Συντάχθηκε 17-06-2026 13:20
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 141Π-36,141Π-37
Έναρξη: 17/06/2026 13:30
Λήξη: 17/06/2026 14:30
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Θωμά Λαγού
με θέμα
Mελέτη Διηλεκτρικής Συμπεριφοράς Νανορευστών Οξειδίων Τιτανίου για χρήση σε ΣΗΕ
Study of the Dielectric Behavior of Titanium Oxide Nanofluids for use in Power Systems
Εξεταστική Επιτροπή
Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Πέππας (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Αναπληρωτής Καθηγητής Θωμάς Τσοβίλης (ΑΠΘ, Τμήμα ΗΜΜΥ)
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη της διηλεκτρικής αντοχής νανοελαίων φυσικού εστέρα και ειδικότερα του ελαίου FR3, με πρόσμιξη νανοσωματιδίων διοξειδίου του τιτανίου (TiO2), υπό διαφορετικές συνθήκες αφύγρανσης. Στόχος της εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης της συγκέντρωσης των νανοσωματιδίων, της επίδρασης του χρόνου επεξεργασίας αφύγρανσης καθώς και της στατιστικής συμπεριφοράς του μονωτικού υγρού έπειτα από τον μεγάλο όγκο συνεχόμενων ηλεκτρικών εκκενώσεων.
Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με το διεθνές πρότυπο IEC 60156, ενώ τα αποτελέσματα αναλύθηκαν με χρήση της κατανομής Weibull, επιτρέποντας την αξιολόγηση της διηλεκτρικής αντοχής με όρους αξιοπιστίας και όχι μόνο μέσω μέσων τιμών. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στα χαμηλά ποσοστιαία επίπεδα πιθανότητας (1%,10%), τα οποία είναι κρίσιμα για τον ασφαλή σχεδιασμό αξιόπιστων υγρών διηλεκτρικών σε εφαρμογές μετασχηματιστών υψηλής τάσης.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η προσθήκη νανοσωματιδίων TiO2 βελτιώνει σημαντικά τη διηλεκτρική αντοχή, με τη συγκέντρωση 0.020% wt (Δείγμα C5) να αναδεικνύεται ως η βέλτιστη (optimum concentration), καθώς συνδυάζει τη μέγιστη διηλεκτρική αντοχή με την υψηλότερη στατιστική ομοιογένεια και σταθερότητα. Παράλληλα, αναδεικνύεται ο καθοριστικός ρόλος του χρόνου αφύγρανσης, ο οποίος δεν λειτουργεί γραμμικά αλλά εξαρτάται από τη συγκέντρωση, ενώ η παρατεταμένη καταπόνηση από τις εκατοντάδες συνεχόμενες διασπάσεις αποδείχθηκε ότι προκαλεί σταδιακή υποβάθμιση της διηλεκτρικής συμπεριφοράς και διεύρυνση της στατιστικής διασποράς.
Συνολικά, η εργασία αυτή βοηθάει στο να καταλάβουμε καλύτερα πώς τα νανοσωματίδια επηρεάζουν τη διηλεκτρική συμπεριφορά του φυσικού εστέρα και δείχνει στην πράξη πόσο χρήσιμη είναι η στατιστική ανάλυση Weibull για να αξιολογούμε σωστά και με ασφάλεια τα μονωτικά λάδια που χρησιμοποιούνται στις υψηλές τάσεις.
Λέξεις κλειδιά: TiO2, νανοέλαια, νανοσωματίδια, βέλτιστη συγκέντρωση, χρόνος αφύγρανσης, διηλεκτρική αντοχή, κατανομή Weibull, φυσικός εστέρας, IEC 60156.
Abstract
This diploma thesis investigates the dielectric strength of natural ester insulating nanofluids, focusing on FR3 oil enhanced with titanium dioxide (TiO2) nanoparticles under different dehydration conditions. The main objective is to examine the influence of nanoparticle concentration, the effect of dehydration processing time , as well as the statistical behavior after the large volume of consecutive electrical discharges.
The experimental procedure was conducted in accordance with the international standard IEC 60156, and the obtained breakdown voltage data were analyzed using the Weibull distribution. This approach enables a reliability-oriented evaluation of dielectric strength, extending beyond simple mean values and emphasizing low-probability percentiles (1%,10%), which are of critical importance for the design of reliable liquid dielectrics in high-voltage transformer applications.
The results indicate that the addition of TiO2 nanoparticles significantly enhances the dielectric withstand, with the concentration of 0.020% wt (Sample C5) being identified as the optimum choice, combining peak dielectric strength with the highest statistical homogeneity and stability. Furthermore, the crucial role of dehydration time is highlighted, showing a non-linear behavior that depends on the specific concentration level, while the prolonged exposure to hundreds of consecutive breakdown events was found to induce gradual degradation of the dielectric performance and an increase in statistical dispersion.
Overall, this work helps to better understand how nanoparticles affect the dielectric behavior of natural esters and demonstrates in practice how useful Weibull statistical analysis is for properly and safely assessing insulating oils used in high-voltage applications.
Keywords: TiO2, nanofluids, nanoparticles, optimum concentration, dehydration time, dielectric strength, Weibull distribution, natural ester, liquid dielectrics, IEC 60156.
