Βιβλιογραφική Ανασκόπιση Σχετικά Με Τη Διάρκεια Ζωής Του Ηλεκτρολογικού Εξοπλισμού

Abstract

Ως μέρος της τεχνικής διαχείρισης πόρων, έχει αναπτυχθεί μια πλεονεκτική μέθοδος με σκοπό την αξιολόγηση της διάρκειας ζωής των ηλεκτρικών μερών.Η τυπική παλαίωση στα μονωτικά υλικά των ηλεκτρικών μερών συχνά συνεισφέρει στην αποτυχία λόγω παρουσίας εκφυλιστικών φόρτων, όπως οι ηλεκτρικοί, θερμικοί, μηχανικοί και περιβαλλοντολογικοί φόρτοι. Άρα οι διαδικασίες παλαίωσης μεταφέρονται σε ένα ισόβιο μοντέλο, το οποίο αντιπροσωπεύεται από το μοντέλο αντίστροφης ισχύος και το μοντέλο Arrhenius. Στους υπολογισμούς αξιοπιστίας, εφαρμόζεται το πολύ-μοντέλο από τα ισόβια και τα πιθανολογιστικά μοντέλα για να αποδώσει αποτελεσματικές προβλέψεις για την διάρκεια ζωής, την πιθανότητα αποτυχίας και τον ρυθμό αποτυχίας των ηλεκτρικών μερών.Η υπολογιστική μέθοδος έχει περιγραφεί για τα δίκτυα διανομής πυκνότητα πιθανότητας αποτυχίας έχει υπολογιστεί και συγκριθεί με τις πληροφορίες από τις ειδικές στατιστικές αποτυχίας. Αυτά τα αποτελέσματα αποδεικνύουν την πιστότητα των προτεινόμενων μοντέλων αλλά και της μεθόδου υπολογισμού. Μπορεί να υπολογιστεί ο αυξανόμενος ρυθμός αποτυχίας των ασφαλειοδιακοπτών λόγω του φαινομένου της παλαίωσης. Αυτό αποδεικνύει ότι όλες οι μελλοντικές αποτυχίες προκαλούνται και η μείωση της αξιοπιστίας είναι πολύ απότομη. Με τον μειωμένο φόρτο και τις χαμηλές θερμοκρασίες οι ρυθμοί αποτυχίας είναι χαμηλότεροι για τους αγωγούς και τους μετασχηματιστές. Μπορούμε να συμπεράνουμε από τις συμπεριφορές αποτυχίας των εναέριων γραμμών και καλωδίων ότι οι αποτυχίες είναι κυρίως τυχαία γεγονότα, των οποίων οι ρυθμοί αποτυχίας είναι σταθεροί. Η αποτίμηση των υπολογισμένων αποτελεσμάτων για τα ηλεκτρικά μέρη μπορεί να θεωρηθεί ως αντικειμενική απόδειξη ότι οι απαιτήσεις αξιοπιστίας των ηλεκτρικών μερών θα ικανοποιούνται από τις προτεινόμενες τεχνικές παραμέτρους και τις κατάλληλες δραστηριότητες συντήρησης. Μ’ αυτό τον τρόπο είναι δυνατόν να εκτιμηθεί η αξιοπιστία των ηλεκτρικών μερών και να αξιολογηθούν τα ηλεκτρικά συστήματα ισχύος με λογικές και ακριβείς πληροφορίες.Η διάρκεια ζωής των ηλεκτρομονωτικών υλικών βρίσκεται σε αδήριτη εξάρτηση με τα φαινόμενα γήρανσης. Η τελευταία αποτελεί γεγονός όταν μία σειρά από πιέσεις (θερμικές, ηλεκτρικές, ακτινοβολία, κ.α.) ή πολλαπλοί συνδυασμοί αυτών ασκούνται στις μονώσεις. Για να εξετάσουμε την αντοχή και τα όρια του μονωτικού εξοπλισμού καταφεύγουμε στα πειράματα επιταχυνόμενης γήρανσης, τα οποία όμως ως επί το πλείστον γίνονται σε συνθήκες υψηλών πιέσεων και όχι λειτουργικών. Υπάρχουν δύο κύρια είδη μοντέλων διάρκειας ζωής: μεμονωμένων και πολλαπλών πιέσεων, που έχουν τις βάσεις τους βασικά σε εμπειρικά στοιχεία αλλά και στις Eyring και Arrhenious σχέσεις. Η αναγωγή των πειραματικών δεδομένων γίνεται μέσω της στατιστικής και των πιθανοτήτων κατανομής. Επίσης, με αρωγούς τις στατιστικές τεχνικές υπολογίζονται οι παράμετροι και οι σταθερές των μοντέλων διάρκειας ζωής. Φυσικά, το όχι και τόσο μεγάλο θεωρητικό υπόβαθρο των προτεινόμενων μοντέλων και η υψηλή μεταβλητότητα που χαρακτηρίζει τη διάρκεια ζωής, απαιτούν τη διαρκή και πιο επίπονη μελέτη των παρουσιαζόμενων φαινομένων.Τα πειράματα γήρανσης αποτελούν πολύτιμα εργαλεία για να κατανοήσουμε την διαδικασία γήρανσης, να προβλέψουμε τη διάρκεια ζωής των μονωτικών υλικών και να επιλέξουμε τα πιο κατάλληλα εξ' αυτών. Φυσικά, η μελέτη της γήρανσης και της συμπεριφοράς της μόνωσης είναι ένα θέμα πολύ μεγάλου ενδιαφέροντος για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς. Βέβαια, χρειάζεται ακόμη αρκετό θεωρητικό υπόβαθρο για να εδραιωθούν οι προτεινόμενες μέθοδοι και μοντέλα να βελτιωθούν. Υπάρχουν δύο βασικές μέθοδοι που επιτυγχάνουμε τα πειράματα γήρανσης (επιταχυνόμενης): κάτω από μεμονωμένη πίεση και από πολλαπλές πιέσεις. Στην περίπτωση, της μεμονωμένης πίεσης, είτε θερμικής, είτε ηλεκτρικής υπάρχει μία σχετική απλότητα στα πειράματα, στην ανάλυση των δεδομένων και στην ανάπτυξη εμπειρικών σχέσεων. Όταν έχουμε πολλαπλές πιέσεις, η πολυπλοκότητα αυξάνει, γι' αυτό και συνήθως αποφεύγεται η ηλεκτρική και θερμική πίεση ταυτόχρονα. Οι εμπειρικές εκφράσεις που περιγράφουν τότε τη γήρανση παίρνονται από μεμονωμένης πίεσης πειράματα και περιλαμβάνει το μοντέλο της αντιστρόφου δύναμης και το εκθετικό μοντέλο για την ηλεκτρική πίεση και την Arrhenious σχέση του εκθετικού χαρακτήρα για τη θερμική πίεση. Γενικά τα περισσότερο σημαντικά μοντέλα διάρκειας ζωής που δόθηκαν παραπάνω, παρουσιάζουν μία σημαντική ομοιότητα μεταξύ τους σχετικά με το τρόπο που προσεγγίζουν την ικανότητα των υλικών να αντέξουν στην γήρανση. Ουσιαστικά, θεωρούνται εμπειρικές φόρμουλες που βασίζονται σε πειραματικά δεδομένα, με μικρή ή μηδαμινή θεωρητική βάση, χωρίς καμία φυσική εξήγηση της διαδικασίας γήρανσης που περιγράφουν. Εξαίρεση, βέβαια αποτελούν τα μοντέλα που βασίζονται στη σχέση Eyring και Arrhenious για την ηλεκτρική και θερμική γήρανση αντίστοιχα. Η παρουσία του κατωφλιού (threshold) σε διάφορα μοντέλα, εξηγώντας παρατεταμένες διάρκειες ζωής στα χαμηλά πεδία, κάνει την αναγωγή των αποτελεσμάτων πιο αξιόπιστη. Οι περισσότερες διαφορές μεταξύ των μοντέλων εστιάζεται κυρίως στην επεξήγηση των σταθερών τους τόσο στους εκθετικούς τύπους, όσο και στο τύπο της αντίστροφης δύναμης. Τα μοντέλα που στηρίζονται στη θερμοδυναμική προσέγγιση ξεχωρίζουν, αφού εξηγούν τη διαδικασία της γήρανσης μέσω φυσικών εννοιών, παρά βασιζόμενα σε εμπειρικά στοιχεία. Ο Simoni με τον Montanari είναι οι δύο μεγαλύτεροι ερευνητές της διάρκειας ζωής των μονωτικών συστημάτων. Παρουσίασαν γενικές σχέσεις, αρκετά σημαντικά πειράματα, βασικότατα μοντέλα διάρκεια ζωής, προσεγγίζοντας την αποτελεσματικότητά τους μέσα και από γεωμετρικές και πιθανολογικές προσεγγίσεις. Αυτό δίνει ένα πλεονέκτημα στα προτεινόμενα μοντέλα τους. Μέχρι σήμερα δεν έχει προταθεί κάποιο μοντέλο διάρκειας ζωής για την μόνωση υπό την έκθεση ακτινοβολίας μεμονωμένα ή σε συνδυασμό με άλλες πιέσεις. Οι μηχανισμοί γήρανσης στην προκειμένη περίπτωση γίνονται πολύπλοκοι και οπωσδήποτε απαιτούνται πολύ περισσότερα πειραματικά δεδομένα, ώστε να εξαχθούν αξιόλογα μοντέλα γήρανσης στο πεδίο ακτινοβολίας. Ένα σημαντικό πρόβλημα που εμφανίζεται στα πειράματα γήρανσης είναι ότι δεν πραγματοποιούνται σε λειτουργικές συνθήκες αλλά σε υψηλές πιέσεις, οπότε καταφεύγουμε σε στατιστικές τεχνικές που σίγουρα όσο αξιόπιστες και αν είναι, εμπεριέχουν τον κίνδυνο μερικών σφαλμάτων. Η υψηλή έμφυτη ποικιλομορφία που παρουσιάζει η διάρκεια ζωής των μονωτικών υλικών προκαλεί επιπλέον δυσκολίες, αφού δεν επιτρέπει τυχόν ομαδοποίησή τους. Για να επιτευχθεί όσο το δυνατόν πιο αξιόπιστα στατιστικά μοντέλα, ικανά να δώσουν αξιόλογη τεχνική ανάλυση των δεδομένων χρειάζεται ένας μεγάλος αριθμός πειραμάτων. Ωστόσο, αυτό συνεπάγεται αύξηση του κόστους, τόσο σε επίπεδο χρημάτων, αλλά και σε χρόνο. Στην πραγματικότητα υπάρχουν πολλοί παράγοντες που καθορίζουν τα αποτελέσματα των πειραμάτων, όπως και οι μηχανισμοί γήρανσης δεν είναι πλήρως γνωστοί. Έτσι, διάφοροι παράμετροι συχνά χρησιμοποιούνται στα μοντέλα διάρκεια ζωής με στόχο να ταιριάζουν κατάλληλα στα πειραματικά δεδομένα να συγκρίνουν τις μονώσεις και να επιτευχθούν σωστές εκτιμήσεις. Οι διάφοροι μελετητές συχνά μπαίνουν σε διλήμματα, όσον αφορά με την επιλογή των διαφόρων μεθόδων. Προβληματίζονται για το πιο κατάλληλο μοντέλο διάρκειας ζωής θα επιλέξουν, την καλύτερη πιθανολογική κατανομή για την στατιστική ανάλυση των πειραματικών δεδομένων. Συνήθως, κάτι τέτοιο γίνεται βασιζόμενοι στην αποτελεσματικότητα των εμπειριών τους. Οι οποίες τεχνικές στατιστικής ανάλυσης που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των παραμέτρων και των σταθερών των μοντέλων διάρκειας ζωής έχουν βρει πρόσφορο έδαφος και στο πεδίο των υπολογιστικών προγραμμάτων. Φυσικά, δεν υπάρχουν ακόμη τόσο πολλά και διαθέσιμα προγράμματα στο εμπόριο, ωστόσο η χρήση του υπολογιστή σίγουρα θα βοηθήσει σημαντικά για την αξιόπιστη τεχνική επεξεργασία πειραματικών δεδομένων.