Κωδικός Μαθήματος

 

Τύπος Μαθήματος

Μικτό - Υποχρεωτικό

Κατηγορία Μαθήματος

ΜΕ

Εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας

Θεωρία

2

Ασκήσεις Πράξης

0

Εργαστήριο

2

Πιστωτικές Μονάδες

Θεωρία

3

Εργαστήριο

2

ΣΥΝΟΛΟ ΔΜ

5

 

Στόχος / Σκοπός μαθήματος

Ο σκοπός του μαθήματος είναι να παρέχει τις απαραίτητες θεωρητικές γνώσεις και την εργαστηριακή πειραματική εξάσκηση για την κατανόηση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς των στερεών, υγρών και αερίων μονωτικών υλικών, με την βοήθεια της θεωρητικής ανάλυσης, της προσομοίωσης και της πειραματικής διερεύνησης του ηλεκτρικού πεδίου, της αντίστασης μόνωσης μονωτικών υλικών και καλωδίων, καθώς και των φαινόμενων Corona, μερικών εκκενώσεων και διάσπασης, σε συνδυασμό με τα γνωστά φαινόμενα της πολικότητας, του διαφράγματος και της γείωσης. Παρέχει επίσης τις απαραίτητες βασικές γνώσεις για τους τρόπους της παραγωγής, χρήσης και μέτρησης των υψηλών τάσεων, καθώς και την ανάλυση της συμπεριφοράς των οδευόντων κυμάτων στις γραμμές μεταφοράς. Παράλληλα με τη θεωρητική και πειραματική εργασία οι σπουδαστές εξασκούνται και στην ανάλυση πεδίων και κυκλωμάτων με προσομοίωση και στη σύγκριση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με τα θεωρητικά και πειραματικά αποτελέσματα.

Ο στόχος του μαθήματος είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με την χρήση και την διερεύνηση των διηλεκτρικών ιδιοτήτων των μονωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται σε όλες σχεδόν τις ηλεκτροτεχνικές κατασκευές, καθώς και των ειδικών διατάξεων παραγωγής και ελέγχου των υψηλών τάσεων. Βοηθάει επίσης τους σπουδαστές να κατανοήσουν τις δυνατότητες των προγραμμάτων προσομοίωσης στην ανάλυση πεδίων και κυκλωμάτων. Μια πρώτη γεύση του Virtualengineering στις υψηλές τάσεις.

Περιγραφή του μαθήματος - Θεωρητικό Μέρος Μαθήματος

Αναγκαιότητα χρήσης των υψηλών τάσεων. Τριφασικά Συστήματα (HVAC) και Διπολικά Συστήματα Συνεχούς Τάσης (HVDC). Διέγερση και ιονισμός των αερίων. Το ηλεκτρικό πεδίο και η ένταση του πεδίου. Ανάλυση πεδίων με προσομοίωση. Βασικές μορφές τάσεων. Ο αέρας σαν μονωτικό υλικό και τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Αλεξικέραυνα. Παραγωγή υψηλών τάσεων (ac, dc, κρουστικές τάσεις). Συστήματα μέτρησης των υψηλών τάσεων. Οδεύοντα κύματα στις γραμμές μεταφοράς. Προσομοίωση οδευόντων κυμάτων.

Παρακάτω ακολουθεί ένα ποιο αναλυτικό περίγραμμα του μαθήματος κατανεμημένο σε δεκατρείς εκπαιδευτικές εβδομάδες :

Εβδομάδα

Π ε ρ ι γ ρ α φ ή

1 η

Η αναγκαιότητα της χρήσης των Yψηλών Tάσεων. Ιστορική αναδρομή.

2 η

Μορφές τάσεων. Υπερτάσεις συστημάτων. Τα φαινόμενα της διέγερσης και του ιονισμού.

3 η

Ηλεκτρικό πεδίο. Ανάλυση πεδίων με Μέθοδο Πεπερασμένων Στοιχείων.

4 η

Ηλεκτρική διάσπαση στα αέρια. Μηχανισμός διάσπασης. Ηλεκτρονικός πολλαπλασιασμός. Καμπύλη Paschen.

5 η

Ηλεκτρικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Κεραυνοί.

6 η

Βασικά μεγέθη κεραυνών. Δευτερογενή αποτελέσματα κεραυνών. Αλεξικέραυνα.

7 η

Μονωτικά αέρια. Το SF6.

Τεστ προόδου.

8 η

Ηλεκτρική διάσπαση υγρών και στερεών μονωτικών. Μερικές εκκενώσεις.

9 η

Παραγωγή Υψηλών Τάσεων. Φαινόμενο Ferranti.

10 η

Πολυβάθμιες διατάξεις παραγωγής Υψηλών Τάσεων. Διατάξεις Cockroft, Marx, Van de Graaf, μετασχηματιστής Tesla.

11 η

Μετρήσεις Υψηλών Τάσεων. Μετασχηματιστές, Σπινθηριστές, Ηλεκτροστατικά Βολτόμετρα.

12 η

Καταμεριστές τάσεων.

13 η

Οδεύοντα κύματα.

 

Εργαστηριακό Μέρος Μαθήματος

Το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος περιλαμβάνει μετρήσεις της διηλεκτρικής συμπεριφοράς (Corona και διάσπαση) και των διηλεκτρικών ιδιοτήτων μονωτικών υλικών (αντίσταση μόνωσης, διηλεκτρική αντοχή, γωνία απωλειών), καθώς και συνδεσμολογίες διατάξεων πολλαπλασιασμού τάσης και διατάξεων παραγωγής κρουστικής τάσης, όπως επίσης και διατάξεις παραγωγής και μέτρησης υψηλών τάσεων.

Ακολουθεί αναλυτικό περίγραμμα του εργαστηρίου κατανεμημένο σε δεκατρείς εκπαιδευτικές εβδομάδες :

Εβδομαδιαίο πρόγραμμα

Εβδομάδα

Π ε ρ ι γ ρ α φ ή

 

Μέρος 1ο. Δοκιμές σε μονωτικά υλικά

1 η

Διερεύνηση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς διακένων αέρα σε Σ.Τ.

2 η

Μέτρηση της διηλεκτρικής αντοχής διακένων αέρα σε Ε.Τ.

3 η

Μέτρηση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς στερεών μονωτικών.

4 η

Επιφανειακή διάσπαση, γωνία απωλειών.

5 η

Μέτρηση της αντίστασης μόνωσης καλωδίων και μονωτήρων.

6 η

Μέτρηση της διηλεκτρικής αντοχής μονωτικών λαδιών.

7 η

Μετρήσεις με κρουστικές τάσεις.

 

Μέρος 2ο. Διατάξεις παραγωγής και μέτρησης Υψηλών Τάσεων

8 η

Εργαστηριακή άσκηση. Διατάξεις πολλαπλασιασμού της τάσης.

9 η

Μέτρηση της κατανομής της τάσης σε αλυσοειδή μονωτήρα.  

10 η

Διατάξεις παραγωγής κρουστικών τάσεων.

11 η

Μετασχηματιστής Tesla. Γεννήτρια Van deGraaf.

12 η

Παρατήρηση και καταγραφή μερικών εκκενώσεων σε στερεά μονωτικά και στον αέρα (κορόνα).

13 η

Γραπτά τεστ, εκπαιδευτική επίσκεψη σε εγκαταστάσεις Υψηλών Τάσεων.

 

Αναμενόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Μετά το τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση :

  • Να γνωρίζουν την αναγκαιότητα της χρήσης των υψηλών τάσεων και τις βασικές εφαρμογές τους.
  • Να κατανοούν την έννοια του ηλεκτρικού πεδίου και τον τρόπο επίδρασης της έντασης του πεδίου στην αντοχή των μονωτικών υλικών.
  • Να κατανοούν τη διηλεκτρική συμπεριφορά των μονωτικών υλικών (Corona, μερικές εκκενώσεις και διάσπαση).
  • Να έχουν τη δυνατότητα να μετρούν την αντίσταση μόνωσης μονωτικών υλικών, συσκευών και καλωδίων .
  • Να έχουν τη δυνατότητα να υπολογίζουν και να ελέγχουν τις απώλειες μόνωσης.
  • Να έχουν τη δυνατότητα να παράγουν υψηλές τάσεις με απλές διατάξεις.
  • Να έχουν τη δυνατότητα να μετρούν υψηλές τάσεις με ειδικά ή απλά όργανα και ειδικές διατάξεις.
  • Να γνωρίζουν τη συμπεριφορά των οδευόντων κυμάτων στις γραμμές μεταφοράς.

Προσόντα και ειδικότητα του εκπαιδευτικού που απαιτούνται για την εφαρμογή και την επίτευξη των μαθησιακών στόχων του μαθήματος : Κατάλληλη εκπαιδευτική, ερευνητική, επιστημονική, επαγγελματική εμπειρία στο γνωστικό αντικείμενο της Τεχνολογίας Υψηλών Τάσεων.

Διδακτικά βοηθήματα

  1. Μαγλαρας Α. «Τεχνολογία Υψηλών Τάσεων», Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας, 2010
  2. KuffelE., ZaenglW. Z., and Kuffel J., “High voltage engineering, fundamentals”, Newnes, Oxford, UK, 2000.
  3. KuffelE., ZaenglW. Z., and Kuffel J «Υψηλέςτάσεις», ΕκδόσειςΤζιόλα, Αθήνα, 2008
  4. Naidu M. S. and Kamaraju V., “High voltage engineering”, McGraw Hill, New York, USA, 1996.
  5. KhalifaM., “Highvoltageengineering, theoryandpractice”, MarcelDekkerinc., NewYork, USA, 1990.
  6. Maglaras A., Topalis F. V., “Influence of Ground and Corona Currents on Dielectric Behaviour of Small Air Gaps”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul, Vol. 16, No 1, pp. 32-41, 2009.
  7. Maglaras A., Topalis F. V.,“The Influence of the Grounding of the Electrodes and the Corona Current to the Dielectric Behavior of the Air Gaps” Int. Conf. Med Power 08, Thessalonica, 2008.
  8. Leandros A. Maglaras, Athanasios L. Maglaras,Frangiskos V. Topalis “The influence of the Effect of Grounding and Corona Current to the Field Strength the Corona Onset and the Breakdown Voltage of Small Air Gaps”, WSEAS TRANSACTIONS on POWER SYSTEMS, Issue 1, Volume 3, January 2008, ISSN: 1790-5060.
  9. Maglaras A., Maglaras L. and Giannakopoulou K., “Influence of the Electric Field Inhomogeneity, the Voltage Polarity and the Electrode Grounding on the Dielectric Behavior of Small AirGaps” 3nd Intern. Conf. Experiments, Process, System Modeling, Simulation & Optimization (3nd EpsMsO), Athens, 2009.