Η ευρεία χρήση του ηλεκτρισμού και η συνεχής αύξηση των μεγεθών μεταφοράς
και διανομής της υψηλής τάσης αναγκάζει τον επιστημονικό κόσμο να επενδύσει
στην κατανόηση της συμπεριφοράς των ατμοσφαιρικών υπερτάσεων δηλαδή των
κρουστικών τάσεων κεραυνών, και των εσωτερικών υπερτάσεων όπως των
κρουστικών τάσεων χειρισμών όπως και της συμπεριφοράς του εξοπλισμού των
υψηλών τάσεων. Είναι αναγκαία επίσης η κατανόηση της αλληλεπίδρασης των πιο
πάνω για σκοπούς βελτίωσης της ασφάλειας και της αξιοπιστίας του εξοπλισμού των
υψηλών τάσεων.
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση του κατά πόσον τα
χρονικά χαρακτηριστικά των κρουστικών τάσεων μπορούν να επιδράσουν στη τάση
διάσπασης των διακένων αέρα και γενικότερα στην συμπεριφορά τους. Έτσι
αναζητείται η τάση διάσπασης του διακένου αέρα τόσο ποσοτικά (μεταβολή στο
μέγεθος) όσο και ποιοτικά (μεταβολή των στατιστικών χαρακτηριστικών). Η
διπλωματική εργασία τούτη αποτελεί μια συνεισφορά στην διεθνή ερευνητική
προσπάθεια που γίνεται πάνω στο αντικείμενο συλλογής πληροφοριών και εξαγωγής
συμπερασμάτων για τα διάφορα είδη κρουστικών τάσεων σε συνδυασμό με τα
διάκενα αέρα.
Αρχικά παρατίθενται μια θεωρητική ανασκόπηση βασιζόμενη στην διεθνή
βιβλιογραφία που αφορά τα κυκλώματα παραγωγής κρουστικών τάσεων στο
εργαστήριο. Σκοπός τούτου είναι η αποσαφήνιση του τρόπου παραγωγής των
κρουστικών τάσεων στο εργαστήριο με πρωτοβάθμιες, δευτεροβάθμιες και
πολυβάθμιες κρουστικές γεννήτριες. Επίσης παρουσιάζεται ένα θεωρητικό μοντέλο
υπολογισμού των αναμενόμενων κρουστικών τάσεων μιας δευτεροβάθμιας
κρουστικής γεννήτριας του οποίου τα αποτελέσματα παρουσιάζονται. Στη συνέχεια
παρατίθεται μια θεωρητική ανασκόπηση που αφορά τα διάκενα αέρα, τους
μηχανισμούς διάσπασης τους, τον τρόπο ανάλυσης των πειραματικών
αποτελεσμάτων και την επίδραση που έχουν στην διάσπαση των διακένων αέρα οι
ατμοσφαιρικές συνθήκες. Όλα τα παραπάνω έχουν σκοπό να αποσαφηνίσουν τους
παράγοντες που χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής ώστε να εξασφαλιστούν τα πλέον
αξιόπιστα πειραματικά αποτελέσματα, καθώς και η δημιουργία μιας βάσης
θεωρητικών δεδομένων που θα βοηθήσουν στην αξιοποίηση των πειραματικών
μετρήσεων.
Για την διεξαγωγή της πειραματικής διαδικασίας χρησιμοποιήθηκε η γεννήτρια
κρουστικών τάσεων Multi test set της εταιρείας Haefely, κομμάτι του
ηλεκτρομηχανικού εξοπλισμού του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων. Με αυτήν την
γεννήτρια παρήχθησαν κρουστικές τάσεις τάξης μεγέθους 100 kV και ένα πλήθος
τύπων κρουστικών τάσεων ως προς τα χρονικά χαρακτηριστικά ουράς και μετώπου
τα οποία παρήχθησαν με συνδυασμό των αντιστάσεων μετώπου R2 με τις αντιστάσεις
ουράς R1. Μέσω κατάλληλου κρουστικού βολτομέτρου και με ψηφιακό παλμογράφο
έγιναν οι μετρήσεις αυτών των τάσεων και η αποτύπωση των κυματομορφών τους.
Τα διάκενα αέρα τα οποία καταπονήθηκαν σε αυτές τις κρουστικές τάσεις είναι:
Σφαίρα-Σφαίρα, Ακίδα-Σφαίρα, Ακίδα-Ακίδα. Για τον υπολογισμό της τάσης
διάσπασης U50% λήφθησαν για κάθε περίπτωση 3 έως 4 σετ των 30 έως 50
μετρήσεων. Τα συνολικά αποτελέσματα και η διαγραμματική τους απεικόνιση με τις
απαραίτητες επ’αυτών παρατηρήσεις, ενσωματώνονται στην εργασία και βασιζόμενη
σε αυτά ακολουθεί η απαραίτητη συμπερασματολογία.
Το αποτέλεσμα αυτής της εργασίας ήταν η διαπίστωση θεωρητικά και πειραματικά
του τρόπου επίδρασης των κατασκευαστικών στοιχείων της γεννήτριας στα χρονικά
χαρακτηριστικά των παραγόμενων κρουστικών τάσεων. Επίσης διαπιστώθηκε ότι η
προσθήκη των συγκεκριμένων διακένων αέρα έχει σαν αποτέλεσμα μικρή αύξηση
των χρονικών χαρακτηριστικών της κρουστικής τάσεως (χρόνου ουράς και μετώπου)
τάξεως του 2-3%. Το βασικό συμπέρασμα όμως είναι ότι τα χρονικά χαρακτηριστικά
των κρουστικών τάσεων παίζουν καθοριστικό ρόλο στην τάση διάσπασης U50% των
διακένων αέρα. Συγκεκριμένα για γρήγορους χρόνους μετώπου η τάση διάσπασης
U50% βρίσκεται στο χαμηλό επίπεδο και αυξάνεται απότομα για μεγαλύτερους
χρόνους μετώπου Τ1 και αποτελεί την μέγιστη τάση διάσπασης. Στη συνέχεια με την
αύξηση των χρόνων μετώπου η τάση διάσπασης U50% μειώνεται. Η επίδραση των
χρόνων ουράς είναι ότι καθώς αυξάνονται μειώνουν την τάση διάσπασης U50%. / The worldwide use of electricity and the continuous increase of demand in the
distribution of high voltage, has forced the entire scientific community to turn and
invest to the study and understanding the behavior of atmospheric surge phenomenon
such as thunder, lighting, impulse voltage, and the internal over voltages such as
switching voltages. It is considered essential to investigate the response and behavior
of the high voltage equipment. The challenging part is to gain the knowledge on how
these interact with each other, in order to improve the security and reliability of high
voltage machines.
The aim of this thesis is to investigate whether the time variant characteristics of the
impulse voltages can affect the degradation behavior of air discharge. Our target is to
discover the chopping voltage of air gaps in actual number but also to find out the
variation of its statistical characteristics. This paper will contribute to the international
research effort of collect information and extracting results for the various types of
impulse voltage combined with air gaps.
Initially we present a theoretical approach based on the international bibliography
concerning the circuits that create impulse voltages in a laboratory environment. Our
aim is to clarify the way impulse voltages are produced in the laboratory, from singlestage,
two-stage and multi-stage impulse generators. Furthermore, we present a
theoretical model for calculating the impulse voltage created by a two-stage impulse
generator. All these results are also included in our paper. Next, we complete our
overview by presenting the air discharge phenomena, analysis methods used to
investigate experimental result and the overall effect of atmospheric conditions on air
discharge splitting. All these aim to clarify the factors which need to be taken into
consideration in order to secure reliable experimental results but also a more complete
database of the theoretical data that can be utilised in more advanced experimental
methods.
In order to complete our experiments we used the Multi test set impulse voltage
generator, produced by Haefely Company and is a part of high Voltage laboratory
equipment. With the help of this generator we managed to produce a number of
impulse voltages of size 100 kV, and various types of impulse voltages using the time
variant characteristics connecting together tail and head resistors R2 and R1
respectively. Using a suitable impulse voltage meter and a digital oscilloscope we
managed to measure these voltages and create a graphical representation of their
waveforms. The air-gaps created from these voltages are: Sphere-Sphere, Spike-
Sphere, Spike-Spike. In order to calculate the chopping voltage U50% we collected 3 to
4 set consisted of 30-50 measurements. The overall results and their diagram
presentation followed by relevant conclusions are included in this paper. Based on
these we were able to draw all necessary conclusions.
On this paper we managed to extract theoretically and experimentally how all
constructional elements of the generator affect the time variant characteristics of the
impulse voltages created. We also concluded that adding specific air gaps will result
to a slight increase of the time variant characteristic of the impulse voltage (frontwave
and tail-wave duration) by 1%-3%.The main conclusion was that the time
variant characteristics of impulse voltages play a decisive role in the chopping voltage
U50% of air gaps. More specifically, for short-duration of wave-front T1 the chopping
voltage U50% lays on the lower level whereas it automatically increases for bigger
duration Τ1 and this is our higher chopping voltage. Then the chopping voltage U50%
is reduced by increasing the duration of wave-front T1. Also the increase of wave-tail
duration results to a reduction of chopping voltage U50%.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2514 |
| Date | 11 January 2010 |
| Creators | Παπανικολάου, Μάριος |
| Contributors | Πυργιώτη, Ελευθερία, Papanikolaou, Marios, Σπύρου, Νικόλαος, Πυργιώτη, Ελευθερία |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
Page generated in 0.0039 seconds