Διερεύνηση διηλεκτρικής συμπεριφοράς μονωτικών ελαίων φυτικής προέλευσης με προσθήκη νανοσωματιδίων

• Κύριος συγγραφέας: Πολυδωροπούλου, Ευτυχία
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Νανοέλαια; Νανοσωματίδια; Nanofluids; Nanoparticles; 621.319 37

Η λειτουργική αξιοπιστία των μετασχηματιστών ισχύος και των αυτομετασχηματιστών στο δίκτυο συνδέεται άμεσα με την ικανοποιητική κατάσταση των μονώσεών τους. Η επιλογή της μόνωσης και ο έλεγχος της ικανότητας μόνωσης των διατάξεων των μετασχηματιστών, και ιδίως του ηλεκτρομονωτικού ελαίου, αποτελεί επιτακτική ανάγκη, δεδομένου ότι μπορεί να αποφευχθεί η αυξημένη πιθανότητα εκδήλωσης αστοχίας. Τα χαμηλά ποσοστά βιοαποικοδόμησης των ορυκτελαίων, που χρησιμοποιούνται από την ηλεκτρική βιομηχανία, αλλά και η πιθανότητα ύπαρξης χαμηλών περιεκτικοτήτων PCBs στα έλαια των μετασχηματιστών επιτάσσουν, από την πλευρά των περιβαλλοντικών κινδύνων, την αντικατάσταση των ηλεκτρομονωτικών ελαίων με άλλα, λιγότερο τοξικά. Αποτέλεσμα αυτής της ανάγκης, ήταν η εμφάνιση ελαίων με βάση τους εστέρες ή τις σιλικόνες ή ακόμα και των φυτικών ελαίων. Παρ' όλα αυτά, το σχετικά υψηλό τους κόστος και το γεγονός ότι τα έλαια αυτά εμπεριέχουν μεγάλα ποσοστά υγρασίας, τα καθιστούν σήμερα δυσεύρετα στην πράξη και αξιοποιήσιμα μόνο σε ειδικές εφαρμογές μετασχηματιστών. Το κυριότερο χαρακτηριστικό τους είναι ότι οι εστέρες, οι σιλικόνες και τα φυτικά έλαια ανήκουν στην κατηγορία υλικών υψηλής ανάφλεξης, δηλαδή αναφλέγονται σε αρκετά υψηλή θερμοκρασία. Την τελευταία δεκαετία, έρευνες έχουν δείξει ότι αγώγιμα νανοσωματίδια μπορεί να διασκορπιστούν σε μονωτικά έλαια μετασχηματιστών με σκοπό τη δημιουργία νανορευστών [nanofluids]. Ο όρος "nanofluids" εισήχθη από την ερευνητική ομάδα Choi J.H. και αναφέρεται σε ένα μίγμα δύο φάσεων που περιέχει μία υγρή φάση, η οποία είναι ο οικοδεσπότης, και διεσπαρμένα νανοσωματίδια σε εναιώρημα. 'Υστερα από καλό διασκορπισμό, τα νανοσωματίδια είναι ικανά να αυξήσουν την τάση διάσπασης του ελαίου στη συχνότητα δικτύου, καθώς και τις κρουστικές κεραυνών. Παράλληλα, αυξάνονται και οι αρχικές τάσεις στις μερικές εκκενώσεις. Υπάρχουν ελπιδοφόρα αποτελέσματα, που δείχνουν ότι η προσθήκη των νανοσωματιδίων σε συμβατικά έλαια μετασχηματιστών μπορεί να βελτιώσει τα ηλεκτρικά και τα θερμικά χαρακτηριστικά τους. Μια πολύ σημαντική διαδικασία είναι και η διαμόρφωση της επιφάνειας των νανοσωματιδίων, προκειμένου να αποφευχθούν οι συγχωνεύσεις των νανοσωματιδίων στο μονωτικό έλαιο. Παρ' όλα αυτά, οι διαδικασίες επιφανειακής διαμόρφωσης νανοσωματιδίων, που χρησιμοποιούνται στα ορυκτέλαια, δε μπορούν να εφαρμοστούν στα φυτικά έλαια. Στα φυτικά έλαια ενδείκνυται η χρήση του ολεϊκού οξέως. Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η διερεύνηση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς των ελαίων φυτικής προέλευσης με την προσθήκη επεξεργασμένων νανοσωματιδίων. Η δημιουργία των επεξεργασμένων νανοσωματιδίων Fe3O4 ήταν το πρώτο μέρος της διπλωματικής εργασίας και πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Φαινομένων Μεταφοράς και Φυσικοχημικής Υδροδυναμικής του τμήματος Χημικών Μηχανικών. Στόχος ήταν η επεξεργασία των νανοσωματιδίων Fe3O4 με αιθανόλη και ολεϊκό οξύ για απόκτηση πτητικότητας και η προσθήκη αυτών σε φυτικό έλαιο εμπορίου FR3. Το μεγαλύτερο μέρος της διπλωματικής αυτής εργασίας πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών και περιελάμβανε δοκιμές και μετρήσεις για την εκτίμηση των ιδιοτήτων του φυτικού ελαίου FR3TM με τα επεξεργασμένα νανοσωματίδια μαγνητίτη Fe3O4. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε η μέτρηση διηλεκτρικής αντοχής σε εναλλασόμενη τάση με βιομηχανική συχνότητα 50Ηz, η μέτρηση των διηλεκτρικών απωλειών (εφαπτομένη δέλτα) και η μελέτη μερικών εκκενώσεων σε δοκίμιο χαρτιού-ελαίου για νανοέλαια με τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις νανοσωματιδίων και για σκέτο φυτικό έλαιο. Από τις μετρήσεις αυτές, προέκυψαν αξιόλογα συμπεράσματα όσον αφορά στα ηλεκτρικά και θερμικά χαρακτηριστικά των τροποποιημένων φυτικών ελαίων. Παράλληλα, σε θεωρητικό επίπεδο, έγινε σημαντική μελέτη για τα διάφορα είδη μονωτικών ελαίων, τις βασικές φυσικές και χημικές ιδιότητες των διηλεκτρικών, τις φυσικοχημικές και αναλυτικές μεθόδους για τον έλεγχο της γήρανσης των ηλεκτρομονωτικών ελαίων, τις διατάξεις των διεθνών προτύπων για τις προδιαγραφές και τις μεθόδους δοκιμής για τα αχρησιμοποίτα μονωτικά έλαια κτλ.