Συμβολή στη μελέτη της χωρικής αγωγιμότητας πολυμερών μονωτικών υλικών

Θωμά, Μυρτώ; Thoma, Myrto

dc.contributor.author	Θωμά, Μυρτώ	el
dc.contributor.author	Thoma, Myrto	en
dc.date.accessioned	2015-09-03T08:45:26Z
dc.date.available	2016-09-03T02:00:19Z
dc.date.issued	2015-09-03
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41168
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9693
dc.rights	Default License
dc.subject	Συνεχές ρεύμα υψηλής τάσης	el
dc.subject	High voltage direct current	en
dc.subject	Πολυμερή μονωτικά υλικά	el
dc.subject	Χωρική αγωγιμότητα	el
dc.subject	Εποξεικές ρητίνες	el
dc.subject	Μετρήσεις ρεύματος αγωγιμότητας	el
dc.subject	Polymeric insulating materials	en
dc.subject	Volume conductivity	en
dc.subject	Epoxy resins	en
dc.subject	Conduction current measurements	en
dc.title	Συμβολή στη μελέτη της χωρικής αγωγιμότητας πολυμερών μονωτικών υλικών	el
dc.title	Characterization of the volume conductivity of polymeric insulating materials	en
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Μέρος της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε στο Πολυτεχνείο του Μονάχου, στα πλαίσια του προγράμματος 'Έρασμος	el
heal.classification	Μονωτικά υλικά υψηλών τάσεων	el
heal.language	en
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-04-02
heal.abstract	Περίληψη Η χρήση του συνεχούς ρεύματος (DC) αντί του εναλασσόμενου (AC) για τη μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας, επεκτείνεται σταθερά. Οι αιτίες της επιλογής του Συνεχούς Ρεύματος Υψηλής Τάσης (HVDC) αντί του Εναλασσόμενου Ρεύματος, για μια συγκεκριμένη περίπτωση ειναι πολλές και σύνθετες. Μερικά απο τα πλεονεκτήματα της μεταφοράς ενέργειας μέσω HVDC ειναι τα παρακάτω: • Οικονομικώτερη και πιο ικανοποιητική μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. • Σύνδεση ασύγχρονων δικτύων ή δικτύων με διαφορετικές συχνότητες. • Δυνατότητα ελεγχόμενης παροχής ρεύματος και προς τις δύο κατευθύνσεις. • Επισκεψιμότητα δικτύου για κοντινή ή μακρυνή παραγωγή ρεύματος απο ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. • Έλεγχος αέργου ισχύος και καλύτερη ποιότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό που επέτρεψε την ευρεία χρήση HVDC είναι η μεγάλη τεχνολογική πρόοδος στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος (κυρίως στους μετατροπείς), καθώς και η εξέλιξη των μονωτικών υλικών ώστε να αντέχουν αρκετά υψηλά επίπεδα τάσης. Οι στερεοί ηλεκτρικοί μονωτές εχουν ευρεία χρήση στην ηλεκτρική και ηλεκτρονική βιομηχανία. Ιδιαίτερα η χρήση των πολυμερών μονωτών ειναι σταθερά αυξανόμενη. Τις τελευταίες δεκαετίες έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως λόγω των άριστων ηλεκτρικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους. Εχουν ευρεία εφαρμογή, κυμαινόμενη απο καλώδια και ηλεκτρικές συσκευές, μέχρι τη μικροηλεκτρονική [IED-‐84]. Σε αμφότερες τη μεταφορά και τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας, τα πλεονεκτήματα των πολυμερών έναντι των απο προσελάνη ή γυάλινων μονωτών, έχουν οδηγήσει στην προοδευτική αποδοχή των πρώτων. Μερικά απο αυτά τα πλεονεκτήματα ειναι οι καλές υδροφοβικές ιδιότητες της επιφάνειάς τους, το μικρό βάρος, η μεγάλη μηχανική αντοχή τους κλπ [MAC-‐97]. Επιπρόσθετα, οι πολυμερείς μονωτές θεωρείται οτι εχουν μεγαλύτερη αντίσταση τάσης κάτω απο συνθήκες μόλυνσης έναντι των απο πορσελάνη ή γυάλινων μονωτών [MAE-‐98]. Η χρήση των πολυμερών μονωτών για εσωτερικές και εξωτερικές μονώσεις στη τεχνολογία της ηλεκτρικής ενέργειας εχει εφαρμογή σε καλώδια, ζυγούς συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας (bushings), μετασχηματιστές, αεριομονωμένους διακόπτες (gas-‐ insulated switchgears) κ.α. [BAER-‐10]. Λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για HVDC συστήματα παγκοσμίως, οι εποξεικές ρητίνες χρησιμοποιούνται όλο και συχνότερα ως στερεά μονωτικά σε εξοπλισμούς HVDC. Η διαστασιολόγηση των HVDC συσκευών απαιτεί τη γνώση των κατανομών του ηλεκτρικού πεδίου, που εξαρτώνται απο την αγωγιμότητα των μονωτικών που χρησιμοποιούνται σ’ αυτα τα συστήματα. Δεδομένου ότι η χωρική κατανομή του συνεχούς ρεύματος, στα HVDC συστήματα, είναι ενα πεδίο αγωγιμότητας, προσδιοριζόμενο και απο την αγωγιμότητα των εμπεριεχομένων μονωτών, η συμπεριφορά τους πρέπει να διερευνηθεί κάτω απο μεταβαλλόμενες συνθήκες. Η DC αγωγιμότητα ειναι ευαίσθητη σε πολλές παραμέτρους οπως η θερμοκρασία, το πεδίο, η υγρασία, οι συνθήκες περιβαλλοντικής ρύπανσης κλπ. Επιπλέον, η ανάπτυξη νέων πολυμερών υλικών με βελτιωμένη απόδοση κάτω απο ηλεκτρική τάση συνεχούς ρεύματος v και ταυτόχρονη θερμική διέγερση, απαιτεί ενδολεχή έρευνα των ιδιοτήτων που καθορίζουν την έγχυση φορέων από αγωγούς, τη μεταφορά των φορέων από το κύριο σώμα του μονωτικού υλικού, και την παγίδευση των φορέων στον όγκο του μονωτικού υλικού. Όμως, λόγω της πολύπλοκης φύσης των πολυμερών μονωτικών υλικών, μια λεπτομερής κατανόηση των θεμελιωδών ηλεκτρικών ιδιοτήτων τους και του τρόπου που οι φορείς δημιουργούνται και μεταφέρονται μέσα στα υλικά αυτά, ειναι απόλυτα απαραίτητη για την μελλοντική πρόοδο σε πρακτικές εφαρμογές. Αντικείμενο της παρούσας μελέτης, ειναι η έρευνα της χωρική αγωγιμότητα δειγμάτων εποξεικής ρητίνης, εμποτισμένων με Al2O3 (fillers). Η χωρική αγωγιμότητα εξετάζεται ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και του ηλεκτρικού πεδίου. Επιπροσθέτως θα προσπαθήσουμε να προσδιορίσουμε τους μηχανισμούς αγωγιμότητας που κυριαρχούν στην ηλεκτρική συμπεριφορά και τον τρόπο που οι φορείς δημιουργούνται και μεταφέρονται μέσα στο εξεταζόμενο υλικό. Για τη διερεύνηση της χωρικής αγωγιμότητας του υλικού, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του ρεύματος αγωγιμότητας σύμφωνα με τον κανονισμό VDE 0303-‐30, με εύρος ηλεκτρικού πεδίου 1 εως 12 KV/mm και θερμοκρασίες 40 και 80 °C.	el
heal.abstract	The use of DC over AC voltage for the transmission of power is increasing steadily. The reasons for choosing High Voltage Direct Current (HVDC) instead of AC to transmit power in certain transmission applications are often numerous and complex. Some of the advantages of HVDC transmission are listed below: • Economical and most efficient transmission of electrical power over long distances, using fewer lines • Connecting asynchronous grids or grids with different frequencies • Control of the reactive power, which supports the network stability and power quality • Offering grid access for onshore and offshore power generation from renewable energy sources. At the same time, the use of polymeric insulating materials for HVDC purposes is also steadily growing. Their advantages, compared to porcelain and glass insulators have led to the increased acceptance of the first ones. Some of these advantages are: good hydrophobic surface properties, low weight, high mechanical strength, higher withstand voltage under contaminated conditions etc. [MAC-‐97], [MAE-‐98]. The application of polymeric insulating materials in internal and external insulations of power engineering is considered for cables, bushings, transformers, gas-‐insulated systems and insulators [BAER-‐10]. In addition, the increasing demand on solid insulation for HVDC applications, has led to the introduction of composite insulating materials, where the use of functional fillers improve their electrical and other properties. Research is focusing on the development of new polymeric insulating materials with improved performance under DC electrical stress and thermal excitation. And since the DC field distribution in HVDC insulation is a resistive field, the electrical conductivity, and in particular the volume conductivity of the insulators included has to be investigated in detail. However, an exact theoretical understanding of DC conduction in solid polymer insulation materials is currently impossible due to the underlying physical complexity of these materials [KAO-‐04], [TEY-‐05], as their structure consists of highly disordered, entangled, polymer chains [PHI-‐78]. Hence, the investigation of the volume conductivity requires a thorough investigation of the properties governing the charge injection, transport and trapping in these materials. In the framework of this thesis, the volume conductivity of Al2O3 – filled epoxy resin is investigated as a function of temperature and electric field. For the study of the volume conductivity a conduction current measurement setup is used, and conduction current measurements are performed according to VDE 0303-‐30 (international norm: IEC 93) on plaque specimens of the material. The investigated fields are 1 to 12 kV/mm, and the investigated temperatures are 40 and 80 °C. The results are used in order to find the charge generation and transport mechanisms in the material, in the investigated field and temperature range. vii In Chapter 2, a basic theoretical backgroung is given, containing information on the structure and applications of epoxy resins, the dielectric and electric response of insulating materials, the factors influencing DC conductivity (emphasizing on the temperature dependence), and the method of conduction current measurements on insulating materials. In Chapter 3, the way carriers are generated, injected, and transported through polymeric insulating materials is discussed. In addition, the significant influence of the space charge accumulation on the investigation of volume conductivity is explained and conduction theories developed through the years are indicated. In Chapter 4, experimental results from previous investigations concerning conduction current measurements on polymeric insulating materials, filled and unfilled, are presented, and the nature of the current density – electric field characteristic is analyzed. In Chapter 5, the results from the conduction current measurements on the Al2O3 – filled epoxy resin specimens are shown. Good information and conclusions are drawn from the measurements. In Chapter 5, the Thermally Stimulated Currents theory is presented as well as results from measurements on the investigated material.	en
heal.advisorName	Σταθόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Σταθόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τοπαλής, Φραγκίσκος	el
heal.committeeMemberName	Γκόνος, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος. Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων και Ηλεκτρικών Μετρήσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	109 σ.
heal.fullTextAvailability	true