Rozpoznawanie podstawowych form wyładowań elektrycznych generowanych w oleju izolacyjnym mierzonych metodą spektrofotometrii optycznej

Transkrypt

1 Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Instytut Elektroenergetyki i Energii Odnawialnej AUTOREFERAT ROZPRAWY DOKTORSKIEJ Rozpoznawanie podstawowych form wyładowań elektrycznych generowanych w oleju izolacyjnym mierzonych metodą spektrofotometrii optycznej Promotor: prof. dr hab. inż. Tomasz Boczar Autor: mgr inż. Michał Kozioł Opole, 2017

2 Spis treści Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń 3 1. Wprowadzenie 4 2. Cel, zakres i teza pracy 5 3. Dobór warunków generacji wyładowań elektrycznych, układów pomiarowych i sposobu przetwarzania ich sygnałów optycznych Iskierniki modelujące dobrane formy wyładowań elektrycznych Dobór warunków pomiarowych Charakterystyka układu do pomiaru sygnałów optycznych generowanych przez wyładowania elektryczne Wyniki pomiarów sygnałów optycznych generowanych przez modelowane formy wyładowań elektrycznych Cel i zakres pomiarów sygnałów optycznych Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie ostrze-ostrze Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie ostrze-płyta Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie powierzchniowym Model matematyczny sygnałów optycznych emitowanych przez wyładowania elektryczne w oleju elektroizolacyjnym Model funkcji regresji typu sigmoidalno-gaussowego (MSG) Analiza możliwości zastosowania modelu (MSG) Wyznaczenie wielkości energii promieniowania optycznego emitowanego przez badane formy wyładowań elektrycznych Energia promieniowania optycznego Metodologia szacowania wielkości energii promieniowania optycznego Energia promieniowania optycznego dla układu ostrze-płyta Energia promieniowania optycznego dla układu ostrze-ostrze Energia promieniowania optycznego dla układu do wyładowań powierzchniowych Wnioski z przeprowadzonych analiz Możliwości identyfikowania formy wyładowania elektrycznego na podstawie dobranych deskryptorów Dobór deskryptorów charakteryzujących analizowane formy wyładowań elektrycznych przy zmianach napięcia zasilania Deskryptory do identyfikacji podstawowych form wyładowań elektrycznych generowanych w oleju elektroizolacyjnym Podsumowanie i wnioski z uzyskanych rezultatów Uwagi, wnioski i problemy otwarte 29 Spis literatury 30 Publikacje autora

3 Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń MED - medianowa długość fali, - prędkość światła w próżni - 2, [m/s], E( ) - wartości natężenia widma optycznego, E MAX - wartość maksymalna, E RMS - wartość skuteczna, E ŚR - wartość średnia, EA - emisja akustyczna, F-POF - ang. Fluorescent-Polymer Optical fiber, światłowód polimerowy fluorescencyjny, GA - ang. Genetic Algotithm, algorytm genetyczny, - stała Plancka [J s], I - intensywność dominującej składowej, k - stała Boltzmana, K - współczynnik kształtu, Me - mediana, MSG - model funkcji typu sigmoidalno-gausowego, NIR - promieniowanie w bliskiej podczerwieni, POF - ang. Polymer Optical fiber, światłowód polimerowy, R 2 - współczynnik determinacji, s - odchylenie standardowe, s 2 - wariancja, UOO - układ ostrze-ostrze, UOP - układ ostrze-płyta, U p - napięcie przebicia, UPW - układ do wyładowań powierzchniowych, UV - promieniowanie ultrafioletowe, U zas - napięcie zasilania układu, VIS - promieniowanie widzialne, W - współczynnik szczytu, WE - wyładowania elektryczne, WEP - wyładowania elektryczne powierzchniowe, W I - wskaźnik intensywności, WN - wysokie napięcie, WNZ - wyładowania niezupełne, WNZP - wyładowania niezupełne w układzie powierzchniowym, X typ - przedział typowych wartości cechy, - długość fali

4 1. Wprowadzenie Analiza zjawisk fizycznych, związanych z wyładowaniami elektrycznymi (WE), które mogą występować w wysokonapięciowych układach izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych jest bardzo istotna z punktu widzenia możliwości ich diagnostyki. Awaria urządzeń tego typu powoduje zazwyczaj bardzo poważne skutki eksploatacyjne, a także wymierne straty finansowe. WE towarzyszy szereg zjawisk fizyko-chemicznych do których można zaliczyć: lokalny wzrost temperatury, emisję fali akustycznej, emisję fali optycznej, emisję fal radiowych, promieniowanie jonizujące, a także przemiany chemiczne jakie zachodzą w obszarze ich generacji. Na podstawie zjawisk towarzyszącym WE opracowano dedykowane metody umożliwiające ich detekcję i pomiar, a także lokalizację miejsc ich występowania [2, 7, 20, 23]. Zjawiskom generacji WE w wysokonapięciowych układach elektroenergetycznych towarzyszy także emisja promieniowanie elektromagnetycznego w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni. Skuteczna detekcja, pomiar i analiza rejestrowanych sygnałów mogą w konsekwencji umożliwić rozpoznanie podstawowych form WE oraz posłużyć do oceny zmian parametrów fizykochemicznych oleju elektroizolacyjnego [3, 4]. W niniejszej rozprawie promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie ultrafioletowym, widzialnym i bliskiej podczerwieni (UV-VIS-NIR) określane będzie jako promieniowanie optyczne w zakresie od 200 nm do 1100 nm. Podział zakresu promieniowania optycznego przyjęto wg [24], w którym wyodrębniono następujące pasma: bliski ultrafiolet (UV: 200 nm 380 nm), promieniowanie widzialne (VIS: 380 nm 780 nm) i bliska podczerwień (NIR: 380 nm 3000 nm). Tematyka podjęta w niniejszej dysertacji dotyczy zagadnień związanych z pomiarami i analizą widm optycznych emitowanych przez podstawowe formy WE, generowane w oleju elektroizolacyjnym. W szczególności dotyczy doskonalenia metody spektrofotometrii optycznej w zastosowaniu do rozpoznawania podstawowych form WE, jakie mogą występować w mineralnym oleju elektroizolacyjnym. Prowadzone w tym zakresie prace naukowo-badawcze w kraju, jak również przez ośrodki zagraniczne mają na celu rozszerzenie możliwości zastosowania aparatury pomiarowej i metod optycznych w diagnostyce układów izolacyjnych urządzeń wysokonapięciowych. Należy zauważyć, że obecnie metoda optyczna oparta na spektrofotometrze traktowana jest jako jedna z metod alternatywnych i nie jest powszechnie stosowana w diagnostyce układów izolacyjnych. Zaletą metody spektrofotometrii optycznej jest separacja galwaniczna układu pomiarowego od badanego urządzenia elektroenergetycznego pracującego pod wysokim napięciem. Emitowane pola elektromagnetyczne o dużych natężeniach oraz temperatura otoczenia nie zakłócają sygnałów optycznych. Metoda spektrofotometrii optycznej posiada także wady, do których można zaliczyć ograniczony zasięg możliwości wykrycia promieniowania optycznego. Zależne jest to od środowiska, w jakim metoda jest stosowana i wymaga lokalizacji sond oraz głowic pomiarowych w bezpośrednim otoczeniu badanego źródła emisji promieniowania optycznego [9, 25]

5 Cel, zakres i teza pracy Głównym celem naukowym niniejszej rozprawy doktorskiej było określenie możliwości i wskazanie zakresu zastosowania analizy widm optycznych emitowanych przez podstawowe formy WE generowane w oleju elektroizolacyjnym rejestrowanych za pomocą spektrofotometru optycznego do diagnostyki układów izolacyjnych wysokonapięciowych urządzeń elektroenergetycznych. Ponadto celem poznawczym proponowanych badań było określenie udziału energetycznego dla poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez modelowane formy WE w oleju elektroizolacyjnym. Dodatkowo założono możliwość dokonania doboru grupy deskryptorów charakteryzujących sygnały optyczne generowane w układach modelujących podstawowe formy WE, na podstawie których istniałaby możliwość rozpoznawania ich form. W pracy przyjęto następującą tezę: W ściśle zdefiniowanych warunkach metrologicznych istnieje możliwość rozpoznawania jednoźródłowych form wyładowań elektrycznych generowanych w oleju izolacyjnym, na podstawie wyników uzyskiwanych metodą spektrofotometrii optycznej. W celu udowodnienia przyjętej w rozprawie tezy, podjęto następujące zagadnienia i zadania badawcze: omówiono mechanizmy generacji WE w oleju elektroizolacyjnym, scharakteryzowano i dokonano wyboru podstawowych jednoźródłowych form WE generowanych w oleju elektroizolacyjnym, wykonano modelowe iskierniki do generacji WE w oleju elektroizolacyjnym, opracowano i wykonano układ pomiarowy umożliwiający rejestrację emitowanych widm optycznych, dobrano sondę pomiarową i określono parametry metrologiczne, wyznaczono przebiegi widm optycznych emitowanych przez WE generowane w wybranych układach modelujących jednoźródłowe formy WE, dobrano metody numeryczne i statystyczne, które wykorzystano podczas analiz danych uzyskanych z pomiarów, opracowano skrypty i programy umożliwiające akwizycję oraz analizę danych w środowisku Matlab, zdefiniowano model matematyczny opisujący emitowane widma promieniowania optycznego dla każdej badanej formy WE, opracowano aplikację umożliwiającą estymację parametrów modelu matematycznego do opisu sygnałów optycznych emitowanych przez WE w oleju, dla którego wzorcem w doborze parametrów były sygnały zarejestrowane podczas badań przeprowadzonych w warunkach laboratoryjnych, - 5 -

6 określono udział energii promieniowania dla poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w oleju elektroizolacyjnym o różnym stanie technicznym, dobrano i wyznaczono wartości charakterystycznych deskryptorów umożliwiających rozpoznanie podstawowych form WE generowanych w oleju elektroizolacyjnym, przeprowadzono ocenę powtarzalności uzyskanych wyników pomiarowych. przeprowadzono analizę porównawczą wartości dobranych deskryptorów w celu wykazania ich indywidualnego charakteru dla potrzeb identyfikacji badanych form WE, Na potrzeby przeprowadzenia założonych badań związanych z analizą sygnałów optycznych emitowanych przez WE generowane w oleju elektroizolacyjnym przyjęte zostały następujące warunki metrologiczne: generacja WE w czystym oleju mineralnym, fabrycznie nowym, generacja WE w eksploatowanym oleju mineralnym, generacja WE w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza. wszystkie pomiary przeprowadzono na tym samym układzie pomiarowym oraz w tej samej temperaturze oleju, która wynosiła 19 o C, układ pomiarowy całkowicie wyizolowany od zewnętrznych źródeł emitujących promieniowanie optyczne, które mogłoby zakłócać pomiary. 3. Dobór warunków generacji wyładowań elektrycznych, układów pomiarowych i sposobu przetwarzania ich sygnałów optycznych 3.1. Iskierniki modelujące dobrane formy wyładowań elektrycznych Każdą z przyjętych do badań form wyładowań elektrycznych modelowano w specjalnie zaprojektowanych i wykonanych iskiernikach, które umożliwiały zmianę ich rozmiarów geometrycznych. Schemat ideowy i ogólny widok iskiernika umożliwiającego generację wyładowań elektrycznych w układzie ostrze-ostrze w mineralnym oleju elektroizolacyjnym przedstawiono na rys Zastosowano elektrody o następujących wymiarach: średnica podstawy ostrza 20 mm, długość całkowita ostrza 35 mm, średnica głowicy ostrza 0.8 mm, kąt krzywizny 32 o, które wykonano z miedzi, a ich powierzchnie pokryto galwanicznie niklem

7 a) b) Rys. 3.1 Schemat (a) i widok (b) ogólny iskiernika typu ostrze-ostrze [13] Na rys. 3.2 przedstawiono schemat iskiernika umożliwiającego generację wyładowań elektrycznych w układzie ostrze płyta w oleju elektroizolacyjnym. Elektrodę ostrzową, do której doprowadzono wysokie napięcie również wykonano z miedzi i pokryto galwanicznie niklem. Elektroda miała następujące wymiary: średnica podstawy ostrza 20 mm, długość całkowita ostrza 35 mm, średnica głowicy ostrza 0.8 mm, kąt krzywizny 32 o. Elektrodę uziemioną stanowiła płyta o kształcie walca płaskiego o średnicy podstawy 69 mm i grubości 9 mm, który wykonano z metalu. a) b) Rys. 3.2 Schemat (a) i widok (b) ogólny iskiernika typu ostrze-płyta [13] Do generacji wyładowań elektrycznych w układzie powierzchniowym w oleju elektroizolacyjnym wykorzystano układ dwóch metalowych elektrod, między którymi znajdował się dielektryk stały. Schemat ideowy i widok ogólny iskiernika w układzie powierzchniowym przedstawiono na rys Elektrodę zasilającą stanowił metalowy walec o średnicy 10 mm. Natomiast elektrodę uziemioną stanowiła płyta o kształcie walca płaskiego o średnicy podstawy 69 mm i grubości 9 mm, którą wykonano z metalu. Elektrody iskiernika zostały oddzielone dielektrykiem stałym, który stanowiła płytka szklana o wymiarach zewnętrznych 90 mm x 90 mm i grubości 10 mm

8 a) b) Rys. 3.3 Schemat (a) i widok (b) ogólny iskiernika do generacji WEP [13] Do generacji wyładowań elektrycznych w eksploatowanym oleju elektroizolacyjnym z pęcherzykami powietrza wykorzystano układ, którego schemat ogólny przedstawiono na rys. 3.4a. Do badań wykorzystano iskierniki w układzie ostrze ostrze i ostrze płyta, które opisane zostały powyżej. Pęcherzyki powietrza o średnicy ok mm, generowane średnio co ok s, wytwarzano za pomocą zaprojektowanej i wykonanej głowicy (rys. 3.5). Głowicę generującą pęcherzyki powietrza umieszczono pod iskiernikami w taki sposób, aby pęcherzyki były kierowane bezpośrednio w przestrzeń między elektrodami. a) b) Rys. 3.4 Schemat (a) i widok (b) ogólny iskiernika do generacji wyładowań elektrycznych w oleju elektroizolacyjnym z pęcherzykami powietrza - 8 -

9 Rys. 3.5 Widok ogólny głowicy do generacji pęcherzyków powietrza W celu wykonania pomiarów iskierniki modelujące umieszczano każdorazowo w pojemniku metalowym modelującym kadź transformatorową przedstawionym na rys. 3.1b o wymiarach geometrycznych (dł. x szer. x wys.): 50 cm x 40 cm x 40 cm, którą następnie wypełniono mineralnym olejem elektroizolacyjnym o objętości ok. 80 l. Dla zachowania powtarzalności pomiarów sygnałów optycznych zastosowane układy modelujące umieszczono w specjalnych uchwytach mocujących, które umożliwiały płynną regulację odległości między elektrodami iskierników. Wbudowany sterownik elektroniczny umożliwiał regulację odległości z gradacją co 0.01 mm. Podczas wykonywania pomiarów dla zastosowanych układów generujących WE, za wyjątkiem układu do wyładowań powierzchniowych, odległość między elektrodami badanych iskierników była stała i wynosiła 6 mm, 10 mm i 12 mm. 3.2.Dobór warunków pomiarowych Aby istniała możliwość porównania i odtworzenia wyników pomiarów i analiz sygnałów optycznych generowanych przez badane formy WE, jako wartość napięcia generacji wyładowań przyjęto względną wartość napięcia odniesioną do napięcia przebicia (U p ), dla każdego z układów. Wartości napięcia przebicia były zależne od rodzaju badanego układu i od odległości między elektrodami. Dla każdego z iskierników modelujących, przed przystąpieniem do pomiarów określono wartość napięcia przebicia (U p ). Wartość napięcia przebicia ustalono na podstawie 10 prób i obliczenia wartości średniej z uzyskanych pomiarów

10 Do analizy przyjęto wartości napięcia zasilania układów w zakresie od 0.60 U p do 0.95 U p. Dla mniejszych wartości poniżej 0.60 U p badane zjawiska występowały incydentalnie i nie uzyskano wystarczającej liczby pomiarów, która umożliwiłaby dokonanie obiektywnej analizy porównawczej dla tych samych warunków metrologicznych i dla wszystkich badanych układów. Pomiary przeprowadzono dla trzech stanów technicznych oleju mineralnego: olej nowy, olej eksploatowany, olej eksploatowany z pęcherzykami powietrza. Przed każdą serią pomiarową wykonano kalibrację układu pomiarowego, która polegała na wyznaczeniu minimalnego poziomu rejestrowanej intensywności promieniowania optycznego dla przygotowanego układu, do którego nie przyłożono jeszcze napięcia zasilania. Czynność ta umożliwiła w znacznym stopniu na wyizolowanie zakłóceń wynikających z występujących zakłóceń powstałych w skutek przetwarzania sygnału optycznego na postać cyfrową. Wszystkie pomiary wykonane zostały w zaciemnionym pomieszczeniu, które zostało skutecznie odseparowane od zewnętrznych źródeł emitujących promieniowanie optyczne. Wykorzystana podczas pomiarów głowica światłowodu została umieszczona w odległości 2 cm od miejsca generacji emisji świetlnej. Odległość ta wyznaczona została na podstawie stożka akceptacji światłowodu. Na przyjętą odległość wpływ miała również metalowa obudowa głowicy światłowodu. Wyznaczona odległość i miejsce umieszczenia głowicy pomiarowej było stałe dla wszystkich przeprowadzonych prób pomiarowych Charakterystyka układu do pomiaru sygnałów optycznych generowanych przez wyładowania elektryczne Badane iskierniki zasilane były z układu probierczego, który umożliwiał płynną regulację napięcia zasilającego w zakresie od 0 do 110 kv. Zastosowany układ probierczy składał się z następujących elementów składowych: pulpit sterowniczy zawierający: autotransformator umożliwiający regulację szybkości zmiany wartości napięcia w zakresie od 0.2 do 5.0 kv/s; system zabezpieczenia nadprądowego i układ pomiaru napięcia po stronie niskiego napięcia, jednofazowy transformator probierczy TP110 o przekładni znamionowej 220/ V/V, układ pomiaru napięcia po stronie WN, składający się z dzielnika napięcia DNRC-150 o przekładni 1:1000 oraz miernik cyfrowy MU-1 z dokładnością na poziomie 0.5%. Z uzwojenia wtórnego transformatora probierczego, poprzez rezystor wodny, ograniczający wartość prądu zwarciowego, zostały zasilone układy iskierników. Widok układu pomiarowego zaprezentowano na rys

11 Rys. 3.6 Widok układu pomiarowego: 1) transformator probierczy 110 kv, 2) zbiornik pomocniczy na olej, 3) pompy do przemieszczania oleju, 4) układ sterowania do pomp, 5) kadź pomiarowa, 6) zewnętrzne zawory umożliwiające wprowadzanie czujników pomiarowych, 7) izolator teflonowy, 8) rezystor wodny, 9) dzielnik napięcia DNRC-150 Do rejestracji emisji promieniowania w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni została zastosowana metoda spektrofotometrii optycznej [12, 14, 16] oparta na spektrofotometrze HR4000 (rys. 3.7) o wysokiej rozdzielczości. Urządzenie wyposażone jest w matrycę CCD (ang. Charge Coupled Device) firmy Toschiba, która umożliwia detekcję 3648 elementów składowych widma optycznego. Rys. 3.7 Spektrofotometr HR4000 firmy Ocean Optics wraz z światłowodem i głowicą pomiarową [opracowanie własne]

12 Rozdzielczość optyczna przyrządu możliwa do uzyskania na poziomie 0.03 nm dla szerokości połówkowej (FWHM). Spektrofotometr umożliwia wykonywanie pomiarów sygnałów optycznych w zakresie od 200 do 1100 nm z możliwością zmiany zakresu spektralnego i rozdzielczości optycznej w zależności od dobranej siatki i szczeliny (apertury) wejściowej. Możliwość programowej zmiany czasu integracji w zakresie 10 s 65 s umożliwia wykonywanie pomiarów krótkotrwałych zdarzeń i zjawisk [21]. Rejestracja emitowanego promieniowania optycznego polega na zliczaniu fotonów w ustalonej jednostce czasu. Jedno zliczenie odpowiada aktywacji przez 130 fotonów dla długości fali równej 400 nm, oraz 60 fotonów dla długości fali równej 600 nm. Sterowanie i konfiguracja urządzenia odbywa się w czasie rzeczywistym poprzez interfejs USB lub RS232 za pomocą dedykowanego oprogramowania komputerowego (aplikacja OceanView). Uniwersalne złącze światłowodowe SMA905 umożliwia podłączenie różnego typu światłowodów oraz innych opcjonalnych elementów optycznych. 4. Wyniki pomiarów sygnałów optycznych generowanych przez modelowane formy wyładowań elektrycznych 4.1. Cel i zakres pomiarów sygnałów optycznych Celem przeprowadzonych pomiarów było zbadanie ilościowego rozkładu natężenia promieniowania optycznego w zakresie: ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni, które towarzyszy powstawaniu i rozwojowi WE, generowanych w oleju elektroizolacyjnym: czystym, eksploatowanym i eksploatowanym z pęcherzykami powietrza. Na podstawie analizy aktualnego stanu wiedzy sformułowano następującą hipotezę badawczą: Istnieje możliwość rozpoznania form wyładowań elektrycznych generowanych w oleju elektroizolacyjnym na podstawie ich rozkładów widmowych emitowanego promieniowania optycznego, przy czym rozkład widmowy promieniowania optycznego zależy zarówno od rodzaju oleju elektroizolacyjnego, jak i od rodzaju układu generacji. Do rejestracji emisji promieniowania optycznego zastosowano układ pomiarowy oparty na metodzie spektrofotometrii optycznej, który opisano w rozdz WE generowano w następujących układach modelujących: ostrze-ostrze, ostrze-płyta oraz układzie do WEP. Wymienione układy scharakteryzowano w rozdz Przyjęty podział reprezentuje podstawowe i najczęściej występujące formy WE, jakie mogą występować w olejowych układach izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych. Na potrzeby realizacji założonych celów badawczych przyjęto następujący plan: zaprojektowanie i praktyczne wykonanie elektrod iskiernika dla przyjętych podstawowych form WE, doświadczalny dobór warunków pomiarowych i wybór odpowiednich parametrów metrologicznych mierzonych wielkości oraz sposobu przetwarzania rejestrowanych sygnałów optycznych,

13 przeprowadzenie badań eksperymentalnych w warunkach laboratoryjnych polegających na rejestracji sygnałów emisji optycznej, generowanych przez WE w różnych stanach oleju elektroizolacyjnego, ocena wpływu zmian geometrii układu modelującego na przebieg zjawiska emisji sygnałów optycznych, analiza danych określenie bilansu energetycznego badanych form WE uwzględniającego poszczególne formy przemian energetycznych, dokonanie doboru deskryptorów wyznaczonych na podstawie zarejestrowanych widm sygnałów optycznych umożliwiających rozpoznanie poszczególnych form WE, Określenie powtarzalności uzyskanych wyników pomiarowych badanych układów Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie ostrze-ostrze Na rys. 4.1 przedstawiono przykładowe zarejestrowane widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w iskierniku ostrze-ostrze dla odległości między elektrodami równej 6 mm. WE generowano w oleju mineralnym o trzech stanach technicznych: czysty olej mineralny, eksploatowany olej mineralny oraz eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza. Zilustrowane widma przedstawiają rozkład długości fal dla całego zakresu spektralnego rejestrowanego przez spektrofotometr w przedziale od 200 do 1100 nm dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p. a) b) c) Rys. 4.1 Widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie ostrze-ostrze dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p : ( a) w czystym oleju mineralnym, (b) w eksploatowanym oleju mineralnym, (c) w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza

14 4.3. Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie ostrze-płyta Na rys. 4.2 przedstawiono przykładowe zarejestrowane widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie modelującym wyładowania typu ostrze-płyta dla odległości między elektrodami równej 6 mm. WE generowano w czystym oleju mineralnym, eksploatowanym oleju mineralnym i eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza. Zilustrowane widma przedstawiają rozkład długości fal dla całego zakresu spektralnego rejestrowanego przez spektrofotometr w przedziale od 200 nm do 1100 nm, dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p. a) b) c) Rys. 4.2 Widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie ostrze-płyta dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p : (a) w czystym oleju mineralnym, (b) w eksploatowanym oleju mineralnym, (c) w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza Widma promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne w układzie modelującym wyładowania powierzchniowe Na rys. 4.3 przedstawiono przykładowe widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie modelującym WNZP uzyskane dla trzech badanych olejów mineralnych. Analogicznie jak dla układów ostrze-ostrze i ostrze-płyta zilustrowane widma przedstawiają rozkład długości fal dla całego zakresu optycznego rejestrowanego przez spektrofotometr. W celach porównawczych przedstawiono widma dla dwóch poziomów napięcia zasilającego, tj. dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p

15 a) b) c) Rys. 4.3 Widma promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie do WNZP dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p : (a) w czystym oleju mineralnym, (b) w eksploatowanym oleju mineralnym, (c) w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza. Na podstawie analizy wyników badań przeprowadzonych w warunkach laboratoryjnych związanych z rejestracją promieniowania optycznego emitowanego przez rozpatrywane jednoźródłowe formy WE generowane w różnych olejach elektroizolacyjnych sformułowano następujące wnioski: zarejestrowane widma emisyjne w zakresie UV-VIS-NIR, dla wszystkich układów modelujących, z uwagi na swój kształt zakwalifikować można jako widma ciągłepasmowe. Widmo ciągłe charakteryzuje się występowaniem kolejno uszeregowanych składowych długości fali w sposób ciągły, co jest charakterystyczną cechą emisji przez ciecze lub ciała stałe. Natomiast widmo pasmowe powstaje wskutek łączenia kilku poszczególnych składowych długości fali, co świadczy o aktywacji różnych pierwiastków. Przeprowadzone pomiary emitowanego promieniowania optycznego dla przyjętych progów napięcia zasilającego wykazały powtarzalny kształt przebiegów widmowych dla badanych iskierników. Badane formy WE dla różnych warunków generacji wykazały również występowanie niejednolitych zakresów spektralnych emitowanego promieniowania, które wskazują na indywidualny charakter występowania rozkładów widmowych dla poszczególnych typów układów iskierników. Największą intensywnością promieniowania charakteryzuje się zakres światła widzialnego (VIS) od 380 nm do 780 nm, a także część zakresu tzw. bliskiej podczerwieni (NIR) tj. przedział od 780 nm do 1100 nm. Zaobserwowano bardzo mały udział promieniowania w zakresie ultrafioletu, które występuje jedynie w czystym oleju mineralnym. Dla wyznaczonych widm promieniowania optycznego zidentyfikowano sześć dominujących długości fal: 383 nm, 515 nm, 558 nm, 562 nm, 589 nm, 656 nm, które

16 charakteryzują się największą intensywnością w całym analizowanym zakresie spektralnym. Występują one grupowo w poszczególnych układach modelujących niezależnie od wartości napięcia zasilającego. Z powyższej grupy tylko jedna długość fali, równa 515 nm, występuje jako dominująca dla wszystkich badanych form WE niezależnie od warunków generacji. Porównując charakter zmian intensywności emitowanego promieniowania optycznego dla dominującej długości fali = 515 nm można stwierdzić, że dla układów typu ostrze-ostrze i ostrze-płyta intensywność emitowanego promieniowania nie zależy od wartości napięcia zasilania oraz warunków generacji. Natomiast dla WNZP charakter zmian intensywności jest silnie zależny od wartości napięcia zasilającego, przy czym wraz z jego wzrostem wzrasta intensywność rejestrowanego promieniowania optycznego. 5. Model matematyczny sygnałów optycznych emitowanych przez wyładowania elektryczne w oleju elektroizolacyjnym W ramach pracy opracowano model parametryczny opisujący zarejestrowane rozkłady widmowe emitowanego promieniowania optycznego dla wszystkich badanych form WE. Emitowane promieniowanie optyczne zostało zarejestrowane podczas generacji WE w układach: ostrze-ostrze, ostrze-płyta i powierzchniowym. Obwiednię widma optycznego określono poprzez wydzielenie wartości maksymalnych, które następnie poddano interpolacji funkcją nieliniową w celu uzyskania zbioru danych najbardziej odpowiadających zarejestrowanym charakterystykom. W procesie estymacji wykorzystano model funkcji regresji typu sigmoidalnogausowego, który w dalszej części pracy określany będzie jako model. Zmienną zależną stanowiła intensywność zarejestrowanych sygnałów optycznych. Natomiast zmienną niezależną była składowa długości fali. Model przyjęto na podstawie przeglądu literaturowego [5, 8, 10, 22]. Obecnie w pracach naukowo-badawczych najczęściej do wyznaczania parametrów funkcji stosowane są algorytmy ewolucyjne, które opierają się na poszukiwaniu stochastycznym [18]. Algorytmy ewolucyjne w odróżnieniu od pozostałych metod charakteryzują się takimi cechami jak: możliwość rozwiązywania zadań o skomplikowanej strukturze, możliwość zastosowania dla zadań wymagających rozbudowanych obliczeń równoległych, umożliwiają w łatwy sposób uwzględnienie szeregu ograniczeń występujących dla analizowanej przestrzeni, prosta implementacja algorytmu genetycznego, która nie wymaga rozbudowanych procedur matematycznych [17]. m.in.: Metodologia ewolucyjna niestety nie jest pozbawiona wad, do których można zaliczyć

17 mniejszą efektywność algorytmów genetycznych od tradycyjnych algorytmów gradientowych, złożone algorytmy genetyczne wymagają precyzyjnego zdefiniowania szeregu parametrów, które należy zaimplementować indywidualnie dla każdego tworzonego zadania, każdorazowe uruchomienie algorytmu w zadaniu powoduje najczęściej wyznaczenie nieco innych rozwiązań Model funkcji regresji typu sigmoidalno-gaussowego (MSG) Model funkcji regresji typu sigmoidalno-gaussowego opisano równaniem (5.1): gdzie: MSG( ) aproksymata funkcji regresji typu sigmoidalno-gaussowego, - długość fali, - estymaty parametrów strukturalnych, intensywność, estyma parametru strukturalnego, narastanie, estyma parametru strukturalnego, skala, - estymaty parametrów strukturalnych, lokalizacja, n liczba dominujących składowych w rozkładzie widmowym. W pracy zastosowano algorytm ewolucyjny typu GA algorytm genetyczny - (ang. Genetic Algotithm) dostępny w środowisku Matlab, który posłużył do estymacji optymalnych parametrów modelu widma optycznego [6]. Do określenia miary dopasowania parametrów funkcji regresji z wartościami empirycznymi zastosowano współczynnik determinacji R 2 [11], który można zapisać równaniem (5.2): gdzie: - wartość empirycznej zmiennej zależnej, - wartość teoretyczna (estymowana) rozpatrywanego rozkładu, - średnia arytmetyczna empirycznej zmiennej zależnej, - średnia arytmetyczna teoretyczna z rozpatrywanego rozkładu,, liczba składowych wchodzących w zakres jednego rozkładu widmowego

18 5.2. Analiza możliwości zastosowania modelu MSG Przyjęty model (MSG) zastosowano do opisu rozkładu promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie ostrze-ostrze dla trzech badanych olejów elektroizolacyjnych: czysty olej mineralny, eksploatowany olej mineralny, eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza. Na rys. 5.1 zaprezentowano przykładowe rozkłady widma promieniowania optycznego, zarejestrowane metodą spektrofotometrii optycznej (kolor niebieski) oraz odpowiadające im modele (kolor czerwony), emitowanego przez WE w badanych olejach elektroizolacyjnych: czystym, eksploatowanym i eksploatowanym z pęcherzykami powietrza. a) b) c) Rys. 5.1 Rozkłady widma promieniowania optycznego zarejestrowanego (kolor niebieski) i zamodelowanego (kolor czerwony) emitowane przez WE generowane w układzie typu ostrze-ostrze dla wartości względnej napięcia zasilającego równej 0.95 U p : (a) w czystym oleju mineralnym, (b) w eksploatowanym oleju mineralnym, (c) w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza Stopień dopasowania modeli do zarejestrowanych rozkładów widma promieniowania optycznego przeanalizowano dla względnej wartości napięcia zasilania w przedziale od 0.60 U p do 0.95 U p, z gradacją co 0.05 U p oddzielnie dla każdego z trzech badanych olejów elektroizolacyjnych. W celach porównawczych przykładowe wartości liczbowe współczynników determinacji R 2 dla modelu MSG zestawiono zbiorczo w tabeli 5.1. Wyznaczone wartości liczbowe współczynnika R 2 dla poszczególnych wartości napięcia zasilania zostały uśrednione (średnia arytmetyczna) z 15 analizowanych pomiarów dla każdego przypadku

19 Tabela 5.1 Wartości średnie współczynnika determinacji R 2 obliczone dla modelu (MSG) zastosowanego w układzie ostrze-ostrze, dla trzech badanych olejów elektroizolacyjnych. Wartość względna napięcia zasilania U zas /U p Czysty olej mineralny Wartość współczynnika determinacji R 2 Eksploatowany olej mineralny Eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza Mediana Średnia arytmetyczna Odchylenie standardowe W analogiczny sposób przyjęty model (MSG) zastosowano do opisu rozkładu promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie ostrze-płyta i w układzie do WNZP dla każdego z trzech badanych olejów elektroizolacyjnych. 6. Wyznaczenie wielkości energii promieniowania optycznego emitowanego przez badane formy wyładowań elektrycznych 6.1. Energia promieniowania optycznego Energia promieniowania optycznego przenoszona jest przez poszczególne składowe, które reprezentowane są za pomocą długości fali. Składowe te odpowiadają z kolei w opisie kwantowym cząstkom elementarnym oznaczonym jako strumień fotonów. Między długością fali ( ), jej prędkością fazową ( ) i częstotliwością fali ( ) zachodzi następująca zależność [1]: (6.1) gdzie: prędkość fazowa fali prędkość światła w próżni [m/s], długość fali [nm], częstotliwość fali [1/s]

20 Każdej długości fali emitowanego promieniowania odpowiada kwant energii, czyli foton o określonej energii. Energię promieniowania takiego fotonu można wyznaczyć z zależności [1, 26]: (6.2) gdzie: E energia promieniowania [J], stała Plancka [J s], częstotliwość fali [1/s]. Z powyższych zależności wynika, że energia promieniowania jest ściśle powiązana z długością fali i jej częstotliwością fazową drgań. Wraz ze wzrostem częstotliwości fazowej drgań fali rośnie energia promieniowania, a długość fali maleje Metodologia szacowania wielkości energii promieniowania optycznego Energia promieniowania optycznego wyznaczona została na podstawie zależności (6.2) z uwzględnieniem liczby fotonów dla poszczególnych długości fal. Liczbę fotonów (n) wyznaczono na podstawie zarejestrowanego rozkładu intensywności (liczby zliczeń) występowania poszczególnych składowych długości fal w badanym zakresie oraz odpowiadającej im liczbie fotonów przypadających na jedno zliczenie. Liczbę fotonów przypadających na jedno zliczenie przyjęto na podstawie parametrów technicznych zastosowanego spektrofotometru optycznego [15, 19]. Końcowy zapis zależności (6.2) przyjmuje następującą postać [1]: (6.3) gdzie: E energia promieniowania [J], stała Plancka [J s], częstotliwość fali [1/s], n liczba fotonów przypadająca na określoną długość fali Energia promieniowania optycznego dla układu ostrze-płyta Na rys zilustrowano procentowy udział poszczególnych zakresów promieniowania optycznego, których wartości przedstawiają środek określonych uprzednio przedziałów promieniowania dla układu typu ostrze-płyta

21 Rys. 6.1 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-płyta w czystym oleju mineralnym Rys. 6.2 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-płyta w eksploatowanym oleju mineralnym Rys. 6.3 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-płyta w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza

22 6.4. Energia promieniowania optycznego dla układu ostrze-ostrze Na rys zilustrowano procentowy udział poszczególnych zakresów promieniowania optycznego, których wartości przedstawiają środek określonych uprzednio przedziałów promieniowania dla układu typu ostrze-ostrze. Rys. 6.4 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-ostrze w czystym oleju mineralnym Rys. 6.5 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-ostrze w eksploatowanym oleju mineralnym Rys. 6.6 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane w układzie typu ostrze-ostrze w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza

23 6.5. Energia promieniowania optycznego w układzie modelującym wyładowania powierzchniowe Na rys zilustrowano procentowy udział poszczególnych zakresów promieniowania optycznego, których wartości przedstawiają środek określonych uprzednio przedziałów promieniowania dla układu modelującego WEP. Rys. 6.7 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WEP w czystym oleju mineralnym Rys. 6.8 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WEP w eksploatowanym oleju mineralnym

24 Rys. 6.9 Procentowy udział energetyczny poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WEP w eksploatowanym oleju mineralnym z pęcherzykami powietrza 6.6. Wnioski z przeprowadzonych analiz Przeprowadzona analiza widm emisyjnych pod kątem udziału poszczególnych zakresów promieniowania optycznego emitowanego przez WE generowane przez badane układy modelujące, dla trzech rozpatrywanych olejów izolacyjnych, umożliwiła określenie ich charakterystycznych zakresów. Na podstawie uzyskanych wyników, można stwierdzić, że: wyznaczone udziały procentowe energii dla poszczególnych zakresów promieniowania optycznego wykazały, że największa energia jest emitowana zakresie światła widzialnego, energia promieniowania emitowana w zakresie ultrafioletu występuje tylko w czystym oleju mineralnym, co wskazuje na wpływ stanu technicznego oleju na zakres emitowanego promieniowania, uzyskane wyniki wykazują indywidualny charakter procentowego udziału energetycznego dla poszczególnych układów modelujących, co może stanowić dodatkowy parametr identyfikacyjny, który uzupełni grupę charakterystycznych deskryptorów umożliwiających rozpoznanie poszczególnych form WE. 7. Możliwości identyfikowania formy wyładowania elektrycznego na podstawie dobranych deskryptorów W celu rozpoznania form WE na podstawie przebiegów widm optycznych dokonano doboru charakterystycznych deskryptorów, które je w sposób jednoznaczny opisują. Zarejestrowane za pomocą spektrofotometru widma nie posiadają charakterystyk czasowych, co uniemożliwia zastosowanie parametrów czasowych do ich opisu. Stąd zachodzi konieczność doboru innych parametrów, które będą umożliwiały określenie kształtu i struktury widma optycznego na podstawie zarejestrowanej intensywności składowych długości fal tego widma

25 7.1. Dobór deskryptorów charakteryzujących analizowane formy wyładowań elektrycznych przy zmianach napięcia zasilania Na podstawie analiz uzyskanych wyników pomiarowych przedstawionych w rozdz. 6. można wykazać, że przy ściśle zdefiniowanych warunkach metrologicznych, w jakich wykonywane są pomiary metodą spektrofotometrii optycznej, porównując wytypowane wskaźniki istnieje możliwość rozpoznania poszczególnych jednoźródłowych form WE. Możliwość ta dotyczy WE modelowanych w następujących układach: ostrze-ostrze, ostrzepłyta i w układzie do wyładowań powierzchniowych, które generowano w mineralnym oleju elektroizolacyjnym o różnym stanie technicznym. Spośród grupy parametrów charakteryzujących zarejestrowane widma emisji promieniowania optycznego dokonano wyboru grupy deskryptorów, a następnie w dalszej części pracy udowodniono, że na podstawie analizy porównawczej ich wartości, istnieje możliwość identyfikacji opisanych wyżej form WE. Przyjęto następujące deskryptory: współczynnik szczytu i kształtu, medianowa długość fali, względny wskaźnik intensywności, zakres pasma emitowanego promieniowania optycznego oraz procentowy udział energii promieniowania optycznego w zakresie UV, VIS i NIR Deskryptory do identyfikacji podstawowych form wyładowań elektrycznych w oleju elektroizolacyjnym W celach porównawczych w tabelach zestawiono wartości deskryptorów wyznaczonych dla układów modelujących WE: ostrze-ostrze, ostrze-płyta oraz WEP, oddzielnie dla wszystkich badanych olejów mineralnych. Deskryptory dla układu modelującego wyładowania typu ostrze-ostrze. Rodzaj deskryptora Współczynnik szczytu Współczynnik kształtu Medianowa długość fali Względny wskaźnik intensywności Procentowy udział energii promieniowania Czysty olej mineralny Eksploatowany olej mineralny Tabela 7.1 Eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza UV: 2.17<X typ <7.19 UV: 0.00 UV: 0.00 VIS: 90.39<X typ <96.14 VIS: 96.94<X typ <99.05 VIS: 94.17<X typ <96.61 NIR: 1.52<X typ <2.59 NIR: 0.96<X typ <3.06 NIR: 3.38<X typ <

26 Deskryptory dla układu modelującego wyładowania typu ostrze-płyta. Rodzaj deskryptora Współczynnik szczytu Współczynnik kształtu Medianowa długość fali Względny wskaźnik intensywności Procentowy udział energii promieniowania Czysty olej mineralny Eksploatowany olej mineralny Tabela 7.2 Eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza UV: 0.90<X typ <2.08 UV: 0.00 UV: 0.00 VIS: 96.87<X typ <98.14 VIS: 94.26<X typ <95.97 VIS: 94.32<X typ <97.39 NIR: 0.69<X typ <1.33 NIR: 4.03<X typ <5.74 NIR: 2.61<X typ <5.68 Deskryptory dla układu modelującego wyładowania powierzchniowe. Rodzaj deskryptora Współczynnik szczytu Współczynnik kształtu Medianowa długość fali Względny wskaźnik intensywności Procentowy udział energii promieniowania Czysty olej mineralny Eksploatowany olej mineralny Tabela 7.3 Eksploatowany olej mineralny z pęcherzykami powietrza UV: 9.23<X typ <10.56 UV: 0.00 UV: 0 VIS: 88.71<X typ <90.39 VIS: 93.67<X typ <95.23 VIS: 95.67<X typ <97.15 NIR: 0.38<X typ <0.74 NIR: 4.77<X typ <6.33 NIR: 2.85<X typ < Podsumowanie i wnioski z uzyskanych rezultatów W tabelach przedstawiono w sposób syntetyczny zestawienie porównawcze wartości średnich, oraz odchylenia standardowe dla wyznaczonych deskryptorów

27 Wyznaczone wartości średnie i odchylenie standardowe dla współczynnika szczytu. Układ modelujący Olej mineralny fabrycznie nowy Wartość średnia Odchylenie standardowe Olej mineralny eksploatowany Wartość średnia Odchylenie standardowe Tabela 7.4 Olej mineralny eksploatowany z pęcherzykami powietrza Wartość średnia Odchylenie standardowe WEP Wyznaczone wartości średnie i odchylenie standardowe dla współczynnika kształtu. Układ modelujący Olej mineralny fabrycznie nowy Wartość średnia Odchylenie standardowe Olej mineralny eksploatowany Wartość średnia Odchylenie standardowe Tabela 7.5 Olej mineralny eksploatowany z pęcherzykami powietrza Wartość średnia Odchylenie standardowe WEP Wyznaczone wartości średnie i odchylenie standardowe dla medianowej długości fali Układ modelujący Olej mineralny fabrycznie nowy Wartość średnia Odchylenie standardowe Olej mineralny eksploatowany Wartość średnia Odchylenie standardowe Tabela 7.6 Olej mineralny eksploatowany z pęcherzykami powietrza Wartość średnia Odchylenie standardowe Ostrzeostrze Ostrzepłyta Ostrzeostrze Ostrzepłyta Ostrzeostrze Ostrzepłyta WEP

28 Tabela 7.7 Wyznaczone wartości średnie i odchylenie standardowe dla względnego wskaźnika intensywności Układ modelujący Olej mineralny fabrycznie nowy Wartość średnia Odchylenie standardowe Olej mineralny eksploatowany Wartość średnia Odchylenie standardowe Olej mineralny eksploatowany z pęcherzykami powietrza Wartość średnia Odchylenie standardowe Ostrzeostrze Ostrzepłyta WEP Na podstawie przeprowadzonej analizy porównawczej poszczególnych deskryptorów można sformułować następujące wnioski i uwagi: Współczynnik szczytu dla oleju mineralnego fabrycznie nowego charakteryzuje się różnymi wartościami średnimi dla wszystkich układów modelujących. Jednakże obszar zmienności wyznaczony na podstawie odchylenia standardowego dla układu typu ostrze-ostrze i układu do wyładowań powierzchniowych przyjmuje identyczny zakres, co uniemożliwia ich jednoznaczną identyfikację. Dla oleju mineralnego eksploatowanego oraz oleju eksploatowanego z pęcherzykami powietrza współczynnik szczytu przyjmuje różne wartości średnie oraz odpowiadające im obszary zmienności różnią się od siebie. Umożliwia to jednoznaczne rozpoznanie układu modelującego. Współczynnik kształtu dla oleju fabrycznie nowego wykazuje różnice dla wszystkich układów modelujących. Zakres obszaru zmienności wyznaczony na podstawie odchylenia standardowego dla układów ostrze-ostrze i ostrze-płyta uniemożliwia jednoznaczną identyfikację tych układów. Podobna sytuacja występuje dla oleju eksploatowanego z pęcherzykami powietrza. Natomiast dla oleju mineralnego eksploatowanego identyczny zakres obszaru zmienności występuje dla układów ostrze-ostrze i układu do wyładowań powierzchniowych, co również uniemożliwia jednoznaczne rozpoznanie tych układów. Medianowa długość fali przyjmuje różne wartości średnie dla wszystkich układów generujących WE w oleju mineralnym fabrycznie nowym. Identyczne zakresy obszaru zmienności występują w tym przypadku dla układów ostrze-ostrze i ostrze-płyta, co uniemożliwia ich jednoznaczne rozpoznanie. Analogiczna sytuacja występuje dla oleju mineralnego eksploatowanego z pęcherzykami powietrza. Natomiast dla oleju mineralnego eksploatowanego istnieje możliwość jednoznacznego rozpoznania układów modelujących na podstawie porównania wartości deskryptora. Względny wskaźnik intensywności przyjmuje identyczne wartości średnie dla układów typu ostrze-ostrze i ostrze-płyta dla oleju mineralnego fabrycznie nowego. Analogiczna sytuacja występuje dla oleju mineralnego eksploatowanego z pęcherzykami powietrza. Dla tych przypadków niemożliwe jest jednoznaczne

29 rozpoznanie układu modelującego. Natomiast dla oleju mineralnego eksploatowanego zakres obszaru zmienności wyznaczony na podstawie odchylenia standardowego jest identyczny dla wszystkich trzech układów modelujących, co całkowicie uniemożliwia ich jednoznaczne rozpoznanie Analizując charakterystyczne cechy przyjętych deskryptorów nie jest możliwe wskazanie jednego z nich, który umożliwiałby jednoznaczne rozpoznanie układu modelującego. Jednakże zastosowanie do rozpoznania układu modelującego wszystkich czterech wskaźników umożliwia, na podstawie porównania ich wartości z poszczególnymi wyznaczonymi w pracy zakresami obszarów zmienności, wskazanie właściwego układu modelującego poszczególne formy WE oraz dodatkowo pozwala na określenie rodzaju oleju mineralnego w którym nastąpiła generacja. 8. Uwagi, wnioski i problemy otwarte W ramach prac naukowo-badawczych, których wyniki opisano w rozprawie przeprowadzono szereg pomiarów i analiz dotyczących promieniowania optycznego emitowanego przez trzy podstawowe jednoźródłowe formy WE, generowane w mineralnym oleju elektroizolacyjnym o różnym stanie technicznym. Badania opierały się na rejestracji intensywności emitowanego promieniowania optycznego dla różnych wartości napięcia zasilania układów modelujących WE, a także dla różnych odległości między elektrodami zastosowanych iskierników. Wszystkie pomiary wykonywano w tych samych warunkach metrologicznych. Na podstawie wyników prac naukowo-badawczych uzyskanych podczas realizacji niniejszej rozprawy wykazano, że jest możliwe rozpoznanie podstawowych, jednoźródłowych form WE, generowanych w oleju izolacyjnym, przy użyciu charakterystycznych deskryptorów, opracowanych na podstawie zarejestrowanych widm emitowanego promieniowania optycznego. Wyniki przeprowadzonych analiz potwierdzają możliwości zastosowania metody spektrofotometrii optycznej do pomiarów WE generowanych w oleju elektroizolacyjnym. Ponadto na podstawie wyników przeprowadzonej oceny powtarzalności wykazano, że zachodzi powtarzalność wyników z 5% możliwością popełnienia błędu. Uzyskane w trakcie realizacji badań wyniki pomiarów i analiz oraz opracowane modele matematyczne potwierdzają przyjętą w rozprawie tezę pracy sformułowaną w rozdz. 2. Rezultaty uzyskane podczas badań wykonanych w ramach rozprawy mogą posłużyć do dalszych prac zmierzających do praktycznego zastosowania metody spektrofotometrii optycznej w diagnostyce układów izolacyjnych urządzeń wysokonapięciowych, jako uzupełniającego wskaźnika oceny WE. Kierunki prowadzenia dalszych prac naukowo-badawczych powinny uwzględnić przeprowadzenie analogicznych badań dla innych cieczy elektroizolacyjnych jak np. estry syntetyczne i naturalne, które również stosowane są w wysokonapięciowych urządzeniach elektroenergetycznych. Bardzo istotne wydaje się także zbadanie wpływu zmian wartości temperatury cieczy elektroizolacyjnych na emitowane sygnały optyczne generowane przez przyjęte formy jednoźródłowych WE

30 Spis literatury [1] Alonso M. and Finn E.J., Fundamental University Physic, Volume III: Quantum and Statistical Physics. Addison-Wesley, [2] Azevedo CHB, Marques AP R.C., Methodology for the detection of partial discharges in power transformers using the acoustic method, 2009, Eurocon 09., pp , [3] Boczar T. and Frącz P., Application Possibilities of the Optical Spectrophotometry Method in Insulation System Diagnostics of Power Appliances, in Proc. 35 th Int. Conf., Defektoscopy, 2005, pp [4] Boczar T.; Frącz P.; and Zmarzly D., Analysis of the Light Radiation Spectra Emitted by Electrical Discharges in Insulation Oil, Phys. Chem. Solid State, vol. 4, no. 4, pp , [5] Chatterjee S. and Simonoff J.S., Handbook of Regression Analysis [6] Chipperfield A.J. and Fleming P.J., The MATLAB genetic algorithm toolbox, Appl. Control Tech. Using MATLAB, IEE Colloq., p. 10/1-10/4, [7] Coenen S. and Tenbohlen S., Location of PD sources in power transformers by UHF and acoustic measurements, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 19, no. 6, pp , [8] Coles S.G., An introduction to Statistical Modeling of Extreme Values [9] Deng J.D.; Xiao H.; Huo W.; Luo M.; May R.; Wang A.; and Liu Y.L., Optical fiber sensorbased detection of partial discharges in power transformers, Opt. LASER Technol., vol. 33, no. 5, pp , [10] James G.; Witten D.; Hastie T.; and Tibshirani R., An introduction to statistical learning: with applications in R, vol. XIV [11] Koziarska A. and Metelski A., Statystyka dla studentów kierunków inżynierskich. Opole: Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, [12] Kozioł M., Zastosowanie spektrofotometru optycznego do badania widm sygnałów optycznych emitowanych przez wyładowania niezupełne w oleju izolacyjnym, Pozn. Univ. Technol. Acad. Journals Electr. Eng., vol. 82, pp , [13] Kozioł M. and Boczar T., Widma optyczne emitowane przez wyładowania elektryczne generowane w oleju elektroizolacyjnym, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 10, pp , [14] Kozioł M. and Boczar T., Optical signals emitted by partial discharges, in Problems And Progress In Metrology, PAN Series: Conferences No. 20, 2015, pp [15] Kozioł M. and Nagi Ł., Wyznaczanie energii promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez wyładowania elektryczne, Pozn. Univ. Technol. Acad. Journals Electr. Eng., vol. 86, pp , [16] Kozioł M.; Wotzka D.; Boczar T.; and Frącz P., Application of Optical Spectrophotometry for Analysis of Radiation Spectrum Emitted by Electric Arc in the Air, J. Spectrosc., vol. 2016, [17] Kumar M.; Husian M.; Upreti N.; and Gupta D., Genetic Algorithm: Review and Application, Int. J. Inf. Technol. Knowl. Manag., vol. 2, no. 2, pp , [18] Muciek A., Wyznaczanie modeli matematycznych z danych eksperymentalnych. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, [19] Nagi Ł. and Kozioł M., Analiza promieniowania jonizującego generowanego przez WNZ za pomocą środowiska MATLAB, Pozn. Univ. Technol. Acad. Journals Electr. Eng., vol. 86, pp , [20] Nagi Ł.; Zmarzly D.; Boczar T.; and Frącz P., Detection of high-energy ionizing radiation generated by electrical discharges in oil, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 23, no. 4, pp , [21] OceanOptics, Installation and Operation Manual [22] Saragih J., Principal regression analysis, in Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 2011, pp [23] Schwarz R., Review of Partial Discharge Monitoring techniques used in High Voltage