Για τη διατήρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των υπό υψηλή τάση αγώγιμων μερών επιβάλλεται η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης. Μία ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία μονωτικών υλικών είναι τα μονωτικά υγρά. Τα πιο δημοφιλή εξ’ αυτών είναι τα ορυκτά έλαια, δηλαδή έλαια προερχόμενα από πετρέλαιο εξαιτίας της εύκολης διάθεσης τους και του σχετικά χαμηλού κόστους τους. Χρήση των μονωτικών ελαίων έχουμε σε μετασχηματιστές, ελαιοδιακόπτες, πυκνωτές, καλώδια, μονωτήρες διέλευσης και μετασχηματιστές οργάνων. Στο θεωρητικό κομμάτι της εργασίας περιγράφεται αναλυτικά η χρήση των ελαίων σε κάθε μία από τις παραπάνω συσκευές καθώς και οι φυσικές, χημικές και ηλεκτρικές ιδιότητές τους. Ακόμη αναλύονται οι τρόποι διάσπασης των μονωτικών ελαίων και συγκεκριμένα η ηλεκτρονική διάσπαση, ο μηχανισμός αιωρούμενων σωματιδίων, η διάσπαση κοιλότητας και τέλος η ηλεκτρομεταφορά και ηλεκτροϋδροδυναμικό πρότυπο διηλεκτρικής διάσπασης Υπό την επίδραση καταπονήσεων η μόνωση μπορεί να υποστεί μεταβολές (μόνιμες ή παροδικές) διαφόρων ιδιοτήτων της. Η ορθή σχεδίαση της μονώσεως προϋποθέτει τη γνώση των υπερτάσεων που αναμένεται να αναπτυχθούν σ' αυτή. Η μορφή της υπέρτασης που εξετάζεται στην παρούσα εργασία είναι η κεραυνική κρουστική τάση. Για τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις (κεραυνού) έχει οριστεί ως τάση δοκιμής η κρούση 1.2/50 μs γιατί η μέση τιμή πολλών καταγραφέντων ρευμάτων κεραυνού κατέληξε σε αυτή περίπου τη μορφή. Η παραγωγή των συγκεκριμένων τάσεων πραγματοποιήθηκε από τη διβάθμια κρουστική γεννήτρια του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, η λειτουργία της οποίας αναλύεται στο δεύτερο κεφάλαιο. Μία επιπλέον παράμετρος που εξετάζεται στα πλαίσια της μελέτης της διηλεκτρικής αντοχής των μονωτικών ελαίων είναι ο χρόνος που παρέρχεται μεταξύ της εφαρμογής μίας τάσης σε ένα διάκενο, αρκετής να προκαλέσει διάσπαση, και της διάσπασης και ο οποίος καλείται χρονική υστέρηση. Για τη διεξαγωγή του πειράματος χρησιμοποιήθηκε η προαναφερθείσα γεννήτρια, παλμογράφος, κυψέλη από υλικό Plexιglass και ηλεκτρόδια Rogowski καθώς και ακίδας-πλάκας. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν υπό κεραυνικές κρουστικές τάσεις θετικής πολικότητας 1.2/50 μs σε έλαιο πετρελαϊκής απόσταξης Shell Diala Oil με στόχο τη διερεύνηση της συμπεριφοράς του, καθώς μεταβάλουμε τους διάφορους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται. Συγκεντρώσαμε μετρήσεις με στόχο την παρατήρηση της επίδρασης που ασκεί στην τάση διάσπασης, το μέγεθος του διακένου, η καταπόνηση του ελαίου, ο χρόνος ηρεμίας του καθώς και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για την επεξεργασία των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκε πρόγραμμα γραμμένο σε γλώσσα προγραμματισμού Fortran 98, το οποίο υλοποιεί τη μέθοδο μέγιστης πιθανοφάνειας. Με βάση αυτή τη μέθοδο, εξάγουμε ακριβείς τιμές για την τάση που αντιστοιχεί σε πιθανότητα διάσπασης 50% (V50), την τυπική απόκλιση (σ) των τιμών της τάσης διάσπασης για κάθε κύκλο μετρήσεων καθώς και τη διασπορά και τα όρια αξιοπιστίας των V50 και σ. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε πίνακες και σε διαγράμματα κανονικής κατανομής. Ένας επιπλέον παράγοντας που εξετάζεται είναι η χρονική υστέρηση για συγκεκριμένα μήκη διακένου, τόσο για ομοιόμορφο πεδίο όσο και για μη ομοιόμορφο πεδίο. / Insulation of high voltage equipment and facilities is necessary in order to retain the potential difference between under high voltage conductible particles. A widely used group of insulating materials are insulating liquids. Most popular among them are fossil oils, which are made of oil, because of their easy provision and relatively low cost. Insulating oils are used in transformers, oil disruptors, condensers, cables, transit insulators and tool transformers. The theoretical part of the essay analytically describes the use of oils in each of the above appliances as well as their natural, chemical and electrical attributes. Moreover, it explicates the ways of resolution of insulating oils, especially electronic resolution, process of pendulous particles, cavity resolution and, finally, electro transfer and electro hydro-dynamic practice of dielectric resolution. Under the influence of strain, insulation may alter (permanently or impermanently) in several of its attributes. Proper design of insulation requires knowledge of hyper voltages that may occur. The form of hyper voltage that is examined in this essay is lightning impact voltage. As to the atmospheric hyper voltages (lightning), it has been set as test voltage the shock 1.20/50 ms, because that was more or less the form in which the average rate of many recorded currents has concluded. The production of specific voltages took place at the double stage impact generator of the High Voltage laboratory, whose function is described in Chapter 2. An extra parameter that is examined during the study of dielectric persistence of insulating oils is the time that passes between the application of high enough to cause resolution in interspace voltage and resolution, which (time) is called time lag. In order to conduct the experiment, the above generator, oscillograph, hive of Plexiglass and Rogowski as well as poker planch electrodes were used. The tests took place under lightning impact voltages of positive polarity1.2/50 ms in Shell Diala Oil in order to study its behavior, as several factors on which it depends are altered. Counts were gathered in order to observe the impact of the size of interspace, oil strain, calmness time as well as atmospheric conditions on resolution voltage. As to the elaboration of counts, a program written on C programming language that effects the maximum probability method was used. Based on this method, we can draw precise rates on the voltage that corresponds with resolution possibility 50%, on typical deflection (σ) of the rates of resolution voltage for every set of counts as well as on the dispersion of V50 and σ. The results are presented on tables and diagrams of regular distribution. An extra factor examined is time lag for specific interspace lags regarding uniform as well as non uniform field.

Η μόνωση του εξοπλισμού και των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης επιβάλλεται για την διατήρηση της διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στα υπό υψηλή τάση αγώγιμα μέρη. Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη κατηγορία μονωτικών υλικών είναι τα μονωτικά υγρά. Χρήση των μονωτικών ελαίων έχουμε σε μετασχηματιστές, πυκνωτές, καλώδια, μονωτήρες διέλευσης και μετασχηματιστές οργάνων. Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο του γενικότερου ερευνητικού αντικειμένου της μεταβολής της διηλεκτρικής αντοχής των μονώσεων σε συνάρτηση με το σύνολο των παραγόντων που την επηρεάζουν. Η μόνωση γενικότερα, αποτελεί συστατικό στοιχείο κάθε συστήματος και εξοπλισμού υψηλής τάσης, με την αντοχή της οποίας εξασφαλίζεται η εύρυθμη λειτουργία του τελευταίου. Μία μόνωση υπόκειται σε διάφορες καταπονήσεις, οι οποίες οφείλονται σε υπερτάσεις που εμφανίζονται για ποικίλους λόγους. Οι κυριότερες εξ’ αυτών είναι οι εξωτερικές υπερτάσεις, που προκαλούνται από πτώση κεραυνού σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, οι εσωτερικές, οι οποίες προκαλούνται από σφάλματα ή χειρισμούς που λαμβάνουν χώρα σε δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, και οι υπερτάσεις από υπερπηδήσεις, που εμφανίζονται κατά τη διάσπαση άλλων μονώσεων μεταξύ κυκλωμάτων διαφορετικών τάσεων. Υπό την επίδραση καταπονήσεων η μόνωση μπορεί να υποστεί μεταβολές (μόνιμες ή παροδικές) διαφόρων ιδιοτήτων της. Η ορθή σχεδίαση της μονώσεως προϋποθέτει τη γνώση των υπερτάσεων που αναμένεται να αναπτυχθούν σε αυτή. Η μορφή της υπέρτασης που εξετάζεται στην παρούσα εργασία είναι η κεραυνική κρουστική τάση. Για τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις (κεραυνού) έχει οριστεί ως τάση δοκιμής η κρούση 1.2/50 μs γιατί η μέση τιμή πολλών καταγραφέντων ρευμάτων κεραυνού κατέληξε σε αυτή περίπου τη μορφή. Η παραγωγή των συγκεκριμένων τάσεων πραγματοποιήθηκε από τη πολυβάθμια κρουστική γεννήτρια του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της οποίας αναλύονται στο τρίτο κεφάλαιο. Σκοπός της παρούσης εργασίας είναι να καθορίσει την επίδραση διαφόρων παραγόντων στην πιθανότητα μία κρούση να προκαλέσει ηλεκτρική διάσπαση στο μονωτικό έλαιο, καθώς και να μελετήσει την επίδραση των παραγόντων αυτών στα χαρακτηριστικά της διάσπασης, από τα οποία σημαντικότερη είναι η τιμή της τάσης διάσπασης. Τα δεδομένα που προέκυψαν από τη πειραματική διαδικασία αναλύθηκαν στατιστικά και εξάχθηκαν συγκεκριμένα συμπεράσματα όσον αφορά τη φύση της εξάρτησης της διηλεκτρικής αντοχής του μονωτικού ελαίου με τους διάφορους παράγοντες που μελετήθηκαν κατά τη διεξαγωγή του πειράματος. Συγκεκριμένα αναλύθηκε η ένταση και το εύρος της εξάρτησης εξωτερικών παραγόντων, όπως οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και τα χαρακτηριστικά του διακένου στο οποίο εφαρμόσθηκε η τάση, αλλά και εσωτερικών όπως είναι η ποιότητα του χρησιμοποιηθέντος μονωτικού ελαίου, δηλαδή ο βαθμός καταπόνησης που το χαρακτηρίζει τη στιγμή που του ασκούμε κρουστική διέγερση. / In order to retain the potential difference between under high voltage conductible particles, insulation of high voltage equipment and facilities is necessary. A commonly used group of insulating materials are insulating liquids. Most popular among them are fossil oils, which are made of oil, because of their easy provision and relatively low cost. Insulating oils are used in transformers, oil disruptors, condensers, cables, transit insulators, and tool transformers. The current essay was developed within the general research topic of the study of dielectric liquids behavior under the influence of strain. Insulation in general is an important component of all high voltage systems and equipment, and through its resistance their proper operation is ensured. An insulation subjects a variety of strains that are caused by variable reasons. The main are caused by external overvoltage, which is caused due to lightning strike on electric power transition lines, internal overvoltage, which is caused by errors and manipulations that take place in the electric power transition field, and flashover overvoltage, caused during the disruption of other insulations among circuits of different voltages. Under the influence of strains an insulation can subject changes (permanent or transient) on various of its qualities. The correct design of an insulation requires a strong knowledge of the overvoltages expecting to take place. The form of hyper voltage that is examined in this essay is lightning impact voltage. As to the atmospheric hyper voltages (lightning), it has been set as test voltage the shock 1.2/50μs, because that was more or less the form in which the average rate of many recorded currents has concluded. The production of specific voltages took place at the multi stage impact generator of the High Voltage laboratory, whose function is described in Chapter III. The purpose of this essay is to examine the influence of a variety of factors in the probability of a shock to cause electric disruption in the insulating liquid, and to study the effect of these factors on the characteristics of the disruption. The data that the experimental process revealed were statistically analyzed and certain conclusion were extracted as regards the nature of the dependence between the dielectric endurance of the insulating oil and the diverse factors studied during the conduction of this experiment. More specifically the study of both external – such as the atmospheric conditions, and internal – such as the quality of the used insulating oil, were a major part of the current essay.

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.