Γήρανση και καταστροφή των στερεών μονωτικών υλικών, κάτω από την επίδραση πεδίων υψηλών τάσεων

Abstract

Είναι ευρέως αποδεκτή η καταλυτική επίδραση που ασκεί ο ηλεκτρισμός σε όλες τις πτυχές του σύγχρονου πολιτισμού. Η παραγωγή, μεταφορά, αποθήκευση και χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας απαρτίζουν μερικούς από τους σημαντικότερους παράγοντες της σύγχρονης τεχνολογίας και ζωής. Σε όλους αυτούς τους τομείς γίνεται χρήση πολλών ειδών υλικών (στερεών, υγρών και αερίων) με σκοπό την ηλεκτρική μόνωση και καλή λειτουργία των παντός τύπου συσκευών και εξοπλισμού που είναι απαραίτητος. Συγκεκριμένα, οι στερεές μονώσεις του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υψηλής τάσης κατασκευάζονται από μεγάλη ποικιλία στερεών συνθετικών υλικών, κυρίως πολυμερών, τα οποία συνήθως τοποθετούνται σε μία ή περισσότερες στρώσεις, όπως συμβαίνει στα καλώδια και στους συνθετικούς μονωτήρες. Η καλή λειτουργία αυτών των υλικών είναι εξαιρετικά κρίσιμη για την γενικότερη απόδοση των συστημάτων παραγωγής, μεταφοράς, αποθήκευσης και χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας και άρα η γνώση της συμπεριφοράς και των φυσικών χαρακτηριστικών τους, αποτελεί επιτακτική ανάγκη.Το αντικείμενο της διατριβής ήταν να ερμηνεύσει και να απαντήσει θεωρητικά και πειραματικά τα προηγούμενα ερωτήματα. Ο τρόπος ερμηνείας είναι κυρίως αιτιοκρατικός (ντετερμινιστικός) και βασίζεται σε μοντέλο το οποίο αρχικά εστιάζεται στο πιθανό μηχανισμό δημιουργίας ρεύματος και αγωγιμότητας αρχίζοντας από την διέλευση φορέων στην επαφή ηλεκτροδίου - υλικού και συνεχίζοντας μέσα στο ευρύτερο μονωτικό υλικό και στα διάφορα στρώματα του. Κατόπιν ερμηνεύει τον μηχανισμό γήρανσης ή και απότομης κατάρρευσης στο εσωτερικό του υλικού μέσω διάσπασης των μακρομορίων του. Επίσης εστιάζεται στον ρόλο των διεπιφανειών μεταξύ ιδίων αλλά και διαφορετικών υλικών. Η θεωρητική ερμηνεία αναφέρεται σε πειράματα στα οποία μετριούνται η διηλεκτρική αντοχή, ο χρόνος ζωής ή καταστροφής, οι απώλειες ισχύος, οι μερικές εκκενώσεις και η χωρητικότητα σε δείγματα συνθετικών πολυμερικών φιλμ διαφόρων υλικών. Επίσης εκτελούνται πειράματα προσομοίωσης με ειδικό πρόγραμμα για περαιτέρω επιβεβαίωση του μοντέλου. Ο τελικός στόχος είναι πέραν από την ερμηνεία των φαινομένων, η εύρεση βέλτιστων μεθόδων κατασκευής μονώσεων και διάγνωσης της αξιοπιστίας του συναφούς ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.