Ηλεκτροχημικές διεργασίες κατά τη λειτουργία υπογείων δικτύων υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος

Καμαρινοπούλου, Νεφέλη-Σταυρούλα; Kamarinopoulou, Nefeli-Stavroula

dc.contributor.author	Καμαρινοπούλου, Νεφέλη-Σταυρούλα	el
dc.contributor.author	Kamarinopoulou, Nefeli-Stavroula	en
dc.date.accessioned	2020-03-09T12:37:37Z
dc.date.available	2020-03-09T12:37:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49892
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17590
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συνεχές ρεύμα	el
dc.subject	Χαλκός	el
dc.subject	Διάβρωση	el
dc.subject	Grounding electrode	en
dc.subject	Copper	en
dc.subject	Corrosion	en
dc.subject	Direct current	en
dc.subject	Ηλεκτρόδιο γείωσης	el
dc.subject	Metallic object	en
dc.subject	Μεταλλική κατασκευή	el
dc.title	Ηλεκτροχημικές διεργασίες κατά τη λειτουργία υπογείων δικτύων υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος	el
dc.title	Electrochemical reactions during operation of high-voltage direct current configurations	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτροχημεία	el
heal.classification	Electrochemistry	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-30
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η λειτουργία υπογείων γειώσεων δικτύων συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HVDC). Αναλύεται η συμπεριφορά μίας μεταλλικής γείωσης υπό την επίδραση ενός παλμού ρεύματος υψηλής τάσης μικρής διάρκειας με βάση τη δευτεροταγή κατανομή ηλεκτρικού ρεύματος. Από την ανάλυση αυτή προκύπτει ότι το μέταλλο αποκτά πρακτικά ακαριαία το δυναμικό λειτουργίας του, δηλαδή λειτουργεί υπό σταθερό δυναμικό καθ’ όλη τη διάρκεια του παλμού του ρεύματος. Προκειμένου να διερευνηθεί πειραματικά η λειτουργία μίας γείωσης υπό συνθήκες ρεύματος υψηλής έντασης αναλύεται η μέθοδος διακοπτόμενου ρεύματος για τη διόρθωση του δυναμικού του ηλεκτροδίου. Στη συνέχεια, γίνεται κινητική μελέτη ώστε να διαπιστωθεί η καταλληλότητα των ηλεκτροδίων χαλκού ως ηλεκτρόδια γείωσης σε δίκτυα HVDC. Επιπλέον, διερευνάται η εναλλακτική πιθανότητα χρήσης ηλεκτροδίου ανοξείδωτου χάλυβα στα εν λόγω δίκτυα έναντι του ηλεκτροδίου χαλκού. Η πειραματική μεθοδολογία εφαρμόζεται σε ηλεκτροχημική διάταξη τριών ηλεκτροδίων σε ηλεκτρολυτικά διαλύματα διαφορετικών pH, με χρήση της μεθόδου του διακοπτόμενου ρεύματος για τη διόρθωση του δυναμικού. Σε επόμενο στάδιο, μελετώνται οι επιπτώσεις της ανοδικής λειτουργίας του χαλκού ως ηλεκτρόδιο γείωσης στο ίδιο το ηλεκτρόδιο, καθώς και η επίδραση της καθοδικής λειτουργίας του σε μεταλλικά υλικά πλησίον αυτής. Ειδικότερα, η απόκριση των ηλεκτροδίων χαλκού και ανοξείδωτου χάλυβα εξετάζεται σε ελαφρώς όξινο (pH 5.8) και σε αλκαλικό (pH 13.8) περιβάλλον, όπου διαπιστώνεται η καταλληλότητα και των δύο για χρήση ως ηλεκτρόδια γείωσης σε δίκτυα HVDC, με τον χάλυβα να επιδεικνύει καλύτερη απόκριση από το χαλκό σε όξινο περιβάλλον. Επιπλέον, εξακριβώνονται οι μηχανισμοί οξείδωσης του χαλκού και του νερού κατά την ανοδική λειτουργία των ηλεκτροδίων και της αναγωγής του υδρογόνου κατά την καθοδική. Καθώς στο ηλεκτρόδιο χαλκού σε ελαφρώς όξινο περιβάλλον, δεν παρατηρείται η ηλεκτρόλυση του νερού σε τιμές δυναμικού έως και 2V, επιχειρείται η μελέτη του συστήματος σε υψηλότερες τιμές δυναμικού και ρεύματος, όπου διαπιστώνεται ότι η μόνη αντίδραση που λαμβάνει χώρα στην ηλεκτροδιακή επιφάνεια είναι η οξείδωση του χαλκού. Η μελέτη αυτή γίνεται σε διάταξη δύο ηλεκτροδίων εφαρμόζοντας πυκνότητες ρεύματος αντίστοιχες με τις πυκνότητες ρεύματος λειτουργίας. Έχοντας επιβεβαιώσει την ηλεκτρόλυση του νερού στην ηλεκτροδιακή επιφάνεια του χαλκού κατά την ανοδική λειτουργία του σε αλκαλικό pH και την οξείδωση του χαλκού σε όξινο pH, ποσοτικοποιείται ο ρυθμός διάλυσης αυτού σε όξινο (pH 3.5) και ουδέτερο (pH 7) περιβάλλον, σε υψηλές πυκνότητες ρεύματος. Τέλος, διερευνάται η απόκριση χαλύβδινων ράβδων, μία καθαρής επιφάνειας και μία σκουριασμένης, στην καθοδική λειτουργία της γείωσης, όπου διαπιστώνεται ότι λειτουργούν ως διπολικά ηλεκτρόδια σχηματίζοντας στρώμα οξειδίου στην πλευρά που βρίσκεται απέναντι της γείωσης. Συνεπώς, ένα μεταλλικό υλικό πλησίον της γείωσης θα διαλύεται από την πλευρά αντίκρυ της γείωσης με ρυθμό που εξαρτάται αφενός από το υλικό και αφετέρου από τον αριθμό των λοιπών μεταλλικών υλικών που πλαισιώνουν τη γείωση και δέχονται μέρος του διερχόμενου από αυτήν φορτίο.	el
heal.abstract	The objective of the present thesis is to examine the behavior of grounding electrodes in underground high-voltage direct current configurations (HVDC). The operation of a metallic grounding electrode when exposed to a pulse of a high amplitude current of small duration is analyzed, based on secondary current distribution. The findings of this analysis show that the metal acquires virtually instantly its’ working potential, which means that it operates at a constant potential during the current pulse. In order to observe experimentally the behavior of a grounding electrode under high current values, the method of current interrupt is described and employed to correct the electrode potential. Subsequently, a kinetic study is carried out to determine the suitability of copper electrodes as grounding electrodes in high-voltage direct current (HVDC) configurations. The alternative possibility of using stainless steel electrodes in these systems is also investigated. The experiments are performed in a three electrode configuration with electrolytic solutions of different pH using the current interrupt method to correct the electrode potential. The ensuing part of this study consists of examining the consequences of the anodic operation of the copper grounding electrode to the electrode itself, as well as determining the effect of its’ cathodic operation to nearby metallic objects. In particular, the behavior of copper and stainless steel electrodes is observed in a slightly acidic (pH 5.8) and in an alkaline (pH 13.8) environment, where it is ascertained that both could be used as grounding electrodes in HVDC configurations. Furthermore, stainless steel exhibits a more favorable response to acidic environment than copper. Subsequently, the oxidation mechanisms of copper and of water on the anodic copper electrode and the reduction mechanism of hydrogen on the cathodic copper electrode are determined. Since the anodic copper electrode in a slightly acidic environment does not exhibit signs of water oxidation on its’ surface up till 2V of applied potential, the system is exposed to higher values of potential and current. This study is carried out in a two electrode configuration while applying current densities similar to the operational values. During these experiments it is found that the only reaction occurring on the electrode surface is the oxidation of copper. Having confirmed the electrolysis of water on the anodic electrode in an alkaline pH and the oxidation of copper in an acidic pH, it is attempted to quantify the rate of dissolution of copper in an acidic (pH 3.5) and neutral (pH 7) environment, when high current densities flow through the electrochemical cell. The final objective of the study is to examine the response of steel rods, one with a clean surface and one rusty, to a cathodic grounding electrode, where it is discovered that they operate as bipolar electrodes forming an oxide layer on the side opposite the grounding electrode. Thus, a metallic object situated close to a grounding electrode will be dissolving from the side opposite the aforementioned electrode. The rate of dissolution depends on the structure’s material and on the number of other metallic objects surrounding the grounding electrode and receiving part of the current flowing through the electrode.	en
heal.advisorName	Καραντώνης, Αντώνης
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ). Εργαστήριο Φυσικοχημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	70 σ.
heal.fullTextAvailability	false