Partial discharges in high-voltage insulating systems

The book presents selected aspects related to the partial discharge mechanism, its processing, and analytics in high-voltage insulating systems. Partial discharges (PD) have intrigued researchers for more than a century, yet some underlying physical mechanisms are still not fully understood and require a multiphysical research approach. The book comprises underlying physical PD phenomena in a strong electric field, various PD detection methods, with a special focus on electrical measurements and optical imaging, including various high voltage stimuli, such as AC, DC, PWM, and impulse voltages. The separate class refers to non-continuous PD sequencing called PD chopping and the discovered associated phenomenon called PD Echo.  PD analytics deals with the application of artificial intelligence to partial discharges; for example, to feature extraction, clustering, or segmentation, as well as classification based on deep convolutional neural networks. This book presents a comprehensive approach to the problem of partial discharges while highlighting current research areas.

Wyładowania niezupełne są jedną z form wyładowań elektrycznych, których występowanie w wysokonapięciowych układach izolacyjnych urządzeń elektroenergetycznych może być - z powodu destrukcyjnego oddziaływania na materiały izolacyjne - przyczyną zmniejszenia niezawodności tych urządzeń. Zjawiska te są od ponad wieku przedmiotem badań w licznych ośrodkach na świecie i w Polsce, prowadzonych dla poznania ich mechanizmów fizykalnych w różnych materiałach izolacyjnych, w szczególności dielektryków polimerowych. Mimo to na rynku krajowym brakowało do tej pory monografii, która ujmowałaby te zagadnienia tak szeroko i kompleksowo.

Treścią książki są wybrane zagadnienia dotyczące mechanizmów wyładowań niezupełnych, ich detekcji, pomiarów w układach izolacyjnych i przetwarzania wyników oraz analityki. Opisano charakterystyczne cechy inicjowania i rozwoju tych zjawisk w dielektrykach w silnym polu elektrycznym. Analizowano wpływ wysokonapięciowych wymuszeń przy napięciu przemiennym (AC), stałym (DC), modulowanym (PWM) i impulsowym. Zastosowanie nieciągłego sekwencjonowania impulsów wyładowań niezupełnych przy napięciu przemiennym dało podstawy sformułowania i opisu teoretycznego zjawiska określonego jak "echo wyładowań niezupełnych". W zakresie problematyki przetwarzania sygnałów wyładowań niezupełnych - od akwizycji do przetwarzania obrazów - przedstawiono aspekty procesów degradacji dielektryków, mapowania powierzchniowych klastrów wyładowań i zmian ich morfologii. Zagadnienia analityki obejmują zastosowanie sztucznej inteligencji, na przykład do ekstrakcji charakterystycznych cech, grupowania lub segmentacji, a także klasyfikacji form wyładowań, opartej na głębokich konwolucyjnych sieciach neuronowych.

Książka prezentuje kompleksowe ujęcie zagadnień dotyczących wyładowań niezupełnych i przedstawia aktualne obszary badawcze. Dla wygody czytelnika została wyposażona w spis symboli oraz indeks rzeczowy.