polydiagno 1 νικος · 2015-12-16 · Όξινη βροχή (Αποσύνθεση του...

Έλεγχος και αξιολόγησηΈλεγχος και αξιολόγηση συνθετικών μονωτήρωνΜεθοδολογία και τεχνικές

Νίκος ΜαυρικάκηςΕργαστήριο Ενεργειακών και Φωτοβολταϊκών Συστημάτων

έ ψ λώ ά

Κυριάκος ΣιδεράκηςΕργαστήριο Ενεργειακών και Φωτοβολταϊκών Συστημάτων

έ ψ λώ ά

Διονύσιος ΠυλαρινόςΔιεύθυνση Διαχείρισης Νησιών

ΔΕΔΔΗΕ Α.Ε.Τομέας Υψηλών Τάσεων

ΤΕΙ Κρήτης

Εμμανουήλ Κουδουμάς

Τομέας Υψηλών Τάσεων ΤΕΙ Κρήτης

Νίκος Κατσαράκης Εμμανουήλ ΘαλασσινάκηςΕμμανουήλ ΚουδουμάςΚέντρο Τεχνολογίας Υλικών &

Φωτονικής, ΤΕΙ Κρήτης

Νίκος ΚατσαράκηςΚέντρο Τεχνολογίας Υλικών &

Φωτονικής, ΤΕΙ Κρήτης

Εμμανουήλ ΘαλασσινάκηςΔιεύθυνση Διαχείρισης Νησιών

ΔΕΔΔΗΕ Α.Ε.

P��

Υλικά κατασκευής συνθετικών μονωτήρων Δομή συνθετικού μονωτήρα ανάρτησης Μεταλλικά άκρα (Hot dip galvanized cast iron) Μεταλλικά άκρα (Hot dip galvanized cast iron) Συνθετικός πυρήνας (Fiber glass reinforced plastic) Πολυμερικό περίβλημαΠολυμερικό περίβλημα

• 1940 bisphenol epoxy resins• 1950 cycloaliphatic epoxy

1975 th l l bb• 1975 ethylene propylene rubber• 1976 silicone rubber• 1986 ethylene propylene monomer• 1989 ethylene propylene diene monomer• Other materials: alloys of EPDM and

SIR, ethylene vinyl acetate, cycloaliphaticSIR, ethylene vinyl acetate, cycloaliphatic and aromatic epoxy resins, high density polyethylene, polytetrafluroethylene, polyurethenehene

• Nowadays: silicone rubber with additives

Νικόλαος ΜαυρικάκηςΕργαστήριο Ενεργειακών και ΦΒ Συστημάτων

Τομέας Υψηλών Τάσεων

P��

Χρήση των συνθετικών μονωτήρων Πλεονεκτήματα Χρήση σε ρυπασμένο περιβάλλον (Υδροφοβία) Χρήση σε ρυπασμένο περιβάλλον (Υδροφοβία) Ευκολότερη εγκατάσταση, μεταφορά (Μικρό βάρος) Δεν απαιτείται συντήρηση (Πλύσιμο)Δεν απαιτείται συντήρηση (Πλύσιμο)

Μειονεκτήματα Αστοχία (1η γενιά μονωτήρων)Αστοχία (1η γενιά μονωτήρων) Γήρανση Δύσκολη διάγνωση λειτουργικής κατάστασηςΔύσκολη διάγνωση λειτουργικής κατάστασης



P��

Γήρανση των συνθετικών μονωτήρων Παράγοντες Περιβαλλοντικοί (Ηλιακή Περιβαλλοντικοί (Ηλιακή

ακτινοβολία, αέρας, χιόνι, υγρασία, θερμοκρασία)μοκρασία)

Ρύπανση (Αγροτική, βιομηχανική δραστηριότητα, περιβαλλοντική)δραστηριότητα, περιβαλλοντική)

Όξινη βροχή (Αποσύνθεση του πολυμερούς)μ ρ ς)

Ηλεκτρικές εκκενώσεις (corona, ξηρές ζώνες)ζ ς)

Απρόβλεπτοι παράγοντες (πτηνά, τρωκτικά)



P��

Γήρανση συνθετικών μονωτήρων Καταγεγραμμένα σφάλματα μονωτήρων (Δίκτυο 150kV

Κρήτης)Κρήτης)

ΚατεστραμμέναΚατεστραμμένα πτερύγια(Επίθεση από πτηνά)

ΑποχρωματισμόςΔιάβρωση

μεταλλικών άκρων

( η η )

Έντονη ρύπανση



P��

χρ μ μ ς μ ρ

Διαγνωστικές τεχνικές

Στο πεδίο (Cigre TB 545, WG B2.21, 2013) Οπτική επιθεώρηση και μέτρηση υδροφοβίας (EPRI & STRI guides) Οπτική επιθεώρηση και μέτρηση υδροφοβίας (EPRI & STRI guides) Υπέρυθρη θερμογραφία Χρήση κάμερας UVΧρήση κάμερας UV Μέτρηση ηλεκτρικού πεδίουΠλεονέκτημα:• Αξιολόγηση κατά την κανονική λειτουργία του μονωτήρα χωρίς να

απαιτείται διακοπή ρευματοδότησης

Στο εργαστήριο (Cigre TB 481, WG B2.21, 2011) Αναλύσεις υλικών (material analysis) Μετρήσεις μονωτικής ικανότητας (electrical testing) Μετρήσεις μηχανικής αντοχής (mechanical testing) Αξιολόγηση φυσικών και χημικών ιδιοτήτων (πχ υδροφοβία) Αξιολόγηση φυσικών και χημικών ιδιοτήτων (πχ υδροφοβία)Πλεονέκτημα:• Αξιόπιστα αποτελέσματα για την κατάσταση του υλικού



P��

Αξιόπιστα αποτελέσματα για την κατάσταση του υλικού

Διαγνωστικές τεχνικές

1.1. Insulator Sampling

2.Field Inspection Field D i i

A. Visual Observation

B. Hydrophobicity Classification

Decisions

3. Laboratory Inspection

Observation Classification

Laboratory Decisions

A. Electrical Analysis

B. Physical Analysis

C. Material Analysis

Decisions

Evaluation



P��

Μεθοδολογία

IESL FORTH



P��

Δείγματα Νέοι μονωτήρες

• SIR Μονωτήρες Μονωτήρες Δικτύου

ήρ ς

• SIR & EPDM Μονωτήρεςήρ ς• 10 – 21 έτη λειτουργίας• Διάφορες γραμμές μεταφοράς• Περιβαλλοντικές συνθήκες• Περιβαλλοντικές συνθήκες

Υψηλές θερμοκρασίες Ισχυροί Άνεμοι Ισχυροί Άνεμοι Παράκτια και αγροτική ρύπανση

150kV Cretan High Voltage Network



P��

ΔΕΔΔΗΕ



P��

ΤΕΙ Κρήτης Τεχνητή γήρανση

Inclined plane test (IEC 60587) Inclined plane test (IEC 60587)Dynamic drop test (Cigre TB 442, WG D1.14, 2010)Corona test (Cigre TB 442 WG D1 14 2010)Corona test (Cigre TB 442, WG D1.14, 2010)

Διαγνωστικές Τεχνικέςή θ ώ ( & id )Οπτική επιθεώρηση (EPRI & STRI Guides)

Υδροφοβία (IEC 62073)Α άλ λ ώ (Ci 595 WG D1 27 2014)Ανάλυση υλικών (Cigre 595, WG D1.27, 2014)

• Fourier Transform Infrared Spectroscopy• Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy• Energy Dispersive X-Ray Analysis



P��


Inclined plane test Inclined plane test



P��


Inclined plane test Έλ5

6

14

16

18

20

s (m

A)

Inclined plane test Έλεγχος1) Τάση 2) Ροή αγώγιμου

2

3

4

8

10

12

14

Volta

ge (k

V)

e cu

rren

t rm

s

Min. CurrentM C t

διαλύματος

Μετρήσεις

0

1

2

0

2

4

6 V

Leak

age Max. Current

Average CurrentVoltage

(b)

Μετρήσεις1) Ρεύματα διαρροής2) Θερμοκρασία3) Απώλεια μάζας0 5000 10000 15000 20000

Time (sec)3) Απώλεια μάζας4) Μέγιστο βάθος

διάβρωσης

Αποτελέσματα1) Καθοριστικής

σημασίας η προσθήκηATH



P��


Dynamic drop test Dynamic drop test

1 2 3 4

344

1, 2



P��


Corona test Corona test



P��

ΤΕΙ Κρήτης Διαγνωστικές τεχνικές

Οπτική επιθεώρηση Δ άβ / φή Οπτική επιθεώρηση • Διάβρωση/ καταστροφή μεταλλικών άκρων

• Ρύπανση πολυμερικούΡύπανση πολυμερικούπεριβλήματος

• Αποχρωματισμόςλ ύπολυμερικού

περιβλήματος



P��


Υδροφοβία Υδροφοβία

• Καθαρισμός δειγμάτωνΨεκασμός (Spray test)

• Πριν τον καθαρισμό του μονωτήρα

Γωνία επαφής (Contact Angle)

• Σταγόνες νερού ~10μlεφαρμόζονται στην επιφάνειατων δειγμάτων

• Πριν τον καθαρισμό του μονωτήρα• Κατηγοριοποίηση της υδροφοβίας αναλόγως του σχηματισμού των

HC 1 HC 2

των δειγμάτων• Μέτρηση της στατικής γωνίαςεπαφής

γ ς χημ μσταγόνων νερού στην επιφάνεια του μονωτήρα μετά τον ψεκασμό

επαφής• 7 Κλάσεις υδροφοβίας

(HC1 υδρόφοβη– HC 7 υδρόφιλη)HC 3 HC 4

HC 5 HC 6



P��


Υδροφοβία Υδροφοβία

• Καθαρισμός δειγμάτωνΨεκασμός (Spray test)

• Πριν τον καθαρισμό του μονωτήρα

Γωνία επαφής (Contact Angle)

• Σταγόνες νερού ~10μlεφαρμόζονται στην επιφάνειατων δειγμάτων

• Πριν τον καθαρισμό του μονωτήρα• Κατηγοριοποίηση της υδροφοβίας αναλόγως του σχηματισμού των των δειγμάτων

• Μέτρηση της στατικής γωνίαςεπαφής

γ ς χημ μσταγόνων νερού στην επιφάνεια του μονωτήρα μετά τον ψεκασμό

επαφής• 7 Κλάσεις υδροφοβίας

(HC1 υδρόφοβη– HC 7 υδρόφιλη)



P��


Υδροφοβία ‐ Αποτελέσματα Υδροφοβία ‐ ΑποτελέσματαSpray test

• Υδρόφοβα δείγματα> 90o.ό ί

Contact angle

• Υδρόφιλα δείγματα< 90o.

Υδρόφοβη σ ερ φοράΥδρόφοβη συμπεριφορά

Υδρόφιλη συμπεριφοράΝικόλαος Μαυρικάκης

Εργαστήριο Ενεργειακών και ΦΒ ΣυστημάτωνΤομέας Υψηλών Τάσεων

P��

ρ φ η μ ρ φ ρ

ΤΕΙ Κρήτης



P��


Υδροφοβία –Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας

Aνάδυση των LMW στοιχείων πάνω από την ρυπασμένη επίστρωση:

Υδροφοβία Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας

από την ρυπασμένη επίστρωση:• Εξάτμιση (Evaporation)• Διάχυση (Diffusion)• Προσρόφηση (Adsorption)

Σχήμα:

Στοιχεία χαμηλού μοριακού βάρους

Σχηματισμός μέσω: • Γραμμικά• ΚυκλικάΣύ έ λ ά

χημ μ ς μ• Διαδικασία της σύνθεσης του πολυμερούςΓήρανσης Σύσταση σε νέα υλικά:

• 3% σε SIR μονωτήρες• 5% σε επικαλύψεις

• Γήρανσης



P��

5% σε επικαλύψεις


Υδροφοβία –Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας

Aνάδυση των LMW στοιχείων πάνω από την ρυπασμένη επίστρωση:

Υδροφοβία Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίαςΡυπασμένο SIR δείγμαΚαθαρό SIR δείγμα

από την ρυπασμένη επίστρωση:• Εξάτμιση (Evaporation)• Διάχυση (Diffusion)• Προσρόφηση (Adsorption)

Σχήμα:

Στοιχεία χαμηλού μοριακού βάρους

Σχηματισμός μέσω: • Γραμμικά• ΚυκλικάΣύ έ λ ά

χημ μ ς μ• Διαδικασία της σύνθεσης του πολυμερούςΓήρανσης Σύσταση σε νέα υλικά:

• 3% σε SIR μονωτήρες• 5% σε επικαλύψεις

• Γήρανσης



P��

5% σε επικαλύψεις


Υδροφοβία –Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας Υδροφοβία Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας30%70%

ίΜείγμα ρύπανσης

SiO2 (grain size 3 μm) H2OSiO2 (grain size 3 μm)

ύ έΠάχος επίστρωσης ~0.5mm

Δείγμα μονωτήρα(1 cm x 1 cm x 5 mm)

Ελαφρύ πινέλο



P��


Υδροφοβία –Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας Υδροφοβία Μέτρηση της μεταφοράς της υδροφοβίας

140NEW SIR (A)

G ( )

80

100

120

degrees)

FIELD AGED EPDM (B)FIELD AGED SIR (C )

40

60

80

ontact Angle (d

0

20

0 5 10 15 20 25 30

Co

0 5 10 15 20 25 30Time (Hours )

• Διαφορετική συμπεριφορά της μεταφοράς της υδροφοβίας στους SIR και EPDM μονωτήρες.

• Μεγαλύτερη ταχύτητα μεταφοράς της υδροφοβίας στους νέους παρά στους γηρασμένους μονωτήρες στο πεδίο



P��

γηρασμένους μονωτήρες στο πεδίο.


Ανάλυση Υλικών ‐FTIR Ανάλυση Υλικών ‐FTIREPDM [8, 14, 16, 27] SIR [8, 14, 18, 28]

WavenumB d

WavenumB d

0 .5

0 .6 S 1 S 2 S 3

In s u la to r A

0.08 S1S2

INSULATOR A: SURFACE MATERIAL EPDMber (cm‐1)

Bondber (cm‐1)

Bond

727 ‐(CH2)n‐, n>5 700 Si‐ of Si‐(CH3)3

833 (C=C) 840‐790Si‐O of O‐Si(CH3)2‐

0 2

0 .3

0 .4

S 4 S 5 B u lk

Abso

rban

ce

0.00

0.04

S2 S3 S4 S5 BULK

Abs

orba

nce

833 (C=C) 840‐790O

1020 ATH filler 855‐800 Si‐(CH3)21261 C‐O stretch 870‐850 Si‐O of O‐Si(CH3)31377 CH t i b d 1100 1000 Si O Si

0 .0

0 .1

0 .2A

1800 1700 1600 1500Wavenumber (cm-1)

1377 CH3 symmetric bend 1100‐1000 Si‐O‐Si

1465CH3 asymmetric

bend1270‐1255 Si‐CH3

1557/1567 O=C‐O groups1440 1410

CH in CH30.12

S1 S2 S3S4

INSULATOR B: SURFACE MATERIAL

4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0W a v e n u m b e r (c m -1)

1 .0

1 .2 S 1 S 2 S 3 S 4S 5

In s u la to r B

(a)

SIR/ g p1440‐1410

CH in CH3

(bending)1735‐1745 C=O

2850/2917CH2

symmentric/asymm 2962‐2960CH in CH3

(stretching) 000

0.06

S4 S5 BULK

Abso

rban

ce

0 .4

0 .6

0 .8S 5

B u lk

Abs

orba

nce

etric bend(stretching)

1200‐3700 OH stretch 3700‐1200OH from ATH and

Si‐OH

1800 1700 1600

0.00

Wavenumber (cm-1)

4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0

0 .0

0 .2

W a v e n u m b e r (c m -1)(b)



P��

W a v e n u m b e r (c m ) (b)


Ανάλυση Υλικών ‐SEM Ανάλυση Υλικών ‐SEM• SEM & EDX : Διερεύνηση των μορφολογικών και στοιχειακών μεταβολώντου πολυμερικού περιβλήματος των μονωτήρων,αντιστοίχως.μ ρ ρ β ήμ ς μ ήρ , χ ς

• Τα δείγματα επιστρώθηκαν με χρυσό πάχους ~10nm.• Εκτίμηση βάθους διερεύνησης των δειγμάτων με EDX περίπου στα 6 μm.



P��


Ανάλυση Υλικών ‐EDX Ανάλυση Υλικών ‐EDX150,00

50 00

100,00N8

N12

N13

0,00

50,00 N13

N14

N15

N16

‐50,00

C O Al SiN17

N18

‐100,00

• EPDM δείγματα μεγαλύτερη μεταβολή της στοιχειακής τους σύστασης.• Tα αποτελέσματα έδειξαν την οξείδωση ως βασικό μηχανισμό γήρανσης.



P��

μ ξ η ξ η ς β μηχ μ γήρ ης

ITE Διαγνωστικές τεχνικές

Ανάλυση Υλικών ‐ LIBS Ανάλυση Υλικών ‐ LIBS



P��

Αποτελέσματα ‐ Δημοσιεύσεις- D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis,"Comparative Investigation of Silicone Rubber Composite and Room Temperature Vulcanized Coated Glass Insulators

Installed in Coastal Overhead Transmission Lines", IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol. 31, No. 2, pp. 23-29, 2015.- N. Mavrikakis, I. Androulidakis, D. Pylarinos, K. Siderakis, "A Labview Based Leakage Current Monitoring System For HV Insulators", Journal of Engineering

Science and Technology (accepted).- N. Mavrikakis, P.N Mikropoulos and K. Siderakis, “Condition assessment of field-aged 150kV composite suspension insulators”, IEEE Transactions on Dielectrics

and Electrical Insulation (review).

- N. Mavrikakis, M. Kapellakis, D. Pylarinos, K. Siderakis, "A Novel Autonomous Monitoring System for Distributed Leakage Current Measurements on Outdoor High Voltage Insulators", 10th International Conference on Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, pp. 75-79, Budapest, Hungary, September 24-25 201525, 2015.

- N. Mavrikakis, K. Siderakis, P.N. Mikropoulos, N. Katsarakis, “Condition assessment of a field-aged 150 kV HTV SIR suspension insulator following flashover”, 19th International Symposium on High Voltage Engineering, Pilsen, Czech Republic, August, 23 – 28, 2015.

- N. Mavrikakis, K. Siderakis, D. Kourasani, M. A. Pechynaki, E. Koudoumas, “Hydrophobicity transfer mechanism evaluation of field aged composite insulators”, 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electric Drives, Riga, Latvia, May 11-13, 2015.

- N. Mavrikakis, K. Siderakis, D. Pylarinos, E. Koudoumas, "Assessment of Field Aged Composite Insulators Condition in Crete", 9th International Conference on D l t d El t i it M k t I i S th E t E Ni i C 25 26 S t b 2014Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, Nicosia, Cyprus, 25-26 September, 2014.

- N. Mavrikakis, K.Siderakis, E. Koudoumas, " Assessment diagnostics of the functionality of composite insulators operating in the 150kV power network of Crete", 30th Panhellenic Conference on Solid-State Physics and Materials Science, Heraklion, Crete, Greece, 21-24 September, 2014.

- N. Mavrikakis, K. Siderakis, P. N. Mikropoulos, "Laboratory Investigation on Hydrophobicity and Tracking Performance of Field Aged Composite Insulators", 49th International Universities' Power Engineering Conference (UPEC), Cluj-Napoca, Romania, 2-5 September 2014.

- D.Pylarinos, N. Mavrikakis, K. Siderakis, E. Thalassinakis, "R&D in TALOS High Voltage Test Station: A Distributed Approach on Insulator Monitoring Systems", 3rd Panhellenic Conference on Electronics and Telecommunications, Ioannina, Greece, May 8-9, 2015.

- D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Thalassinakis, “R&D in TALOS High Voltage Test Station-Assessing aging and performance of polymer insulators”, 13th International Conference on Circuits, Systems, Electronics, Control & Signal Processing (CSECS '14), Lisbon, Portugal, October 30-November 1, 2014.

- D. Pylarinos, K. Siderakis, E. Koudoumas, E. Thalassinakis, "Polymer Insulators and Coatings in the Cretan Power System. The Transmission Line Case", 9th M dit C f P G ti T i i Di t ib ti d E C i Ath G 2 5 N b 2014Mediterranean Conference on Power Generation, Transmission Distribution and Energy Conversion, Athens, Greece, 2-5 November, 2014.

- D. Pylarinos, K. Siderakis, N. Mavrikakis, E. Thalassinakis, "Mapping HV Insulators’ Pollution in the Mediterranean Island of Crete", 9th International Conference on Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, Nicosia, Cyprus, 25-26 September, 2014.

- D. Pylarinos, K. Siderakis, I. Pellas, E. Thalassinakis, “Assessing Pollution of Outdoor Insulators in the Cretan Power System”, 18th International Conference on Circuits, Systems, Communications and Computers (CSCC 2014), Santorini, Greece, July 17-21, 2014.Available in "Advances in Environmental Sciences, Development and Chemistry", pp. 67-72, 2014, ISBN: 978-1-61804-239-2, p y , pp , ,

- R. Znaidi, "Expanded Test Station Helps Greek Power System Operator Assess Insulator Design & Performance", INMR, Issue 107, Q1, pp. 54-67, 2015- R. Znaidi, "Co-operation with Local Academia Delivers Benefits for Greek Power Utility", INMR, Issue 107, Q1, pp. 96-99, 2015



P��

Συμπεράσματα• Αξιολόγηση της κατάστασης των μονωτήρων του εναέριου δικτύου μεταφοράς

ηλεκτρικής ενέργεια 150 kV μέσω:ηλεκτρικής ενέργεια 150 kV μέσω: • Οπτικής επιθεώρησης• Μετρήσεων υδροφοβίας

Ηλ ώ ή ( ύ δ ή )• Ηλεκτρικών μετρήσεων (ρεύματα διαρροής)• Ανάλυση υλικών

• Αποτελέσματα: μΥποβάθμιση του πολυμερικού περιβλήματος :• Μορφολογικές αλλοιώσεις• Απώλεια υδροφοβίας• Απώλεια υδροφοβίας• Αυξημένων ρευμάτων διαρροής• Μεταβολής της δομής του υλικού

• Μη καταστρεπτική• Εξ’ αποστάσεως

• Πλεονεκτήματα νέας διαγνωστικής τεχνικής LIBS:

Εξ αποστάσεως• Δεν απαιτείται διακοπή της ηλεκτροδότησης• Αξιόπιστη



P��

Μελλοντικές εργασίες

• Κατασκευή ανορθωτικής διάταξης, δοκιμές DC.Κατασκευή αισθητήρα μέτρησης ρευμάτων διαρροής και μετάδοση• Κατασκευή αισθητήρα μέτρησης ρευμάτων διαρροής και μετάδοση δεδομένων με χρήση οπτικής ίνας.

• Σχεδιασμός αυτόνομου φορητού συστήματος επιτήρησης της χ μ ς μ φ ρη ήμ ς ήρη ης ηςλειτουργικής κατάστασης των μονωτήρων.

• Μετρήσεις σε μονωτήρες 21 kV εκτός 150 kV.

Ευχαριστώ για την προσοχή σας !!!!



P��

polydiagno 1 νικος · 2015-12-16 · Όξινη βροχή (Αποσύνθεση του...

Documents

Transcript of polydiagno 1 νικος · 2015-12-16 · Όξινη βροχή (Αποσύνθεση του...