Dr hab. inż. Kazimierz Jagieła, prof. ATH Częstochowa, 01.12.2015 Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej RECENZJA rozprawy doktorskiej magistra inżyniera Ireneusza Urbańca pt.: Widma emisyjne wyładowań elektrycznych występujących na powierzchniach dielektryków ceramicznych. Recenzja została przygotowana na zlecenie Pana Dziekana, prof. dra hab. inż. Mariana Łukaniszyna, zgodnie z uchwałą Rady Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej, z dnia 22 października 2015 r. Promotorem rozprawy doktorskiej mgra inż. Ireneusza Urbańca jest Pan dr hab. inż. Paweł Frącz, prof. Politechniki Opolskiej. 1. Tematyka i cel rozprawy Recenzowana rozprawa mgra inż. Ireneusza Urbańca obejmuje klasyczną tematykę z dyscypliny Elektrotechniki, w szczególności zagadnień ze specjalności techniki wysokich napięć, materiałoznawstwa elektrycznego, fizyki (w zakresie dotyczącym optyki), metrologii wysokonapięciowej i nowoczesnej analizy sygnałów z wykorzystaniem metod statystycznych. Wyładowania niezupełne występujące w układach izolacyjnych, w których nastąpiło obniżenie ich wytrzymałości elektrycznej, ciągle są jednym z najważniejszych symptomów na podstawie których jest oceniany stan różnych układów izolacyjnych, zarówno olejowopapierowych, jak również dielektryków stałych (ceramika, szkło, polimery), a także dielektryków gazowych (powietrze, SF 6 ). Klasycznym wskaźnikiem oceny intensywności i szkodliwości występujących wyładowań jest ładunek pozorny Q p. Doktorant w swojej rozprawie przedstawia propozycję wprowadzenia do wykonania i oceny wielkości występujących wyładowań niezupełnych parametrów charakteryzujących emisję świetlną towarzyszącą występującym wyładowaniom. Takie podejście do opisu 1
znanego zjawiska wyładowań niezupełnych jest podejściem nowym, otwierającym interesujące możliwości poznawcze i diagnostyczne. Czujniki optoelektroniczne i dedykowane do tego typu łącza umożliwiają ich instalowanie bezpośrednio przy źródle generacji wyładowań, co otwiera zupełnie nowe możliwości diagnostyczne. Drugim czynnikiem umożliwiającym podjęte przez doktoranta badania są nowe możliwości metrologiczne w zakresie metod jak również odpowiedniego sprzętu. Od niedawna dostępne są nowoczesne o dużej czułości kamery o szerokim zakresie widma (od głębokiego ultrafioletu do podczerwieni) i nowoczesne spektrofotometry umożliwiające rozbudowaną analizę rejestrowanych widm optycznych. Doktorant w swojej rozprawie podejmuje próbę wykorzystania tych możliwości dla wykrywania i analizy widm optycznych towarzyszącym wyładowaniom niezupełnym występujących na powierzchniach różnych izolatorów porcelanowych. Takie podejście Doktoranta, łączące osiągnięcia dwóch dziedzin: techniki wysokich napięć (elektrotechnikę) i optykę (fizykę) jest oryginalne i otwiera nowe możliwości zarówno naukowe i poznawcze a w nieodległej przyszłości być może zastosowania techniczne i diagnostyczne. W oparciu o przedstawione powyżej uzasadnienie temat rozprawy uznaję za oryginalny, nowoczesny i ważny z punktu widzenia naukowego. Jako ogólny cel rozprawy Doktorant wskazuje określenie widm emisyjnych wyładowań elektrycznych występujących na powierzchni izolatorów porcelanowych, z wykorzystaniem wysokoczułej kamery UV i spektrofotometru. Cel rozprawy został sformułowany jasno; ograniczenie badań do widm emisyjnych wyładowań występujących na powierzchniach dielektryków porcelanowych; z uwagi na fizyczny charakter wykrywanych i rejestrowanych sygnałów optycznych uważam za w pełni uzasadniony. Rejestracja i analiza widm optycznych wyładowań niezupełnych występujących w innych dielektrykach i układach optycznych (np. w oleju, polietylenie, na szkle, w SF 6 ) winna być kontynuowana w badaniach realizowanych w następnych latach. Doktorant przedstawia w rozprawie (str. 7) jasno i szczegółowo sformułowaną tezę, nawiązującą do przyjętego celu rozprawy. Uważam ją za formalnie poprawną i ciekawą od strony poznawczej. Należy podkreślić, że tematyka rozprawy Doktoranta, dotycząca problematyki wykonywania pomiarów i analizy różnych sygnałów generowanych przez wyładowania niezupełne wpisuje się w naukowy i techniczny nurt dorobku opolskiego ośrodka naukowego w tej dziedzinie, od 40-tu lat tworzonego i rozwijanego przez prof. Jerzego Skubisa. 2
2. Merytoryczna charakterystyka rozprawy Rozprawa mgra inż. Ireneusza Urbańca składa się z czterech części: teoretycznej, obejmującej obszerny przegląd literatury, charakterystykę dielektryków ceramicznych i podstawowych wiadomości z zakresu fizyki wyładowań niezupełnych rozdz. 3 (str. 8 do 25), metrologicznej, przedstawiającej problematykę pomiaru widm optycznych, charakterystykę możliwości metrologicznych i przedstawienie sposobu numerycznego opracowania wyników rozdz. 4 (str. 25 do 43), badawczy, w której Doktorant przedstawia uzyskane wyniki rozdz. 5 (str. 43 do 61) i rozdz. 6 (str. 62 do 69), analityczny (najbardziej obszerny), w której Doktorant prezentuje wyniki analiz i interpretację uzyskanych rezultatów rozdz. 7 (str. 69 do 99), rozdz. 8 (str. 99 do 125), a także załączniki: nr 1 (19 stron), nr 2 (5 stron) i nr 3 (28 stron). Ponadto rozprawa zawiera, spis ważniejszych oznaczeń i skrótów (str. 5), wprowadzenie (str. 6-7); cel, zakres i tezę pracy (str. 8), podsumowanie (rozdz. 9, str. 125 do 128) a także, co pragnę podkreślić płytę CD zawierającą elektroniczną wersję rozprawy oraz zestawienie w postaci graficznej wszystkich uzyskanych wyników pomiarów i analiz (zał. nr 4). Spis literatury przedstawiony w rozprawie obejmuje 171 pozycji, z których 128 to publikacje anglojęzyczne. Szkoda, że Doktorant nie powołał się na swoje publikacje, które niewątpliwie posiada w swoim dorobku. Teoretyczna część rozprawy (rozdz. 3) jest poprawnie opracowana i standardowo na podstawie literatury, w sposób typowy dla dysertacji doktorskich. Nie mam do niej uwag merytorycznych. Druga część rozprawy (rozdz. 4) odnosząca się do problematyki metrologicznej, także w większości jest opracowana na podstawie literatury i dotyczy zagadnień znanych ogólnie, jednak podrozdziały 4.3, 4.4 i 4.6 są interesujące i przedstawiają oryginalny wkład własny Doktoranta do problematyki metrologii i oceny wyładowań niezupełnych w oparciu o ich widma optyczne. Wyjątkowo wartościowa pod względem naukowym jest trzecia (rozdz. 5 i 6) i czwarta (rozdz. 7 i 8, zał. nr 1, 2 i 3) część rozprawy, w których Doktorant przedstawia uzyskane przez siebie wyniki badań oraz rezultaty ich analizy. Ta część rozprawy obejmuje 134 stron i stanowi 74% całości. Wyniki pomiarów i analiz przedstawione w tej najważniejszej i najbardziej obszernej części rozprawy są bardzo cenne naukowo i wnoszą nowe informacje poznawcze dotyczące widm optycznych wyładowań niezupełnych występujących na 3
powierzchni dielektryków ceramicznych. Stwierdzam, że osiągnięte wyniki przedstawione w tej części pracy w pełni dowodzą przyjętej w rozprawie tezy (str. 7). Przyjęta przez Doktoranta metodyka badawcza została w pełni logicznie i konsekwentnie zrealizowana. 3. Naukowe osiągnięcia Doktoranta Oryginalnymi osiągnięciami uzyskanymi przez Doktoranta przedstawionymi w rozprawie są: opracowanie metodologii pomiarowej widm optycznych wyładowań elektrycznych, w tym dwóch metod pomiarowych i określenie zakresu pomiarów, wykonanie pomiarów intensywności promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania występujące w wybranych dielektrykach ceramicznych i układach izolacyjnych, przy zastosowaniu dwóch niezależnych technik pomiarowych, a mianowicie: - przy wykorzystaniu spektrofotometru, rejestracja w paśmie od 190 nm do 1100 nm, - przy użyciu kamery UV, rejestracja w zakresie od 250 nm do 280 nm, numeryczna analiza uzyskanych wyników i ich interpretacja, określenie wartości napięć początkowych wyładowań elektrycznych na podstawie zarejestrowanych widm emisyjnych, określenie zależności między wartościami napięcia generacji wyładowań a rejestrowanymi wynikami intensywności promieniowania optycznego, wykonanie analizy regresyjnej uzyskanych wyników, dopasowanie funkcji aproksymujących w celu opisu uzyskanych zależności, porównanie intensywności promieniowania optycznego emitowanego przez wyładowania występujące na powierzchniach różnych izolatorów ceramicznych, określenie użytecznych pasm widma i długości emitowanych fal, w których promieniowanie optyczne generowane przez emitowane wyładowania niezupełne ma największą intensywność. 4. Uwagi i komentarze do rozprawy Do recenzowanej rozprawy mam następujące uwagi: Przedstawiony w rozdziale 3.4 (str. 16 do 25) literaturowy przegląd zagadnienia ma charakter ogólny i dotyczy problematyki szerszej, niż ta którą zdefiniowano na początku rozprawy, w rozdz. 2 (str. 8). 4
Przy realizacji pomiarów widm optycznych od wyładowań Doktorant wykorzystał unikalną aparaturę, otwierającą szerokie możliwości szerszego wykorzystania w metrologii i diagnostyce wysokonapięciowej. Stosunkowo lakoniczne informacje na ten temat podaje w podrozdziale 4.4 (str. 31 do 34). Uważam, iż podczas obrony rozprawy warto byłoby szerzej omówić te możliwości i dokładniej scharakteryzować wykorzystywaną kamerę UV i spektrofotometr. W tablicach 4.3, 4.4 i 4.5 ( str. 36, 37 i 38) Doktorant przedstawia szerokie zakresy wartości napięć, przy których generował wyładowania niezupełne; np. w pierwszym punkcie tablicy 4.3 zakres ten obejmuje 26 punktów pomiarowych: od 0,53 U p do 0,93 U p. Szkoda, że podczas generacji wyładowań nie był mierzony ich ładunek pozorny Q p. Znajomość wartości ładunku pozornego Q p w powiązaniu z mierzonymi widmami optycznymi w tak szerokim zakresie stanowiłoby znacznie bardziej wartościową i użyteczną informację dla wnioskowania o stanie technicznym badanych dielektryków ceramicznych. Wyniki wykonanych przez Doktoranta badań widm optycznych odnoszą się do powierzchniowych wyładowań niezupełnych występujących w izolatorach ceramicznych. Proszę Doktoranta o wyjaśnienie, w jaki sposób była przygotowywana do badań powierzchnia izolatorów ceramicznych, w których generowano wyładowania niezupełne występujące przy różnych odległościach między elektrodami? Jaki wpływ na intensywność występujących wyładowań, a w konsekwencji na ich widma optyczne, mogą mieć zanieczyszczenia powierzchni, wilgotność, itp.? Sposób prezentacji przez Doktoranta uzyskanych wyników (rozdz. 5 i 6) a przede wszystkim sposób ich analizy przedstawione w rozdziałach 7 i 8 świadczy o wysokiej kompetencji Doktoranta w zakresie analizy sygnałów. Rozprawa jest starannie zredagowana, jej układ jest poprawny. Rozprawa jest przygotowana na bardzo dobrym poziomie edytorskim. Drobne poprawki w tym obszarze zostały naniesione na egzemplarzu pracy a następnie omówione i przekazane Doktorantowi. 5. Konkluzja Przedstawiona do recenzji rozprawa doktorska wnosi do dyscypliny naukowej elektrotechnika - specjalność materiałoznawstwo elektryczne i technika wysokich napięć duży wkład i nową jakość w rozwój metod diagnostyki dielektryków i układów izolacyjnych. Proponowane metody badań w znaczący sposób przyczyniają się do rozszerzenia problematyki związanej z wyładowaniami niezupełnymi, szczególnie dotyczy to metrologii 5
oraz określenia zależności między intensywnością wyładowań i stopniem deterioracji dielektryków ceramicznych. Doktorant rozwiązał i udowodnił postawioną tezę naukową, przeto niewątpliwie wykazał, iż ma wystarczające kwalifikacje do prowadzenia samodzielnych badań naukowych na konstruowanych modelach jak również obiektach rzeczywistych. Rezultaty osiągnięte przez Doktoranta mają wartość poznawczą tak pod względem technicznym jak i naukowym, mogą stanowić podstawę do dalszych prac zmierzających do praktycznego ich wykorzystania w przemyśle i energetyce. Praca zawiera elementy nowości w sensie naukowym, stanowiące udokumentowany dorobek własny Doktoranta. Stwierdzam, że Doktorant udowodnił przyjęte założenia naukowe i zrealizował cel rozprawy. Rozprawa nie wymaga zmian ani uzupełnień. Merytoryczny zakres rozprawy oceniam jako w pełni spełniający a nawet przekraczający określone wymagania stawiane rozprawom doktorskim. Biorąc pod uwagę wartość naukową i poznawczą rozprawy uważam, że w recenzowanej pracy doktorskiej pt. Widma emisyjne wyładowań elektrycznych występujących na powierzchniach dielektryków ceramicznych mgr inż. Ireneusz Urbaniec samodzielnie rozwiązał bardzo ważny problem z zakresu elektrotechniki oraz wykazał się umiejętnościami wymaganymi, dla uzyskania stopnia doktora nauk technicznych. Stwierdzam, że w świetle obowiązujących przepisów: Ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. z 2003 r. nr 65, poz. 595 z późn. zm.) oraz Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 22 września 2011 r. w sprawie szczegółowego trybu i warunków przeprowadzania czynności w przewodach doktorskich, w postępowaniu habilitacyjnym oraz w postępowaniu o nadanie tytułu profesora (Dz. U. z 2011 r. nr 204, poz. 1200) praca spełnia wymagania stawiane rozprawom doktorskim i wnioskuję o dopuszczenie jej do publicznej obrony przed Radą Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej. Zważywszy na to, że praca spełnia moim zdaniem z nadmiarem kryteria stawiane rozprawom doktorskim, wnioskuję o jej wyróżnienie. Dr hab. inż. Kazimierz Jagieła, prof. ATH 6