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.

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.