σε θάλαμο πολλαπλών καταπονήσεων επιταχυνόμενης γήρανσης. Σε σύγκριση με το παρθενικό δείγμα. Οι μονωτήρες από EPSB εμφάνισαν κρητιδική μορφή, μειωμένη υδροφοβικότητα και μείωση μορίων υδρογονάνθρακα (CH) κατά την ανάλυση με την φασματοσκοπική μέθοδο ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Οι μονωτήρες από SiR δεν εμφάνισαν αξιοσημείωτες αλλαγές κατά τις μετρήσεις FTIR. Παρόλα αυτά όμως με την μέθοδο SEM (Scanning Electron Microscopy) σημείωσαν αυξημένη επιφανειακή σκληρότητα καθώς και αποσύνθεση του υλικού για τις επιφάνειες και των δύο υλικών. Τα αποτελέσματα των ερευνών μας δείχνουν πως τα τεστ πολλαπλών καταπονήσεων είναι αξιόπιστα από τη στιγμή που ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Λέξεις Κλειδιά: Γήρανση, συνθετικός μονωτήρας, σιλικονούχο καουτσούκ, τάξη υδροφοβικότητας, εκκενώσεις corona σταγόνων ύδατος, υπερπήδηση, ηλεκτρικό πεδίο συνθετικών μονωτήρων, προσομοίωση, αστοχία υλικού, σιλικονούχα ελαστομερή, ρύπανση, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία, πρόσθετα, πληρωτικά υλικά, διάρκεια ζωής, τεστ πολλαπλών καταπονήσεων, φασματοσκοπία FTIR, μέθοδος SEM. / This diplopma thesis investigates the factors which can play an important role in long term performance and life expectancy of composite insulators. The aging of non ceramic silicone rubber and EPDM insulators is especially studied. Especially is examined the loss of their hydrophobicity due to electrical stresses, corona effect due to water drops that lay on outdoor polymeric insulators surface and other environmental factors which affect the polymeric insulators as far as their physical and mechanical properties concerns. All polymers used in the manufacturing of composite insulators will age over time but what is important is that they do not fail and not permit an electrical flashover which is a result of high values of electric field localized on some parts of the insulator surface. To evaluate the aging of polymeric insulators we used spectroscopy methods in polymeric materials and specifically at EPSB and SiR, with multistress tests in laboratory conditions, simulating real time conditions in the field. The evaluation was conducted for a period of 15 simulated service years of aging (15 lab-years) in the multistress accelerated aging chamber. Compared to the unaged (virgin) sample, the EPSB insulators showed chalking, reduced hydrophobicity, and reduction in hydrocarbon (CH) group molecules in the Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy (ATR-FTIR) measurements. The SiR arrester surfaces showed no noticeable changes in the FTIR measurements. However, Scanning Electron Microscopy (SEM) micrographs indicated increased surface roughness and disintegration of the material for both the SiR and EPSB surfaces. Research results indicated that multistress accelerated tests are reliable since they reflect the real world. Key words: Aging, composite insulator, silicone rubber, hydrophobicity classification, water drops corona discharges, flashover, electric field of composite insulator, simulation, material failure, silicone elastomer, pollution, erosion resistance, UV stability, additives, fillers, life expectancy, multistress accelerating tests, FTIR spectroscopy, SEM micrographs.

Η παρακολούθηση του ρεύματος διαρροής, και ειδικά της κυματομορφής του, είναι μια ευρύτατα διαδεδομένη τεχνική για την παρακολούθηση της επιφανειακής δραστηριότητας και κατάστασης των μονωτήρων υψηλής τάσης. Η παρακολούθηση στο πεδίο είναι απαραίτητη για να υπάρξει μια πιστή καταγραφή της δραστηριότητας και συμπεριφοράς σε πραγματικές συνθήκες, παρουσιάζει όμως σημαντικές δυσκολίες. Το πρόβλημα συνήθως παρακάμπτεται με την καταγραφή και μελέτη εξαγόμενων μεγεθών όπως η τιμή κορυφής και το φορτίο, μία προσέγγιση που οδηγεί όμως σε αμφίβολα αποτελέσματα. Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην διερεύνηση και ταξινόμηση κυματομορφών ρεύματος διαρροής καταγεγραμμένων στο πεδίο. Αρχικά, παρατίθεται μια λεπτομερής ανασκόπηση της καταγραφής και ανάλυσης ρεύματος διαρροής σε εργαστηριακές και πραγματικές συνθήκες. Στην συνέχεια, περιγράφεται το πεδίο μετρήσεων, δύο Υποσταθμοί Υψηλής Τάσης 150kV, το αναπτυχθέν λογισμικό αλλά και ο Υπαίθριος Σταθμός Δοκιμών όπου πρόκειται να αξιοποιηθούν τα αποτελέσματα. Μελετώνται περισσότερες από 100.000 κυματομορφές, που έχουν καταγραφεί σε μια περίοδο που ξεπερνάει τα δέκα έτη. Εξετάζεται και αξιολογείται το πρόβλημα του θορύβου και ταυτοποιούνται τρεις διαφορετικοί τύποι θορύβου. Εξετάζεται η επίδρασή τους στο πρόβλημα συσσώρευσης δεδομένων αλλά και στην ποιότητα της εξαγόμενης πληροφορίας. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος εφαρμόζονται και αξιολογούνται τρεις διαφορετικές τεχνικές. Για την περαιτέρω ταξινόμησή των κυματομορφών που απεικονίζουν δραστηριότητα, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές επεξεργασίας σήματος, εξαγωγής και επιλογής χαρακτηριστικών καθώς και αναγνώρισης προτύπων όπως η Wavelet Multi-Resolution Ανάλυση, η Ανάλυση Fourier, τα Νευρωνικά Δίκτυα, το t-test, ο αλγόριθμος mRMR, ο αλγόριθμος κ-πλησιέστερων γειτόνων, ο απλός Μπεϋζιανός ταξινομητής και οι Μηχανές Διανυσμάτων Υποστήριξης. Συγκεντρωτικά, δίνεται μια συνολική εικόνα των διαφορετικών ζητημάτων που σχετίζονται με την παρακολούθηση του ρεύματος διαρροής. Παρατίθεται μια πλήρης εικόνα των κυματομορφών όπως αυτές καταγράφονται σε πραγματικές συνθήκες, υπογραμμίζοντας ιδιαιτερότητες που σχετίζονται με την φύση της εφαρμογής. Εφαρμόζονται και αξιολογούνται νέες προσεγγίσεις για την ταξινόμηση των κυματομορφών. Τα συνολικά αποτελέσματα προσφέρουν σημαντική ενίσχυση στην αποτελεσματικότητα της τεχνικής της παρακολούθησης του ρεύματος διαρροής, συμβάλλοντας σημαντικά στην μελέτη της επιφανειακής δραστηριότητας και συμπεριφοράς των μονωτήρων υψηλής τάσης. / Leakage current monitoring is a widely applied technique for monitoring surface activity and condition of high voltage insulators. Field monitoring is necessary to acquire an exact image of activity and performance in the field. However, recording, managing and interpreting leakage current waveforms, the shape of which is correlated to surface activity, is a major task. The problem is commonly by-passed with the extraction, recording and investigation of values related to peak and charge, an approach reported to produce questionable results. The present thesis focuses on the investigation and classification of field leakage current waveforms. At first, a detailed background of measuring and analyzing leakage current both in lab and field conditions is provided. Then, the monitoring sites, two 150kV Substations, as well as the developed custom-made software and the newly constructed High Voltage Test Station where the results of this thesis are to be implemented, is briefly described. More than 100.000 waveforms are investigated, recorded through a period exceeding ten years. Field related noise is thoroughly described and evaluated. Three different types of noise are identified and their impact on the size of accumulated data and on data interpretation is investigated. Three different techniques to overcome the problem are applied and evaluated. Activity portraying waveforms are further investigated. Further classification of activity portraying waveforms is performed employing signal processing, feature extraction and selection algorithms as well as pattern recognition techniques such as Wavelet Multi-Resolution Analysis, Fourier Analysis, Neural Networks (NNs), student’s t-test, minimum Redundancy Maximum Relevance (mRMR), k-Nearest Neighbors (kNN), Naive Bayesian Classifier and Support Vector Machines (SVMs). Overall results provide a full image of the various aspects of field leakage current monitoring. A detailed image of field waveforms, revealing several new attributes, is documented. New approaches for the classification of leakage current waveforms are introduced, applied on field waveforms and evaluated. Results described in this thesis significantly enhance the effectiveness of the leakage current monitoring technique, providing a powerful tool for the investigation of surface activity and performance of high voltage insulators.

Η μείωση της ρύπανσης των μονωτήρων εξωτερικών χώρων είναι ένα αντικείμενο το οποίο έχει απασχολήσει εκτεταμένα τους μηχανικούς λόγω των απαιτήσεων που υπάρχουν στην αποδοτική λειτουργία των μονωτήρων αυτών. Στην παρούσα διπλωματική δοκιμάστηκαν τέσσερα διαφορετικά υλικά (δυο πολυμερή και δυο κεραμικά) που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τέτοιων μονωτήρων και μελετήθηκε η μεταβολή στην υδροφοβία της επιφάνειάς τους μετά από επεξεργασία αυτών από ψυχρό πλάσμα φθορανθράκων χαμηλής πίεσης. Παράλληλα έγιναν και ηλεκτρικές μετρήσεις σε πλάσμα Ο2 και CF4 προκειμένου να γίνουν γνωστές οι τιμές της τάσης και του ρεύματος κάτω από τις οποίες έγινε η επεξεργασία των επιφανειών. Πιο συγκεκριμένα: • Στο πρώτο κεφάλαιο έγινε μια εισαγωγή στους μονωτήρες εξωτερικών χώρων, κατάταξη αυτών με βάση τη θέση τους ως προς τους ηλεκτροφόρους αγωγούς αλλά και ως προς το υλικό κατασκευής τους. Έγινε επίσης παρουσίαση των επιπτώσεων της ρύπανσης των μονωτήρων αλλά και απαρίθμηση των μεθόδων αντιμετώπισης της. Τέλος, εξηγήθηκε η έννοια της υδροφοβίας και έγινε εισαγωγή στις ιδιότητες του πλάσματος φθορανθράκων. • Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφηκε αναλυτικά η διάταξη παραγωγής πλάσματος χαμηλής πίεσης καθώς επίσης και η διάταξη μέτρησης γωνιών επαφής. Παρατίθενται φωτογραφίες αλλά και πλήρης περιγραφή όλων των επιμέρους διατάξεων που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία. • Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάστηκαν και αναλύθηκαν τα πειραματικά αποτελέσματα και μετρήσεις (ηλεκτρικές μετρήσεις και μετρήσεις γωνιών επαφής) που συλλέχθηκαν κατά την εκπόνηση της εργασία καθώς επίσης και γραφικές παραστάσεις για την ομαδοποίηση των δεδομένων. • Στο τέταρτο κεφάλαιο καταγράφηκαν τα συμπεράσματα στα οποία οδήγησε η παρούσα διπλωματική. / Reducing pollution in the surface of outdoor insulators is an issue that has occurred and has troubled lots of engineers due to strict requirements that should be met for specific insulators’ proper operation. In the present thesis, four different insulating materials (two polymerics and two ceramics) were tested and the change on their surface hydrophobic properties was studied. Furthermore, electrical measurements in O2 and CF4 plasma were taken so the values of the current and voltage under which this experiment has taken place, would be known. More specific: • In the first chapter, an introduction to outdoor insulators was made. They were classified according to their position regarding the conductors and their construction material. Also, the consequences of pollution and some ways of its control were presented. Lastly, there was explained the concept of hydrophobicity and the properties of fluorocarbon plasma. • In the second chapter, the vacuum system that was used to create low pressure, fluorocarbon plasma is analyzed as well as the device for measuring the contact angles of the samples. This detailed presentation is accompanied by photographs and full analysis of all the individual devices that were used in the present thesis. • In the third chapter, all the experimental results were presented and analyzed. The measurements (electrical and contact angles’) were plotted so that data would appear in groups. • In the forth chapter, all the conclusions of the present thesis were exported.