Μελέτη - εξομοίωση συμπεριφοράς μονωτικών ελαίων

• Κύριος συγγραφέας: Φέτσης, Τιμόθεος
• Άλλοι συγγραφείς: Fetsis, Timotheos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Εξομοίωση; Μονωτικά έλαια; Διηλεκτρική αντοχή; Διάσπαση; Ακίδα-σφαίρα; Νανοσωματίδια; Νανοέλαια; COMSOL; Dielectric liquids; Nanoparticles

Τα διηλεκτρικά υγρά είναι ζωτικής σημασίας για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Τα μονωτικά έλαια χρησιμοποιούνται για μόνωση υψηλών τάσεων και ψύξη εξοπλισμού ισχύος λόγω της μεγάλης τους διηλεκτρικής αντοχής και θερμικής αγωγιμότητας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η δημιουργία καναλιών ιονισμού στα μονωτικά έλαια. Τα κανάλια ιονισμού που είναι ευρέως γνωστά ως streamers είναι αγώγιμα κανάλια χαμηλής πυκνότητας που σχηματίζονται σε περιοχές του λαδιού που καταπονούνται από ηλεκτρικά πεδία της τάξης των 108 V⁄m ή και ισχυρότερα. Τα κανάλια αυτά εξαρτώνται άμεσα από την ηλεκτρική καταπόνηση που προκαλείται και αναλόγως αυτής έχουν την τάση να επιμηκύνονται ώσπου να φτάσουν σε γειωμένο σημείο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να γεφυρωθεί το διάκενο και να δημιουργηθεί ηλεκτρικό τόξο, δηλαδή ηλεκτρική εκκένωση. Στη συνέχεια της ανωτέρω μελέτης δημιουργήθηκε ένα μοντέλο που (να) εξομοιώνει τη δημιουργία των καναλιών ιονισμού. Η εξομοίωση πραγματοποιήθηκε στο πρόγραμμα COMSOL Multiphysics, το οποίο είναι ένα πακέτο λογισμικού που χρησιμοποιεί την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων. Για το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε η διάταξη ακίδα-σφαίρα. Συγκεκριμένα, η ακτίνα καμπυλότητας της ακίδας ρυθμίστηκε στα 50 μm, η διάμετρος της σφαίρας στα 12.7mm και το μήκος του διακένου στα 25mm. Δοκιμάστηκαν διάφορα επίπεδα τάσης και σε κάθε ένα από αυτά γίνεται εκτενής μελέτη του ηλεκτρικού πεδίου και του χωρικού φορτίου. Τέλος εξάγονται σημαντικά συμπεράσματα για την δημιουργία και την εκκίνηση των καναλιών ιονισμού. Εκτός από τα μονωτικά έλαια μελετήθηκε και η συμπεριφορά ελαίων που περιέχουν νανοσωματίδια. Δημιουργήθηκε ένα νέο συμπληρωματικό μοντέλο για την εισαγωγή των νανοσωματιδίων και μελετήθηκε η διηλεκτρική αντοχή του νανοέλαιου μέσω του δημιουργούμενου φορτίου χώρου και ηλεκτρικού πεδίου. Τέλος έγινε σύγκριση του απλού ελαίου με το έλαιο που περιέχει νανοσωματίδια ως προς την διηλεκτρική τους αντοχή. Στο 1 ο Κεφάλαιο παρατίθενται οι ηλεκτρικές ιδιότητες των μονωτικών ελαίων, οι εφαρμογές τους στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας και τα είδη των ελαίων που χρησιμοποιούνται στους μετασχηματιστές. Επίσης γίνεται αναφορά στην νανοτεχνολογία και στους μηχανισμούς εκείνους που συμβάλλουν τελικά στην βελτίωση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των διηλεκτρικών υγρών. Στο 2ο Κεφάλαιο περιγράφονται η δημιουργία καναλιού ιονισμού και οι μηχανισμοί διάσπασης των υγρών διηλεκτρικών. Στο 3ο Κεφάλαιο μοντελοποιείται το κανάλι ιονισμού, δίνονται δηλαδή οι εξισώσεις οι οποίες περιγράφουν το φαινόμενο. Αρχικά δημιουργήθηκε το μοντέλο για το απλό έλαιο και ύστερα για το έλαιο με τα νανοσωματίδια Στο 4ο Κεφάλαιο περιγράφονται αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήθηκαν για την κατασκευή του μοντέλου στο COMSOL Multiphysics Στο 5 ο Κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης και γίνεται σύγκριση του απλού ελαίου με το νανοέλαιο. Στο 6ο Κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα, τα σφάλματα-δυσκολίες που έπρεπε να αντιμετωπιστούν και τέλος δίνονται μερικές προτάσεις για μελλοντική έρευνα.