Μελέτη γήρανσης μονώσεων με χρήση τεχνολογίας ασαφούς λογικής και νευρωνικών δικτύων

• Κύριος συγγραφέας: Παπαϊωάννου, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Νευρωνικά δίκτυα; Μόνωση; Neural networks; Insulation; 621.310 42

Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας διερευνήθηκε η δυνατότητα της χρήσης τεχνολογίας ασαφούς λογικής και νευρωνικών δικτύων στη γήρανση των μονώσεων. Στον ηλεκτρολογικό εξοπλισμό και ειδικά στον εξοπλισμό που λειτουργεί υπό υψηλή τάση, κύρια συνιστώσα της κατασκευής του είναι η μόνωσή του, η οποία κατά κανόνα είναι και η πλέον ευαίσθητη. Η διάρκεια ζωής του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού περιορίζεται από τη διάρκεια ζωής της μόνωσής του. Ο έλεγχος των μονώσεων του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υψηλής τάσης είναι σχολαστικός και γίνεται βάσει κανονισμών που έχουν θεσπισθεί από τους διεθνείς οργανισμούς τυποποίησης (IEC, VDE/DIN, UTE/NF, BS, ANSI, TGL, GOST, ΕΛΟΤ, CENELEC). Ο έλεγχος γίνεται δια της εκτελέσεως δοκιμών σε πειραματικές διατάξεις, με εφαρμογή τάσεων συγκεκριμένων κυματομορφών (βιομηχανικής συχνότητας, κρουστικής κλπ.) και πλάτους πολλαπλασίου εκείνου της τάσης υπό την οποία ο συγκεκριμένος εξοπλισμός θα λειτουργήσει. Παρ' όλα αυτά, μετά από την παρέλευση κάποιου χρονικού διαστήματος, η μόνωση καταστρέφεται κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού. Η κυριότερη από τις αιτίες στις οποίες οφείλονται αυτές οι καταστροφές των μονώσεων είναι το φαινόμενο των μερικών εκκενώσεων. Οι μερικές αυτές εκκενώσεις αναπτύσσονται στα διηλεκτρικά του ηλεκτρολογικού εξοπλισμού υπό ορισμένες συνθήκες καταπόνησης και δια της συνεχούς χειροτέρευσης της αντοχής τους, τα οδηγούν σε καταστροφή της μόνωσης υπό την τάση λειτουργίας. Προκειμένου για στερεά μονωτικά υλικά, οι μερικές εκκενώσεις μπορεί να είναι εξωτερικές, δηλαδή να εκδηλώνονται στην εξωτερική επιφάνεια του μονωτικού, η οποία είναι συνήθως και συνοριακή επιφάνεια με κάποιο άλλο αέριο ή υγρό διηλεκτρικό, ή να είναι εσωτερικές, οπότε συμβαίνουν σε κοιλότητες μικρών διαστάσεων, που έχουν σχηματισθεί μέσα στη μάζα του μονωτικού κατά την κατασκευή του. Όμως, η γήρανση ενός διηλεκτρικού δεν επηρεάζει μόνο την διηλεκτρική αντοχή και την τάση διάσπασής του, αλλά και άλλα χαρακτηριστικά μεγέθη του μονωτικού υλικού, όπως την γωνία απωλειών δ και τον συντελεστή απωλειών εφδ. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσης διπλωματικής εργασίας, είναι ικανό να προβλέψει τα χαρακτηριστικά υγιούς μόνωσης. Δέχεται ως εισόδους τη χωρητικότητα του δοκιμίου C, την παράμετρο ψ (ο λόγος της απόστασης της διεπιφάνειας από την ελεύθερη επιφάνεια του δοκιμίου, ως προς το μήκος του δοκιμίου) που ουσιαστικά καθορίζει τη θέση μιας διεπιφάνειας μέσα στο διάκενο και την τάση δοκιμής. Ως έξοδο, κάνει εκτίμηση του συντελεστή απωλειών εφδ. Σε μία γενική θεώρηση το μοντέλο που αναπτύχθηκε δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να εκτιμήσει σύντομα και αξιόπιστα τα χαρακτηριστικά της υγιούς μόνωσης. Τα δεδομένα του αποτελέσματος είναι άμεσα συγκρίσιμα με αυτά της χρησιμοποιημένης μόνωσης, κατόπιν τούτου δύναται να αποτελέσουν βάση για την εκτίμηση της κατάστασής της. Το μοντέλο που προτείνεται, βασίζεται στις αρχές της ασαφούς λογικής και των νευρωνικών δικτύων και χρησιμοποιεί το νευρoασαφές σύστημα ANFIS. Η ασαφής λογική αποτελεί μια γενίκευση της δίτιμης (Boolean) λογικής. Επιτρέπει εκτός από το «αληθές» (τιμή “1”) και το «ψευδές» (τιμή “0”), και τις ενδιάμεσες τιμές. Έτσι, ένα σύστημα μπορεί να περιγραφεί μέσω ενός συνόλου απλών λεκτικών κανόνων «αν –τότε» το οποίο είναι πιο εύχρηστο και πιο κοντά στην ανθρώπινη λογική. Τα ΤΝΔ είναι δίκτυα που αποτελούνται από μη γραμμικά στοιχεία, τους νευρώνες, οι οποίοι αλληλοσυνδέονται με τέτοιο τρόπο ώστε να επεξεργάζονται τις πληροφορίες ταυτόχρονα. Τα κυριότερο χαρακτηριστικό που καθιστούν τα ΤΝΔ ιδιαίτερα, είναι η εφαρμογή τους σε μη γραμμικό έλεγχο. Άλλα βασικά χαρακτηριστικά που έχουν, είναι η ικανότητα ανεκτικότητας σε βλάβες, το μεγάλο πλήθος πληροφοριών που είναι ικανά να επεξεργαστούν όπως και η αντιμετώπιση περιπτώσεων που δεν έχουν ξανασυναντήσει. Το ακρωνύμιο ANFIS προέρχεται από τις λέξεις adaptive neuro-fuzzy inference system. Χρησιμοποιώντας ένα σύνολο εισόδων / επιθυμητών εξόδων , κατασκευάζουμε ένα σύστημα ασαφούς συλλογιστικής στο οποίο οι παράμετροι των συναρτήσεων συμμετοχής προσαρμόζονται μέσα από τη διαδικασία της μάθησης , χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο της προς τα πίσω διάδοσης του σφάλματος σε συνδυασμό με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Για την ανάπτυξη του μοντέλου, χρησιμοποιήθηκε το toolbox fuzzy logic του Matlab. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε περιλαμβάνει την οργάνωση του δικτύου και των μεταβλητών του, την εκπαίδευση του νευρο-ασαφούς δικτύου και τέλος την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων του. Για την εκπαίδευση του μοντέλου χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις του Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων, Πανεπιστήμιου Πατρών για τα υλικά με την εμπορική ονομασία τερεφθαλικός πολυεστέρας του πολυαιθυλενίου Polyethylene terephthalate (PET) και πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας low density polyethylene, (LDPE).