Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας γίνεται αναφορά και μελέτη των επιπτώσεων κεραυνικών πληγμάτων σε διατάξεις χαμηλής τάσης και των τρόπων με τους οποίους ο άνθρωπος μπορεί να προστατέψει αυτές τις κατασκευές. Μετά την παρουσίαση των βασικών παραμέτρων του κεραυνού και των συνεπειών των πληγμάτων στις κατασκευές, μελετήθηκε και σχεδιάστηκε ένα σύστημα αντικεραυνικής προστασίας για ένα μοντέλο (υπάρχουσα κτηριακή κατασκευή στην Αχαΐα), το οποίο εν συνεχεία υποβλήθηκε σε κεραυνικό ρεύμα, μέσω προγράμματος εξομοίωσης, ώστε να παρατηρηθεί η συμπεριφορά του και να διαπιστωθούν τα επίπεδα ασφάλειας του. Σκοπός είναι η αποφυγή ζημιών λόγω κεραυνικών πληγμάτων. Η μελέτη έγινε σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς και πρότυπα ασφαλείας. Κάνοντας χρήση του λογισμικού προσομοίωσης EMTP – ATP , μελετήθηκε η μεταβατική συμπεριφορά δύο διαφορετικών συστημάτων γείωσης, ώστε να κριθεί αν είναι αποτελεσματικά ή όχι. Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφεται το φυσικό φαινόμενο του κεραυνού, τα είδη του, ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων και τα φυσικά χαρακτηριστικά του. Στο Κεφάλαιο 2 αναφέρονται οι άσχημες συνέπειες που προκαλούν τα κεραυνικά πλήγματα σε κατασκευές, τη φύση και τον άνθρωπο. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι μέθοδοι προστασίας κατασκευών από κεραυνούς. Αναλύεται και περιγράφεται πλήρως η μελέτη και η διαδικασία επιλογής του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας. Εν συνεχεία, παρουσιάζεται αναλυτικά η σχεδίαση του εξωτερικού συστήματος αντικεραυνικής προστασίας μιας κατασκευής τηρώντας τους κανονισμούς. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η υπό μελέτη κτηριακή κατασκευή και αναλυτικά τα επιμέρους τμήματα του συστήματος αντικεραυνικής προστασίας που σχεδιάσαμε. Στο Κεφάλαιο 5 αναφέρονται διάφοροι τρόποι μοντελοποίησης του συστήματος και παρουσιάζεται ο επικρατέστερος, που χρησιμοποιήθηκε και στην παρούσα εργασία. Στη συνέχεια υπολογίζονται τα στοιχεία του κυκλώματος γείωσης, καθώς και του συστήματος συλλογής και των αγωγών καθόδου. Μετά τον υπολογισμό των παραμέτρων αυτών σχεδιάζεται το [5] ισοδύναμο κύκλωμα της εγκατάστασης και γίνεται η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης ATP. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται η επιβολή του κεραυνικού ρεύματος στο κύκλωμα και παρατηρείται η συμπεριφορά του δυναμικού στα σημεία εκχύσεως καθώς και σε γειτονικούς κόμβους. Έπειτα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα υπό μορφή γραφημάτων και συγκεντρωτικών πινάκων. Στο τέλος, παρατίθενται παρατηρήσεις και συμπεράσματα. / In this thesis reference and study is made concerning the impact of lightning strikes in low voltage systems and the ways in which humans can protect such structures. After the presentation of the basic parameters of lightning and its consequences on structures, a lightning protection system model was studied and designed (for an actual house in Achaia). After been subjected to lightning current through emulation, observation of its behavior is made, and conclusion to the safety levels. Its purpose is to prevent damage due to lightning strikes. The emulation was made according to the international regulations and standards. Using the simulation software EMTP - ATP, we studied the transient behavior of two different grounding systems, to determine whether they are effective or not. Chapter 1 describes the natural phenomena of lightning, the categories, the mechanism of atmospheric discharges and natural features. Chapter 2 deals with the bad consequences caused by lightning strikes to structures, nature and man. Chapter 3 presents the methods of construction of lightning protection. Fully analyzed and described the study and selection process of the lightning protection system. It then gives a detailed design of the external lightning protection system of a structure in compliance with the regulations. Chapter 4 presents the study brick and mortar construction and detail the individual parts of the lightning protection system that we designed. Chapter 5 suggests several ways of modeling the system and the dominant, the one that we preferred in this thesis, is presented. Then there is the calculation of the grounding circuit elements, the collection system and conductors. After the calculation of these parameters, an equivalent circuit of the installation is designed and they are imported into the simulation software ATP. In Chapter 6 we impose the lightning current in the circuit and observe the dynamic behavior of the discharge points and adjacent nodes. Then follows the presentation of the results in forms of graphs and concentrated tables. In the end, remarks and conclusions are made.

Μακροχρόνια αποτελέσματα κατάλυσης κοιλιακής ταχυκαρδίας με υψίσυχνο ρεύμα Την τελευταία δεκαετία η διακαθετήρια κατάλυση με υψίσυχνο ρεύμα (RFA) έχει καθιερωθεί σαν ριζική θεραπεία πρώτης εκλογής σε ιδιοπαθή κοιλιακή ταχυκαρδία (ΚΤ), ενώ οι αυτόματοι απινιδωτές (ICDs) θεωρούνται σαν θεραπεία πρώτης εκλογής για ΚΤ με υποκείμενη οργανική νόσο. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να εκτιμηθεί το ποσοστό επιτυχίας της κατάλυσης ΚΤ με υψίσυχνο ρεύμα σε 2 διαφορετικές υποομάδες ασθενών καθώς και τα μακροχρόνια αποτελέσματα αυτής της θεραπευτικής παρέμβασης. Mέθοδοι: Εκατόν τέσσερις ασθενείς περιελήφθησαν στη μελέτη, 75 άνδρες και 29 γυναίκες, μέσης ηλικίας 53±16 έτη, οι οποίοι υποβλήθηκαν σε διακαθετήρια κατάλυση με υψίσυχνο ρεύμα εμμένουσας μονόμορφης κοιλιακής ταχυκαρδίας χρησιμοποιώντας τα συμβατικά συστήματα χαρτογράφησης και κατάλυσης. Εβδομηνταοκτώ ασθενείς είχαν υποκείμενη οργανική καρδιακή νόσο: δεκατρείς αρρυθμιογόνο δυσπλασία δεξιάς κοιλίας (ARVD), 62 στεφανιαία νόσο (CAD) με ιστορικό εμφράγματος μυοκαρδίου, 1 διατατική μυοκαρδιοπάθεια (DCM), 1 σαρκοείδωση, 1 χειρουργηθείσα μεσοκοιλιακή επικοινωνία (VSD) και 26 ασθενείς είχαν ιδιοπαθή κοιλιακή ταχυκαρδία: 21 ΚΤ από το χώρο εξόδου της δεξιάς κοιλίας (RVOT), 3 ΚΤ από το χώρο εξόδου της αριστεράς κοιλίας (LVOT) και 2 ιδιοπαθή δεσμιδική κοιλιακή ταχυκαρδία. Το Westmead πρωτόκολλο, το οποίο είναι πιο επιθετικό από τα κλασικά, χρησιμοποιήθηκε για προγραμματισμένη κοιλιακή διέγερση πριν και μετά την κατάλυση. Η επιτυχία προσδιορίσθηκε σύμφωνα με την απάντηση στο παραπάνω πρωτόκολλο κατά το τέλος της επέμβασης σαν άμεση επιτυχία, τροποποιημένο αποτέλεσμα και αποτυχημένη επέμβαση. Αποτελέσματα: Επιτυχής κατάλυση ΚΤ επιτεύχθηκε σε 82% των ασθενών, 78% αυτών με οργανικό υπόστρωμα και 92% αυτών με ιδιοπαθή ΚΤ. Εναλλακτική θεραπεία, αντιαρρυθμική χειρουργική θεραπεία ή εμφύτευση ICD συστήθηκε σε όλους τους ασθενείς με αποτυχημένη επέμβαση και υποκείμενη οργανική νόσο καρδιάς. Αρχικά 6 ασθενείς έλαβαν ICD και 4 υποβλήθηκαν σε αντιαρρυθμική χειρουργική θεραπεία. Κατά τη διάρκεια παρακολούθησης 61 μηνών κατά μέσο όρο, 96 ασθενείς από τους 104 ήσαν ζώντες. Δεκαεννέα ασθενείς (18%) είχαν 109 υποτροπή της ΚΤ ενώ 97% αυτών με επιτυχή αρχική κατάλυση παρέμειναν ελεύθεροι υποτροπών. Tο ποσοστό υποτροπής ήταν 84% σε αυτούς με μη επιτυχή κατάλυση ενώ ήταν 3% σε αυτούς με επιτυχή κατάλυση (P< 0.001). Tο ποσοστό υποτροπής στους ασθενείς με οργανικό υπόστρωμα ήταν 22%, 8% στην ομάδα με την επιτυχή κατάλυση και 88% στην ομάδα με την αποτυχημένη κατάλυση. Η ανάλυση της επιβίωσης ελεύθερης υποτροπών ΚΤ αποκάλυψε σημαντικά μικρότερο ποσοστό υποτροπών σε ασθενείς με μερική ή πλήρη επιτυχία. Δεν υπήρξε θάνατος κατά τη διάρκεια ή σαν συνέπεια της επέμβασης της κατάλυσης. Οκτώ από τους ασθενείς με υποτροπή της ΚΤ υποβλήθηκαν σε δεύτερη επιτυχή κατάλυση. Κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας παρακολούθησης, υπήρξαν 8 θάνατοι από την ομάδα με την υποκείμενη οργανική νόσο, 3 από μη εξωκαρδιακά αίτια, 3 από επιδείνωση της καρδιακής ανεπάρκειας και 1 από αιφνίδιο αρρυθμιολογικό θάνατο παρά το γεγονός ότι έφερε ICD μετά από αποτυχημένη κατάλυση και 1 από άγνωστη αιτία μετά από τροποποιημένο από κατάλυση υπόστρωμα. Συμπεράσματα: Η κατάλυση της ΚΤ με υψίσυχνο ρεύμα προσφέρει ριζική θεραπεία σε ασθενείς με ιδιοπαθή ΚΤ με μικρό ποσοστό υποτροπών. Αν και οι ICDs θεωρούνται θεραπεία εκλογής για ΚΤ με υποκείμενο οργανικό υπόστρωμα, προσφέρουν μόνο διακοπή της ταχυκαρδίας και δε μπορούν να την προλάβουν, ενώ η RFA είναι λογική ριζική θεραπεία για τους ασθενείς αυτής της ομάδος με υψηλό ποσοστό επιτυχίας και χαμηλό ποσοστό υποτροπών. Τα αποτελέσματα της επιτυχούς κατάλυσης στην οξεία φάση, με τη χρήση ενός ειδικού πρωτοκόλλου κοιλιακής διέγερσης, προδικάζουν τη μακροχρόνια πρόγνωση της αρρυθμίας. / Over the last 10 years radiofrequency catheter ablation (RFA) has been established as curative treatment of first choice for idiopathic ventricular tachycardia (VT), while implantable defibrillators (ICDs) are cosidered as first choice treatment for ventricular tachycardia with underying heart disease. The aim of the present study was to evaluate the success rate of RFA of VT in these 2 different subgroups of patients and the long-term results of this procedure. Methods: One hundred four patients were enrolled in the study, 75 men and 29 women, mean age 53±16 years, who underwent transcatheter radiofrequency ablation of sustained monomorphic ventricular tachycardia using the conventional mapping and ablating systems. Seventy-eight patients had underlying heart disease: thirteen patients arrhythmogenic right ventricular dysplasia (ARVD), 62 patients coronary artery disease (CAD) with remote myocardial infarction, 1 patient dilated cardiomyopathy (DCM), 1 patient sarcoidosis, 1 patient ventricular septal defect (VSD) corrected. Twenty six patients had idiopathic ventricular tachycardia: 21 patients right ventricular outflow tract (RVOT) VT, 3 patients left ventricular outflow tachycardia (LVOT) VT and 2 patients idiopathic fascicular tachycardia. The Westmead protocol which is more aggressive than the classic ones was used for programmed ventricular stimulation before and after the procedure. Success was defined according to the response to the above protocol at the end of the procedure as acute success, modified result and failed procedure. Results: Acute procedural success of VT RFA was achieved in 82% of the patients, 78% of those with underlying heart disease and 92% of those with idiopathic VT. Alternative treatment, antiarrhythmic surgery and ICD implantation was offered to all the patients with failed procedures and underlying heart disease. Initially 6 patients received an ICD and 4 patients underwent antiarrhythmic surgery. During a mean follow-up of 61 months, 96 patients were alive. Nineteen pts (18%) suffered VT recurrences, 97% of those who had an acutely successful procedure remained free of recurrent VT. The recurrence rate was 84% in the nonsuccessfully ablated group while it was 3% in the successfully ablated one; P< 0.001. The recurrence rate was 22% in patients with organic heart disease, 8% in the successful group and 88% in the failed procedure group. Analysis of survival free of recurrences of VT revealed significantly lower recurrence rate in patients with full or partial success. No patient died during or as consequence of the procedure. Eight of the patients with recurrent VT underwent a second successful procedure. During the long-term follow-up, there were 8 deaths from the group with underlying heart disease, 3 of non-cardiac causes, 3 of progressive heart failure and 1 of sudden arrhythmic death despite having an ICD inserted after a failed procedure and 1 of unknown cause following a modified result. Conclusions: VT RFA offers curative treatment to patients with idiopathic VT with rare recurrences. Although ICDs are considered the treatment of choice for VT with underlying heart disease they only offer VT termination but they do not prevent VT, while RFA is reasonable curative therapy for the patients of this group with high success rate and low recurrence rate. The acute success results using a standardized stimulation protocol at the time of RFA predict the long-term prognosis of the arrhythmia.

- / -

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.

- / In the present diplomatic project is realised a process of measurements of the leakage current by the system of measurement that was manufactured by gentleman Sideraki, in the frames of his doctoral thesis. The measurements were realised in the substation 150 kV of Crete‟s system of transport and in the substation 150 kV of A.I.S. Linoperamaton. In the first chapter, is presented the phenomenon of the insulators‟ pollution, while it constitutes the prime cause of the leakage current. Here are presented the main causes of pollution, its unfavourable results as well as her ways of confrontation. There is an extensive report, in the use of multilateral insulators and multilateral coatings for the confrontation of the phenomenon of pollution. Particularly is stressed the hydrophobic characteristic of these materials which leads to the reduction of the quantity of pollution on the surface of the insulators. The second chapter, is a presentation of the work of various researchers over the world, in the effort of studying the leakage current and its connection with the phenomena of ageing and flashover. Also there are mentioned the experimental provisions that they used in the frames of their studies and are reported the mainer conclusions to which they were led. Common point of their conclusions constitutes the make of ascertainment that the biggest price of the leakage current, constitutes an unreliable indicator of description of the distressed insulator‟s surface, since important information on the situation of the surface we draw also from the waveform of the leakage current. In the third chapter there is a concise presentation of Fourier„s theory and transforming, while an extensive report in the distinguishable Fourier transforming (DFT) is also mentioned. Finally, is presented the fast Fourier transforming (FFT), which constitutes an algorithm of fast calculation of distinguishable transformation Fourier and is used among others for the spectrum analysis of signals of distinguishable time. In the fourth chapter, is realised the treatment of measurements, with the use of Labview for the study of the leakage current in the field of frequency. Leakage current‟s waveforms are categorized, with criteria, the lack of linearity and the presence of discharges or not and conclusions are exported on these waveforms, from their spectrum analysis.

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αντικεραυνική προστασία όσον αφορά ευαίσθητους ηλεκτρονικούς εξοπλισμούς και ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Προτού όμως αναφερθούν τρόποι και συσκευές προστασίας ή δοθούν κάποια παραδείγματα εφαρμογών σε εγκαταστάσεις και εξοπλισμούς κάποιων χωρών, πρέπει να γίνει μια εισαγωγική αναφορά γύρω από τον πυρήνα αυτής της εργασίας: τον κεραυνό. Έτσι, στο 1ο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή κάποιων εισαγωγικών εννοιών σχετικά με τον κεραυνό. Ξεκινώντας από τη φόρτιση των σύννεφων και στο πως αυτή γίνεται, καταλήγουμε στα διάφορα είδη κεραυνών. Ακολουθεί η εξομοίωση στο εργαστήριο με ορισμένα μεγάλα διάκενα εκκένωσης του κεραυνού. Στη συνέχεια αναλύεται ο μηχανισμός των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων μέσα από τρείς φάσεις: έναρξη οχετού (οχετός προεκκένωσης), φάση του οχετού επιστροφής και ο συνδετικός οχετός. Τέλος, γίνεται ανάλυση και μοντελοποίηση του ρεύματος κεραυνού και των παραμέτρων του. Οι βλάβες στις μονάδες ισχύος ενός υπαίθριου ηλεκτρονικού εξοπλισμού, απαντώνται συχνά εξαιτίας των κρουστικών ρευμάτων των κεραυνών που επάγονται πάνω στις AC γραμμές τροφοδοσίας. Οι αιτίες για τις βλάβες αυτές είναι ότι τα κρουστικά ρεύματα λόγω κεραυνών, ενεργοποιούν το κύκλωμα ασφαλείας της μονάδας ισχύος. Στο 2ο κεφάλαιο, για να αποσαφηνίσουμε τους μηχανισμούς των βλαβών αυτών, μετρήσαμε τα κρουστικά ρεύματα πάνω στις γραμμές. Οι μετρημένες κυματομορφές ήταν αρκετά μεγαλύτερες από τις τυποποιημένες κυματομορφές, που έχουν οριστεί από το Κ.44 του ITU-T. Επίσης, η πιθανότητα εμφάνισης κρουστικών ρευμάτων πάνω σε AC γραμμές τροφοδοσίας ήταν 20 φορές μεγαλύτερη από ότι να εμφανιστεί σε γραμμές τηλεπικοινωνιών. Όταν ένα κτίριο πλήγεται από κεραυνό, ένα μεγάλο μέρος του κρουστικού ρεύματος ρέει μέσω του συστήματος γείωσης προς το έδαφος και ένα μέρος του διαρρέει μέσω των ηλεκτρικών καλωδιώσεων του κτιρίου, οι οποίες προστατεύονται από SPD (Surge Protective Device). Στο 3ο κεφάλαιο, γίνεται αριθμητική ανάλυση της κατανομής του ρεύματος κεραυνού σε ένα πληγέν κτίριο, μέσω ενός ηλεκτρομαγνητικού και ενός κυκλωματικού μοντέλου. Σύμφωνα με την κατανομή του ρεύματος και για διάφορα συστήματα καλωδίωσης, καταλήξαμε ότι το ποσοστό του ρεύματος στις καλωδιώσεις στα υψηλότερα και στα χαμηλότερα πατώματα είναι τα μεγαλύτερο και συγκλίνει σε μία σταθερή τιμή όσο το κτίριο ψηλώνει. Όσον αφορά τα μεσαία πατώματα, είναι ασήμαντα μικρό. Αυτό το αποτέλεσμα μας είναι πάρα πολύ χρήσιμο στον προσδιορισμό της ενεργειακής κατάταξης του SPD. Συχνά ακούμε για ζημιές σε ηλεκτρικό/ηλεκτρονικό εξοπλισμό ενός κτιρίου που προκαλούνται από ρεύμα κεραυνού, ακόμα και αν η απόσταση της ηλεκτρονικής συσκευής από το σημείο πλήγματος του κεραυνού είναι μερικές εκατοντάδες μέτρα μακριά. Στο 4ο κεφάλαιο, εξετάζουμε τα ποσοστά του ρεύματος που μεταφέρονται μέσω των γραμμών τροφοδοσίας μιας κατοικημένης περιοχής από το πληγέν κτίριο στα γειτονικά του. Στο 5ο κεφάλαιο εξετάζουμε το επακόλουθο της επικίνδυνης υπέρτασης, λόγω πλήγματος κεραυνού στο LPS (Lightning Protection System) ενός κτιρίου, όπως επίσης και τα επιμέρους ρεύματα που ρέουν στις εσωτερικές εγκαταστάσεις που συνδέονται με τη ράβδο ισοδυναμικής σύνδεσης (bonding bar) και το σύστημα τερματισμού γείωσης. Μετρήσαμε τα ρεύματα κεραυνού στις εισερχόμενες γραμμές του κτιρίου για διαφορετικές εισόδους έγχυσης του κρουστικού ρεύματος, έτσι ώστε να καταλήξουμε στην κατάλληλη επιλογή και σύμπλεξη του σετ των SPD, της προστατευόμενης συσκευής χαμηλής τάσης. Επιπλέον, μετρήσαμε την κατανομή του ρεύματος και την πτώση τάσης για διαφορετικά σετ των SPD (switching και limiting) και για διαφορετικούς κατασκευαστές, σε διάφορα σημεία των μοντελοποιημένων κυκλωμάτων του οικοδομήματος. Στο 6ο κεφάλαιο, αναπτύσσονται οι δίσκοι ΖnO με ικανότητα αντοχής σε υψηλή ενέργεια, για χαμηλής τάσης συσκευές προστασίας από υπερφορτίσεις. Αυτό το πετυχαίνουμε βελτιώνοντας την χημική σύνθεση, την κατασκευαστική επεξεργασία και τον σχεδιασμό των ηλεκτροδίων των δίσκων αυτών. Οι μεταβλητές αντιστάσεις (Varistors) είναι από τα πιο κοινά χρησιμοποιούμενα προστατευτικά εξαρτήματα στα συστήματα χαμηλής τάσης. Είναι πολύ σημαντικό να εντοπίσουμε και να αντικαταστήσουμε τις φθαρμένες μεταβλητές αντιστάσεις με σκοπό να αποφύγουμε οποιεσδήποτε ζημιές στη προστατευόμενη συσκευή. Στο 7ο κεφάλαιο, μελετάμε την συμπεριφορά των χαμηλής τάσης μεταβλητών αντιστάσεων λόγω του επαναληπτικού κρουστικού ρεύματος με ρυθμό επανάληψης 10 έως 60 sec. Λεπτομερείς αναλύσεις έγιναν για να έχουμε μια ξεκάθαρη αντίληψη για τις αλλαγές των χαρακτηριστικών της μεταβλητής αντίστασης κάτω από ένα τέτοιο περιβάλλον. Οι περισσότερες από τις φυσικές ζημιές (90%) παρατηρήθηκαν στην επιφανειακή επίστρωση των αντιστάσεων. Οι επιφανειακές ηλεκτρικές εκκενώσεις θα μπορούσε να είναι ο κύριος λόγος για αυτόν τον τύπο ζημιών. Η διηλεκτρική συμπεριφορά της επιφανειακής επίστρωσης της μεταβλητής αντίστασης και του συστήματος του ηλεκτροδίου επαφής, καθώς και οι κατασκευαστικές ατέλειες της επιφανειακής επίστρωσης της μεταβλητής αντίστασης θα μπορούσαν να έχουν σημαντική επίδραση στην χωρητικότητα αντοχής. Έχει παρατηρηθεί ότι ηλεκτρικές εκκενώσεις μπορούν να εμφανιστούν και οι μεταβλητές αντιστάσεις μπορούν να υποστούν φυσική ζημιά πριν αυτό φτάσει στην τάση επιβολής αποτυχημένης λειτουργίας. Συνεπώς καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η τάση επιβολής αποτυχημένης λειτουργίας δεν θα εμφανιστεί κατά την διάρκεια του περιβάλλοντος επαναληπτικού κρουστικού ρεύματος. Τέλος, στόχος του 8ου κεφαλαίου είναι να παρουσιάσει πρακτικές διαδικασίες μετριασμού και βελτιώσεις εφαρμοσμένες σε σύστημα αντικεραυνικής προστασίας (Σ.Α.Π.) ενός ευαίσθητου εξοπλισμού, ο οποίος αποτελείται από κινητές και σταθερές κάμερες ασφαλείας εγκατεστημένες σε υποσταθμό με πίνακες σταθμών ισχύος. Αυτοί είναι κατασκευασμένοι σε μια γεωγραφική περιοχή μεγάλης πρόσπτωσης κεραυνών και σε μια περιοχή με έδαφος μεγάλης ειδικής αντίστασης. Διαδικασίες και εφαρμογές που αφορούν την θεμελίωση και την γείωση των καμερών ασφαλείας θα εξεταστούν, το ίδιο καλά όπως και η εγκατάσταση των αλεξικέραυνων της γραμμής ισχύος. / The subject of this project is the lightning protection for electrical/electronic equipments with low voltage devices. But before being reported ways and protection devices or given some examples of applications for electrical installations in some countries, should be an introductory reference around the core of this work: the lightning. Thus, chapter 1 contains a description of some import concepts about lightning. Starting from the charge of the clouds and how it is, we arrive at the different types of lightning. Here the simulation in the laboratory with some major gaps evacuation for some of the conclusions of the lightning discharges. Then analyze the mechanism of atmospheric discharges through three phases: entry drain, phase of the return drain and the connecting drain. Finally an analysis and modeling of lightning current and his parameters became. Malfunctions on power units frequently occur due to lightning surge currents induced on ac mains lines of access network equipment installed at outdoor locations. The reasons for malfunctions are that the lightning surge current unnecessarily trips a circuit breaker of a power unit. In chapter 2, to clarify the mechanisms of the malfunctions, we have measured the lightning surge current on ac mains lines of access network equipment. The measured waveforms of the lightning surge current were much longer than those of combination waves defined by K.44 of ITU-T, and the occurrence probability of surge current on ac mains lines was 20 times higher than that on telecommunication lines. When lightning strikes a building, a part of it’s diverted to ground via the external lightning protection system and the grounding system, and another part flows through the electrical wirings of a building, which protected by surge protective devices (SPD). In chapter 3, became a numerical electromagnetic analysis on lightning current distribution inside of directly stricken building, by the electromagnetic model and a simple circuit model of the wirings. According to calculated portion of lightning current and for different wiring systems, concluded that the portion of the lightning current into the wiring on the top and on the bottom floors are the largest, and they converge on constant values at a tall building. Those into wirings on the middle floors are negligibly small. This result is useful in determining energy ratings of SPD. We often hear about damages at electrical/electronic equipment caused by a lightning current although the distance between the lightning stroke and the electronic device is often several hundred meters. In chapter 4, we investigate the portion of lightning current that flows from the stricken building to the next buildings via the supply lines. In chapter 5, we investigate the overvoltage hazard resulting from lightning strikes to the LPS and the partial currents entering the internal installations connected with bonding bar and earth termination system. We calculated the lightning current at the incoming lines of the building for different injection points of lightning current, in order to select the co-ordination of SPD sets, of low-voltage protected device. Also, we calculated the measurements of lightning current distribution and voltage drops in different points and elements of two-stages of SPD sets of different types (switching and limiting) and producers. In chapter 6, we investigate the development of ZnO disks with high energy withstand capability for low voltage surge protected devices. We accomplish that by some modifications of chemical composition, by optimization of manufacturing process and by electrode design of those disks. Varistors are one of the most commonly used protective components in the low voltage systems. It is very important to detect and replace the deteriorated varistors to avoid any damages to the protected system. In chapter 7, we investigate the behavior of low voltage varistors due to repetitive current impulses with the rate of 10 sec to 60 sec. Detailed analysis was done to have the clear idea about the changes of varistor characteristic under repetitive current impulse environment. Most of the physical damages (90%) observed are at the surface coating of the varistors. Surface flashovers could be the main reason for this type of damages. Dielectric behavior of the varistor surface coating and the electrode contact system, and manufacturing defects of the varistor surface coating could be a major influence on withstand capability under the repetitive impulses. It was observed that the surface flashovers may occur and varistors may physically damage before it reach to the clamping voltage failure mode. Therefore it can conclude that the clamping voltage failure mode will not occur during the repetitive impulse environment. Finally, the goal of chapter 8 is to present practical mitigation procedures and improvements applied to the lightning protection system of sensitive equipment, which is composed of moving and stationary security cameras installed in power substation switchyards. They were built in a geographic area of large incidents of lightning strokes and in a region with a high resistivity soil. Practical procedures concerning the grounding and earthing of security cameras are discussed, as well as the installation of power line surge arresters.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη μεθόδων διάγνωσης σφαλμάτων σε ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα που αποτελούνται από ασύγχρονη μηχανή βραχυκυκλωμένου κλωβού και ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος στο στάτη αυτής. Εστιάστηκε κυρίως στον εντοπισμό των σφαλμάτων του δρομέα της ασύγχρονης μηχανής μέσω της ανάλυσης των ρευμάτων του αντιστροφέα σε μόνιμες και μεταβατικές καταστάσεις του κινητηρίου συστήματος. Προτάθηκε μέθοδος εντοπισμού των σφαλμάτων αναλύοντας το ρεύμα του στάτη της μηχανής χρησιμοποιώντας το Συνεχή Μετασχηματισμό με κυματίδια για μεταβαλλόμενες τιμές του μηχανικού φορτίου ή της συχνότητας λειτουργίας του αντιστροφέα. Μελετήθηκε το αρμονικό περιεχόμενο του ρεύματος στον κλάδο συνεχούς ρεύματος του αντιστροφέα για αρμονικές συνιστώσες λόγω σφαλμάτων στην ασύγχρονη μηχανή και προτάθηκε μέθοδος ανίχνευσης σφαλμάτων με ανάλυση του ρεύματος αυτού. Επιπλέον, προτάθηκε άλλη μια μέθοδος διάγνωσης των σφαλμάτων που βασίζεται στη διαμόρφωση κατά πλάτος των ρευμάτων του στάτη της ασύγχρονης μηχανής. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του κινητηρίου συστήματος και των πειραμάτων στο Εργαστήριο επιβεβαιώνουν την ικανότητα των προτεινόμενων μεθόδων ως προς τη διάγνωση των σφαλμάτων. / This thesis deals with the development of novel methods for fault diagnosis in electric drive systems consisting of squirrel cage asynchronous motor and power electronic converters. It is focused mainly on identifying faults in the asynchronous machine by analyzing the currents of the inverter in steady state and transient operation. The Continuous Wavelet Transform (CWT) of motor stator current has been proposed for successful motor fault diagnosis during changing values of the mechanical load or the operating frequency of the voltage source inverter. Furthermore, the harmonic content of the inverter dc link current has been studied for harmonic components due to faults in the asynchronous machine and a novel diagnostic method has been proposed. In addition, another method based on the amplitude modulation of the stator currents has been investigated. The proposed methods have been validated by simulation and experimental results.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Aσύρματης Τηλεπικοινωνίας του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, και έχει ως σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της εν σειρά αντίστασης στις βέλτιστες τιμές των χαρακτηριστικών παραμέτρων των φωτοβολταϊκών κυττάρων τύπου CIS. Το θεωρητικό μέρος της εργασίας αποσκοπεί στην παράθεση των βασικών αρχών της φυσικής των ημιαγωγών με ιδιαίτερη έμφαση στις φωτοηλεκτρικές τους ιδιότητες και συγκεκριμένα στο λόγο ύπαρξης της εν σειρά αντίστασης ενός φωτοβολταϊκού κυττάρου. Παρουσιάζονται πρόσφατες μελέτες σχετικές με το θέμα, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά για τη διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας. Ακολουθώντας τη μελέτη των Priyanka, M. Lal, S.N. Singh, πήραμε μετρήσεις σε συνθήκες σκότους, και από τις I-V χαρακτηριστικές υπολογίσαμε την εσωτερική αντίσταση σειράς του κυττάρου. Στη συνέχεια πραγματοποιήσαμε μετρήσεις τάσεως και ρεύματος στα άκρα του κυττάρου, όταν αυτό φωτίζεται, για να δούμε την επίδραση της αντίστασης σειράς στα χαρακτηριστικά του μεγέθη. Αναλυτικότερα, η πειραματική διαδικασία έγινε αρχικά σε εργαστηριακό περιβάλλον, και στη συνέχεια σε πραγματικές συνθήκες, με χρήση εξωτερικών αντιστάσεων συνδεδεμένων σε σειρά με το κύτταρο CIS. Στην πρώτη περίπτωση η διέγερση του κυττάρου έγινε με λάμπα τόξου υδραργύρου, και η προσπίπτουσα στο κύτταρο ακτινοβολία διατηρείτο σταθερή κατά τη διάρκεια του πειράματος όπως επίσης και η θερμοκρασία περιβάλλοντος. Πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για δύο διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς το οριζόντιο επίπεδο, τις 350 και τις 900, ενώ η δέσμη ακτινοβολίας παρέμενε παράλληλη στο οριζόντιο επίπεδο και για τις δύο περιπτώσεις. Το ίδιο προσπαθούσαμε να πετύχουμε και στις πραγματικές συνθήκες, (όπου το κύτταρο ήταν εκτεθειμένο σε ηλιακή ακτινοβολία) δηλαδή για όσο ήταν δυνατόν σταθερή ακτινοβολία και θερμοκρασία περιβάλλοντος, ώστε οι μετρήσεις να επηρεάζονται μόνο από τη μεταβολή της εν σειρά αντίστασης. Στην περίπτωση αυτή πραγματοποιήσαμε μετρήσεις για τρείς διαφορετικές κλίσεις του κυττάρου ως προς τον ορίζοντα, τις 900, τις 580, και τις 00.Υπολογίσαμε τη μέση ημερήσια αλλά και τη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια σε kWh, τόσο για τις πειραματικές όσο και για τις θεωρητικές τιμές της ισχύος και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά τους είναι της τάξης του 28%, και δικαιολογείται λόγω των παραγόντων απωλειών. Στη συνέχεια, πήραμε μετρήσεις από ένα πλαίσιο των 75W με τη βοήθεια κατάλληλης συνδεσμολογίας με υπολογιστή, τον οποίο προγραμματίσαμε να παίρνει μετρήσεις ανά 10 λεπτά. Υπολογίσαμε την ημερήσια ποσότητα ενέργειας σε kWh που μας δίνει το πλαίσιο και επεκτείναμε τον υπολογισμό στη μέση μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια χρησιμοποιώντας αρχικά τις πειραματικές μετρήσεις και στη συνέχεια τις θεωρητικές τιμές της ισχύος του πλαισίου και της ηλιακής ακτινοβολίας. Η διαφορά που προκύπτει είναι της τάξης του 10%. Η μελέτη ολοκληρώθηκε με την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων και την εξαγωγή χαρακτηριστικών καμπυλών του κυττάρου, μέσα από τις οποίες γίνεται δυνατή η σύγκρισή τους με τα θεωρητικά δεδομένα από τη βιβλιογραφία. / -

Η ηλεκτρομαγνητική δραστηριότητα του εγκεφάλου μελετάται με τη βοήθεια των μη παρεμβατικών μεθόδων της Ήλεκτροεγκεφαλογραφίας και της Μαγνητοεγκεφαλογραφίας. Ειδικότερα, κάθε ηλεκτροχημικά παραγόμενο ρεύμα στο εσωτερικό του εγκεφάλου δημιουργεί ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό πεδίο, στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του εγκεφάλου αντίστοιχα. Τα πεδία αυτά καταγράφονται στην επιφάνεια και στον εξωτερικό χώρο του κρανίου και δίνουν το Ηλεκτροεγκεφαλόγραφημα (EEG) και το Μαγνητοεγκεφαλόγραφημα (MEG) αντίστοιχα, τα οποία μεταφέρουν πληροφορίες για τη λειτουργία του εγκεφάλου τη χρονική στιγμή της καταγραφής. Η παρούσα διατριβή αφορά στη μαθηματική ανάλυση ευθέων και αντίστροφων προβλημάτων που συνδέονται με τις μεθόδους αυτές με σκοπό τον εντοπισμό και το χαρακτηρισμό της πηγής που παρήγαγε τα μετρούμενα πεδία. Στο Μέρος Ι μελετάται αναλυτικά η δομή και λειτουργία του εγκεφάλου, περιγράφεται το φυσικό πρότυπο που χρησιμοποιούμε και γίνεται αναφορά τόσο στη σφαιρική όσο και στην ελλειψοειδή γεωμετρία που αποτελούν τα γεωμετρικά υπόβαθρα. Στο Μέρος ΙΙ επιλύεται το ευθύ πρόβλημα του Βιοηλεκτρισμού στην περίπτωση του σφαιρικού ομογενούς προτύπου για τον ανθρώπινο εγκέφαλο, όπου η πηγή είναι αυθαίρετη κατανομή ρεύματος. Αποδεικνύεται ό,τι, στο εξωτερικό ηλεκτρικό δυναμικό δεν εμπεριέχεται η συνεισφορά του σωληνοειδούς μέρους της εφαπτομενικής συνιστώσας του ρεύματος και συνεπώς το αντίστοιχο αντίστροφο πρόβλημα είναι μη μοναδικό. Με την απαίτηση το ρεύμα να ελαχιστοποιεί την , το αντίστροφο πρόβλημα επιλύεται μοναδικά και προσδιορίζονται οι συνιστώσες του νευρωνικού ρεύματος από γνωστές μετρήσεις του ηλεκτρικού δυναμικού. Τα κύρια χαρακτηριστικά καθώς και οι περιορισμοί που επιβάλλουν το φυσικό και το γεωμετρικό πρόβλημα αναλύονται λεπτομερώς. Στο Μέρος ΙΙΙ επιλύονται ευθέα προβλήματα του Βιοηλεκτρομαγνητισμού σε ελλειψοειδή γεωμετρία και αντλούμε χρήσιμα συμπεράσματα για την αντιστροφή των προβλημάτων MEG. Συγκεκριμένα υπολογίστηκε η οκταπολική προσέγγιση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται στο εξωτερικό του πλέον ρεαλιστικού ομογενούς προτύπου για τον ανθρώπινο εγκέφαλο, που είναι το ελλειψοειδές, συναρτήσει των ελλειψοειδών αρμονικών τρίτου βαθμού. Η βελτίωση αυτή είναι σημαντική καθώς αποδεικνύεται αριθμητικά ότι η μαγνητικά «σιωπηλή» πηγή της τετραπολικής προσέγγισης συνεισφέρει στις μετρήσεις του μαγνητικού πεδίου. Ως εκ τούτου, η νέα αυτή προσέγγιση του μαγνητικού πεδίου παρέχει αρκετές πληροφορίες για την πιθανή αντιστροφή του προβλήματος. Στη συνέχεια επιλύθηκε το ευθύ πρόβλημα του Βιοηλεκτρομαγνητισμού στην περίπτωση που ο εγκεφαλικός ιστός περιλαμβάνει περιοχή υγρού πυρήνα διαφορετικής αγωγιμότητας. Ο πυρήνας αυτός πληρούται από εγκεφαλονωτιαίο υγρό ενώ η πηγή βρίσκεται στον φλοιό του εγκεφαλικού ιστού. Υπολογίζεται το ηλεκτρικό δυναμικό και το μαγνητικό πεδίο στο εξωτερικό του αγωγού και τα αποτελέσματα συγκρίνονται αναλυτικά και αριθμητικά με τα αντίστοιχα αποτελέσματα του ομογενούς προτύπου του εγκέφαλου. Από την σύγκριση αυτή προκύπτει ότι τόσο η ανομοιογένεια εντός του εγκεφαλικού ιστού όσο και η θέση της πηγής υπεισέρχονται με καθοριστικό τρόπο στο μαγνητικό πεδίο του υπό μελέτη προτύπου. / The electromagnetic activity of the human brain is studying via the non invasive methods of Electroencephalography and Magnetoencephalography. It is well known that an electrochemically generated current in the interior of the brain generates an electric and a magnetic field, both in the interior and exterior of the brain. The resulting electric and magnetic fields are measured on the surface and the exterior of the head via the EEG and MEG, respectively. In the present thesis we study direct and inverse EEG and MEG problems in order to identify and characterize the source. In the First Part we describe the morphology and the functionality of the human brain and we state the physical and geometrical models that we use. In the Second Part we solved the direct problem of EEG for the spherical homogeneous model of the brain in the case of a continuously distributed neuronal current. It turns out that the electric potential is independent of the solenoid part of the tangential component of the neuronal current. Consequently, the corresponding inverse problem is not uniquely solvable. Hence, we demand that the current has minimum and in this case we ended up with the complete expansions of the visible part of the current from the knowledge of the electric field. In the Third Part we studied direct problems of MEG in ellipsoidal geometry. In particular we evaluated the octapolic term of the magnetic induction field which it’s produced in the exterior of the ellipsoidal model of the brain-head system. This term provides the highest order terms that can be expressed in closed form. It is shown numerically that the silent source of the quadrupolic term of the magnetic induction field does contribute to the octapolic term. Therefore, the knowledge of the quadrupolic and octapolic terms provides enough data to construct an effective algorithm for inversion. Finally, the direct problem of MEG is presented, in the case where the cerebral tissue is considered as an ellipsoidal conductor and surrounds a fluid ellipsoidal core of different conductivity. The fluid core is occupied by the cerebrospinal fluid and the source lies in the cerebral shell. The electric field in every region and the exterior magnetic induction field are obtained. Furthermore, we compare analytically and numerically the results of the inhomogeneous model with the homogeneous ellipsoidal model. We observed that both the inhomogeniety inside the cerebral tissue and the location of the source appear in the magnetic induction field of the inhomogeneous model. Τhe existence of the fluid core effects the monotonicity of the components of the magnetic field as well as its magnitude.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η θερμική γήρανση του poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS), με μετρήσεις ειδικής αγωγιμότητας συνεχούς ρεύματος, φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων Auger από ακτίνες-Χ (XPS και ΧΑΕS) και φασματοσκοπίας φωτο-ηλεκτρονίων από υπεριώδη ακτινοβολία (UPS). Για τη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δείγματα PET (Polyethylene terephthalate) PEDOT:PSS, υπό μορφή λεπτών υμενίων (films), πάχους επίστρωσης 50 nm και 180 nm. Οι θερμοκρασίες στις οποίες καταπονήθηκαν τα δείγματα ήταν οι 120οC, 150οC και 170οC, ενώ οι χρόνοι καταπόνησης κυμάνθηκαν από 0 έως 100 ώρες περίπου. Για την επεξεργασία των μετρήσεων θερμικής γήρανσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο Variable Range Hopping (VRH) του Mott που προβλέπει μια εξάρτηση της σ(Τ) της μορφής: (VRH) Στη σχέση αυτή σ είναι η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα, Τ η θερμοκρασία, σο, Το σταθερές που εξαρτώνται από το υλικό και α εκθέτης που σχετίζεται με τον αριθμό των διαστάσεων που πραγματοποιείται η μετάβαση με άλματα ενός φορέα ηλεκτρικού φορτίου στις αλυσίδες του PEDOT. Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων έδειξαν ότι η θερμική ταλαιπωρία, οδηγεί στη θερμική γήρανση των δειγμάτων, με ταχύτερο ρυθμό στα λεπτότερα υμένια των 50 nm, καταδεικνύοντας ότι το πάχος επίστρωσης αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην επιβράδυνση της γήρανσης. Οι φασματοσκοπικές μετρήσεις έδειξαν ότι η θερμική καταπόνηση οδηγεί στην μείωση του ποσοστού PSS στην επιφάνεια του δείγματος. Επίσης βρέθηκε ότι μειώνεται η τιμή του έργου εξόδου. Στην συνέχεια εξετάσθηκε η επίδραση παραγόντων, όπως ο χρόνος και ρυθμός θέρμανσης, καθώς και η περιβάλλουσα ατμόσφαιρα στην ηλεκτρική αγωγιμότητα. Παρατηρήθηκε ότι σε όλες τις περιπτώσεις κοντά στους 400 Κ σημειώνεται μετάβαση μονωτή-μετάλλου (Insulator-Metal Transition, IMT). Διαπιστώθηκε ότι το σημείο μετάβασης εξαρτάται σημαντικά από τις αλλαγές που προκαλούνται στη δομή των υμενίων. Από τις καμπύλες που προέκυψαν μετά από σταθερή θέρμανση δειγμάτων πάχους 120 nm, σε θερμοκρασίες από 100 oC έως 190 οC, παρατηρήθηκε ότι ανάλογα το χρόνο και τη θερμοκρασία καταπόνησης, είναι δυνατόν να σημειωθεί άλλοτε υποβάθμιση και άλλοτε βελτίωση της αγωγιμότητας. Τα φαινόμενα αυτά αποδόθηκαν στη δράση δύο ανταγωνιστικών μηχανισμών. Τέλος, η σύγκριση αποτελεσμάτων θερμικής καταπόνησης σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και σε αδρανή ατμόσφαιρα He, έδειξε ότι η θερμική γήρανση ήταν πιο έντονη στην περίπτωση δειγμάτων που καταπονήθηκαν στον ατμοσφαιρικό αέρα, οφειλόμενη στις μη αντιστρεπτές δομικές αλλαγές που επιφέρει η οξείδωση παρουσία του οξυγόνου στις αλυσίδες του PEDOT. Αντίθετα, σε αδρανή ατμόσφαιρα Ηe οι ηλεκτρικές ιδιότητες βελτιώνονται σημαντικά με τη θέρμανση. / In this work the thermal aging of the copolymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) has been investigated by measuring the d.c. conductivity σ and photoelectron spectroscopy data (XPS, XAES, UPS). For this study thin films of PET PEDOT:PSS of 50 and 180 nm of thickness were used. The temperatures of the thermal treatment were 120 0C, 150 0C and 170 0C and the times of this process varied between 0 and 100 hours approximately. For the d.c. conductivity data, the Mott’s variable range hopping model was used, described by the following relation: (VRH) where T is the absolute temperature, σ0, T0 parameters depending on the material and α an exponent, which is related to the number of dimensions of the transport by hopping of a carrier in and between the PEDOT chains. These measurements showed that the thermal treatment has as a result the aging of the samples, which was more intense for the 50 nm films, proving that the increase of the samples thickness reduces significantly the thermal aging. The spectroscopic measurements showed that the thermal treatment leads to the removal the PSS percentage on the surface of the specimen. It was found also, that the value of the work function of the samples decreases with aging. Finally, the effect of the stability of d.c. conductivity value during prolonged heating at constant temperature, as well as the rate of the thermal treatment and the composition of the surrounding atmosphere on the electrical conductivity were investigated. It was found that in all cases, an insulator – metal transition (IMT) was taking place near the temperature of 400 K. The exact temperature of this transition depends on the changes taking place in the structure of the films. From the experimental curves after heating the 120 nm samples with constant rate for temperatures between 100 0C and 190 0C, it was found that it is possible to have either, deterioration or improvement of the conductivity. These phenomena were attributed to two different competitive mechanisms. Finally, the comparison of the results of the thermal treatment under atmospheric conditions and under inert atmosphere of He, showed that thermal aging is more intense in the first case, due to irreversible structural changes brought about by oxidization in the presence of moisture and oxygen in the PEDOT chains. On the other hand, it was found that the electrical properties were improved significantly by heating under the inert atmosphere of He.