prof. Jagieła - Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki

Dr hab. inż. Kazimierz Jagieła, prof. ATH
Akademia Techniczno-Humanistyczna
w Bielsku-Białej
Częstochowa, 01.12.2015
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, SF6). Klasycznym wskaźnikiem oceny intensywności
i szkodliwości występujących wyładowań jest ładunek pozorny Qp.
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
interesujące
możliwości
poznawcze
i
jest podejściem nowym, otwierającym
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 SF6) 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 Up do
0,93 Up. Szkoda, że podczas generacji wyładowań nie był mierzony ich ładunek
pozorny Qp. Znajomość wartości ładunku pozornego Qp 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
wyładowania
niezupełne
elektrodami?
Jaki
wpływ
izolatorów
występujące
na
ceramicznych,
przy
intensywność
w
różnych
których
generowano
odległościach
występujących
między
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