ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Izolator pdf

•
•
K
ka_ka
1 of 4
Downloaded 16 times
YÜKSEK GERİLİM İZOLATÖRLERİNDE ARK'A SERİ KİR DİRENCİ DEĞİŞİMİNİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Muhsin T. GENÇOĞLU, Mehmet ÇANAKÇI*, Mehmet CEBECİ Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 23279-ELAZIĞ * TEDAŞ İşletme Müdürlüğü ELAZIĞ ABSTRACT görülebilir. Bununla birlikte endüstriyel tozlar veya çimento ile ağır biçimde kirlenmiş izolatörler, High voltage insulators are supposed to provide a elektriksel bakımdan yeni izolatör gibi davranabilir. continuous and safe isolation in energy transmission Bunun nedeni atlamaya sebep olan yüzey systems. However, the pollution layer occured on the iletkenliğinin miktar yönünden önemsiz olmasıdır. surface of insulators, decreasing the performance of insulator, causes surface flashovers and thus, short İzolatör yüzeyindeki artıklar performansı önemli circuit failures. This is one of the most important ölçüde etkiler. Deniz ve göl tuzları, petrokimya energy transmission problem. endüstrisi artıkları ve asit üreten tesis artıkları gibi suda çözünen kirler daha önemlidir. Hem çözünen, Analytical determination of the behaviour of insulators hem de çözünmeyen kirler harekete geçmek için su in polluted conditions has great importance in gerektirirler. Bu nedenle sis, çiğ ve kırağı kirlenme insulator choice for polluted regions and insulator atlaması yönünden önemli artıklardır. Karbon, bazı design and coordination. Basic difficulties of theorical metal oksitler veya metal içeren tozlar su yok iken studies are due to complex shape of insulator and the dahi iletken hale gelebilirler. Bunlar nadiren atlamaya complexity of flashover phenomenon. sebep olmakla birlikte bazı demiryolu izolatörlerinde görülebilirler. First step to prevent pollution flashover is to determine flashover mechanism which is quite complex. For this Kir tabakasının yağmur, sis, rutubet vb. etkenlerle purpose, considering the flashover equation, the ıslanması sonucu iletken hale gelen kirli yüzey changes in resistance of the pollution layer during pre- boyunca akan kaçak akımlar yüzeyde enerji kaybına discharge and discharge must be correctly sebep olurlar. Enerji kayıp yoğunluğunun büyük determined. Replacing insulator with a suitable olduğu, özellikle izolatörün dar kısımlarındaki kirli equivalent model simplifies the calculations. Analytical bölgeler daha fazla ısınarak kurur ve "kuru band" determination of pollution behaviour of insulators, is denilen kısımların oluşmasına yol açarlar. Bunun worth attention and as safe as test based sonucunda yüzey boyunca gerilim dağılımı bozularak, determinations. homojen olmayan bir yapıya dönüşür. Kuru band bölgelerindeki gerilim düşümü havanın dayanımını 1. GİRİŞ aşınca ön deşarjlar oluşur. Ön deşarjlar çoğunlukla söner; bazı şartlarda ise, yüzeye yayılarak kısa devre İzolatörlerin temel görevi enerji iletim sisteminin ile sonuçlanan atlama olayını meydana getirirler. yüksek gerilim altındaki kısımlarını izole etmektir. Atlama sonucu meydana gelen yüksek akımlı ark Ayrıca enerji iletim hatlarında olduğu gibi, mekanik enerjinin kesilmesine, birçok izolatörün tahrip taşıma görevi de yaparlar. İzolatörler, genellikle olmasına ve hatta enerji iletim hattının eriyerek taşıma görevini başarı ile yaptıkları halde, izolasyon kopmasına sebep olabilir. görevini zaman zaman yapamamakta ve enerji iletim sistemlerinin başlıca arıza kaynaklarından birini teşkil Problemin çözümü için, deneysel çalışmalara ilave etmektedirler. olarak analitik hesaplamalar da yapılmaktadır. Bu çalışmada atlama olayında en önemli konu olan kir Yüksek gerilim harici tip izolatörler; kıyıya yakın direnci değişiminin hesabı için Sonlu Elemanlar bölgelerde tuzdan, endüstriyel alanlarda toz ve Yöntemi (SEY) 'nin kullanımı gösterilmiştir. kimyasal artıklardan dolayı kirlenmeye maruz kalırlar. Böyle bir izolatör kuru iken çok küçük bir kapasitif 2. TEORİ kaçak akım geçer ve gerilim dağılımı basit olarak elektrostatik alanla tanımlanır. Bir yüksek gerilim izolatöründe kirlenme atlaması için üç ana şart veya beş kademe gereklidir. Kirlilik teriminin izolatör yönünden özel bir anlamı 1-İzolatör yüzeyinde iletken kir filminin teşekkülü vardır. Atlamaya yol açacak kadar fazla deniz orjinli a)İzolatör yüzeyinin kir tabakası ile kaplanması kirle kaplı izolatörler çok yakından bakılsa bile temiz b)Kir tabakasının rutubet tesiri ile ıslanması
2-Kirli izolatör yüzeyinde ön deşarjların teşekkülü a)Kuru bandların oluşması olur. ρ yüzey tabakasının özdirenci ve b kir b)Kuru bandlar boyunca ön deşarjların tutuşması tabakasının eni olmak üzere; Rc= ρ/b dir. 3-Ön deşarjların yüzey boyunca yayılması ve kısa Denk.(3) ile verilen fonksiyon, Şekil 2 'de şematik devre olarak gösterilmiştir. Şekilde Ua, La uzunluğundaki Eğer bu beş kademeden herhangi biri tamamen arkın üzerinde düşen gerilim; U 1, (L-La) kontrol altına alınabilirse, kirlenme atlaması problemi uzunluğundaki tabakada düşen gerilim; Um, sabit bir kesin olarak çözülecektir. Pratikteki gözlemlerden La uzunluklu arkın devamı için gerekli minimum izolatör yüzeyinde kaçak akımın 100-200 mA gerilim ve U, atlama gerilimidir. değerine ulaşması halinde atlamanın meydana geldiği görülmüştür. Ancak sızma akımının değeri ile atlamanın meydana gelip gelmeyeceği arasında kesin bir bağıntı kurmak mümkün değildir. Islak ve kirli izolatör yüzeyleri yeterince iletken olduğunda 200-400 V/cm 'lik alan şiddetlerinde atlamalar olabilir. Şekil 1, başlangıçta homojen kirle kaplı olan ve daha sonra kuru band oluşup ark ile köprülenen düz bir yüzeyde tutuşan arkın idealize edilmiş bir modelidir. Birçok araştırmacı bu modeli farklı yaklaşımlarla kullanıp, aynı sonuçlara ulaşmışlardır. Yapılan kabuller şunlardır : 1-Ark uzunluğu kuru band uzunluğuna (La) eşittir. 2-Kir direnci R, sadece yüzey tabakasının arksız kısmının bir fonksiyonudur. Yani, R=R(La) ve ŞEKİL: 2 İdeal modelin gerilim eğrileri (∂R/∂La)<0 dır. Eğer uygulanan gerilim Um değerinden aşağı düşerse 3-İncelemenin çok kısa bir zaman aralığında yapıldığı ark söner. Bu minimum gerilim için böyle bir şartı kabulüyle tabakanın ısınması ve nem değişimi ihmal gerçekleyen Im akımı, U 'nun I 'ya göre türevini alıp edilmiştir. 4-Ark uçlarındaki düzensiz akım yoğunluğu sıfıra eşitleyerek bulunabilir. dağılımının etkisi ihmal edilmiştir. 1 A. n. La 1+ n Im= [ Rc(L − La) ] (4) Im 'nin bu değeri denk( 3) 'de yazılarak, Um= (1+n) (A.La) 1/n+1 [Rc(L - La/n)] n/1+n (5) elde edilir. Analitik çalışmalarda atlama problemi, çoğunlukla Şekil 1 'de gösterildiği gibi homojen kirle kaplı iki ŞEKİL: 1 Bir kısmi ark deşarjı için ideal model elektrotlu düzlemsel bir model üzerinde, bir doğru boyunca yayılan bir veya çok sayıda deşarjla temsil Uygulanan gerilim, tabaka ve ark arasında U=U1+Ua edilir. Uygulanan gerilim V, deşarjlar boyunca toplam şeklinde bölünür. Ua=A.I-n deneysel olarak gerilim düşümü Va= A.X.I-n + Ve , deşarjlara seri kir tanımlandığından bölgesinde gerilim düşümü VR = I.R ise U= I.R(La) + A.I-n (1) V = A.X.I-n + Ve + I.R = f (I,X) (6) R(La)= Rc(L - La) (2) yazılabilir. Bu bağıntıya "atlama denklemi" denir. (2.2) Burada X toplam deşarj boyunu, I akımı, Ve şeklinde verilir. Bu bağıntı denk. (1) 'de yerine elektrotların gerilim düşümünü (sabit), A ve n sabitler konulursa olmak üzere A.I-n deşarj gerilim gradyanını U= I.Rc(L - La) + A.I-n (3) göstermektedir. A ve n (2.3) katsayılarının değerleri
şı tutuştuğu ortama bağlıdır. İzolatör 3. SEY İLE ÇÖZÜM yüzeylerinde oluşan deşarjların hava ortamında tutuştuğu dikkate alınarak, A.I-n deşarj gerilim İzolatör yüzeyindeki akım akışı bir laplace problemi gradyeni V/cm olmak üzere, A=63 ve n=0.76 olarak incelenebilir. Enerji fonksiyonu alınmaktadır. R deşarjlara seri toplam kir direncini göstermektedir. R için uygun bir bağıntının bulunması W (φ ) = ∫ ρE 2 dV (7) analitik hesaplamalarda karşılaşılan zorluklardan V biridir. olur. Burada E, dv hacminin elektrik alan şiddeti ve ρ, kir tabakasının özgül direncidir. Ele alınan problem Arkın yüzey boyunca yayılma hızı değişik tekniklerle bölgesinde geçerli Laplace denklemi için aşağıdaki ölçülmüştür. Şekil 3, atlama gelişiminin son safhasının fonksiyonel ifadesi yazılabilir. tipik bir eğrisini verir.  ∂φ  2  ∂φ  2  We = ∫ ρ S   +   dxdy (8) S  ∂x    ∂y    Burada ρs=ρ/h yüzey iletkenliği olup, h kir tabakasının kalınlığıdır. Bu enerji fonksiyonelinin minimizasyonu sonucunda incelenen bölge için potansiyel dağılımı elde edilir. Şekil 4 'de BSFT-9336 izolatörü ve Şekil 5 'de bu izolatöre ait AR modeli (açık model) gösterilmiştir. AR modeli üzerinde potansiyeller yardımıyla R(x) değişiminin bulunabilmesi amacıyla, bu çözüm bölgesi üçgen elemanlar ile bölmelenmiştir (Şekil 5). Bölmeleme ile 262 üçgen eleman, 171 düğüm oluşturulmuştur. Sızma aralığı üzerinde ŞEKİL: 3 Ark büyümesinin değişik safhalarında ark değişik noktalarda bulunan sonda ile topraklı elektrod hızı arasında, bu elektroda çok yakın (≈0.2 cm) aralıkta bölmeleme yapılmıştır. Bu düğümlerin potansiyelleri Kirle kaplı bir izolatöre gerilim uygulandığında kir ile topraklı elektrod arasında bulunan ve yüzey tabakası direncinde meydana gelen değişiklikler, iletkenlik değeri bilinen kir tabakası parçalarından deşarj öncesi ve deşarj sonrası değişmeler tarzında geçen akımlar bulunmuştur. Sondaya uygulanan incelenir. Laboratuvar testlerinde izolatör kirle gerilim, bu parçalardan topraklı elektroda geçen kaplandıktan sonra kir tabakası ısıtılarak maksimum toplam akıma bölünmek suretiyle direnç değeri iletkenliğe erişilinceye kadar beklenir. Gerilim hesaplanmıştır. Programın, iterasyon yapmak ve her uygulanmadan önce hesaplanan iletkenliğe "soğuk kir defasında sonda yerini belirli aralıklarla değiştirmek iletkenliği (σc)" denir. Gerilim uygulandıktan sonra, suretiyle, tüm sızma aralığı boyunca hesaplamayı tekrarlaması sağlanmıştır. kaçak akımın yol açtığı ısınma nedeniyle kir iletkenliği kuru bandlar ve ön deşarjlar oluşuncaya kadar artarak maksimumdan geçer. Denk.(6) ile verilen atlama denklemindeki deşarjlara seri kir bölgesi toplam direnci R, X deşarj boyuna ve kir tabakasında açığa çıkan W enerjisine bağlıdır. Deşarj boyunun artması seri kir bölgesi boyunun kısalmasına ve böylece R(X,W) 'nin azalmasına yol açar. (∂R/∂W<0) Deşarj öncesi durumda olduğu gibi deşarj sonrasında da W enerjisi kir tabakasında değişmelere yol açabilir. Ön deşarjların tutuşması ile kaçak akımda ani artışlar görülmektedir. Bu durumun, ısınma-kuruma nedeniyle kir tabakası direncinde artışa yol açacağı (∂R/∂X>0) düşünülebilir. R direncindeki esas değişimin deşarj boyundaki değişmeden (∂R/∂X) ileri geldiği, bunun yanında ŞEKİL: 4 BSFT-9336 izolatörü özellikle şı yayılma hızının büyük olduğu hallerde enerjinin yol açtığı değişimin ihmal edilebileceği (∂R/∂W=0) kabulü yapılmaktadır.
4. SONUÇ Bu çalışmada, yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme atlamasının genel teorisi verilmiş ve BSFT-9336 izolatörünün kir direnci değişimi bilgisayar programı ile analitik olarak hesaplanmıştır. Ark 'a seri direnç değişimini hesaplamak üzere, önce izolatörün AR modeli çıkartılmış ve daha sonra bu model üzerinden, SEY yöntemi ile elde edilen lineer denklem sistemi SOR yöntemiyle çözülmüştür. Bilgisayar sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. 5. KAYNAKLAR ŞEKİL: 5 BSFT-9336 izolatörü için AR modelinin üçgen elemanlarla bölmelenmiş hali 1- ÇANAKÇI, M., (1993). Sonlu Elemanlar Yöntemi BSFT-9336 izolatörünün yapılan hesaplamalar Yardımıyla Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Alan sonucunda elde edilen R(x) değişimleri Şekil 6 ve Dağılımının Hesabı. Yüksek Lisans Tezi, Elazığ. Şekil 7 'de gösterilmiştir. Şekil 6 'da 0.15 mm, Şekil 7 2- RUMELİ, A., (1970). İzolatörlerde Gerilim Dağılımı 'de ise 0.3 mm sonda yarıçapı için hesaplanan Düzenlenmesi. Elektrik Müh, 167 : 31-36. sonuçların Rumeli tarafından elde edilen ölçme 3- RUMELİ, A., (1973). Kirli İzole Yüzeylerde sonuçları ile karşılaştırması verilmiştir. Deşarjların Yayılımı ve Atlama. Elektrik Mühendisliği, 199 : 419-427. Özgeçmişler M. T. Gençoğlu 1973 yılında Elazığ ’da doğdu. 1994 ‘de Fırat Üniversitesi Müh. Fak. Elk. - Eln. Müh. Bölümünden mezun oldu ve aynı yıl Yüksek Lisans eğitimine başladı. Halen F. Ü. Müh. Fak. Elk. - Eln. Müh. Böl. ‘nde Arş. Gör. olarak çalışmaktadır. M. Çanakçı 1962 yılında Elazığ ‘da doğdu. 1984 ‘de F. Ü. Müh. Fak. Elk. - Eln. Mühendisliği ŞEKİL: 6 0.15 mm sonda yarıçapı için ölçülen ve Bölümünde lisans eğitimini hesaplanan R(x) değişimleri tamamladı. 1993 ‘de “Sonlu Elemanlar Yöntemi Yardımıyla Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Alan Dağılımının Hesabı” konulu Yüksek Lisans çalışmasını bitirdi. Halen TEDAŞ ‘ta İşletme Müdürü olarak çalışmaktadır. M. Cebeci 1960 yılında Kemaliye ‘de doğdu. 1979 ‘da EDMMA ‘nde Lisans ve 1981 ‘de İDMMA ‘nde “Atmosferik Aşırı Gerilimler ve Korunması” konulu tez çalışması ile Yüksek Lisans eğitimini tamamladı. 1992 ‘de “Zincir İzolatörlerde Elektrik Alan Dağılımının İncelenmesi” konulu Doktora çalışmasını bitirdi. Ekim 1996 ‘da Doçent oldu. Halen ŞEKİL: 7 0.30 mm sonda yarıçapı için ölçülen ve F. Ü. Müh. Fak. Elk. Eln. Müh. Böl. ‘nde Öğr. Üyesi hesaplanan R(x) değişimleri olarak çalışmaktadır.

More Related Content

Izolator pdf

  • 1. YÜKSEK GERİLİM İZOLATÖRLERİNDE ARK'A SERİ KİR DİRENCİ DEĞİŞİMİNİN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE HESAPLANMASI Muhsin T. GENÇOĞLU, Mehmet ÇANAKÇI*, Mehmet CEBECİ Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü 23279-ELAZIĞ * TEDAŞ İşletme Müdürlüğü ELAZIĞ ABSTRACT görülebilir. Bununla birlikte endüstriyel tozlar veya çimento ile ağır biçimde kirlenmiş izolatörler, High voltage insulators are supposed to provide a elektriksel bakımdan yeni izolatör gibi davranabilir. continuous and safe isolation in energy transmission Bunun nedeni atlamaya sebep olan yüzey systems. However, the pollution layer occured on the iletkenliğinin miktar yönünden önemsiz olmasıdır. surface of insulators, decreasing the performance of insulator, causes surface flashovers and thus, short İzolatör yüzeyindeki artıklar performansı önemli circuit failures. This is one of the most important ölçüde etkiler. Deniz ve göl tuzları, petrokimya energy transmission problem. endüstrisi artıkları ve asit üreten tesis artıkları gibi suda çözünen kirler daha önemlidir. Hem çözünen, Analytical determination of the behaviour of insulators hem de çözünmeyen kirler harekete geçmek için su in polluted conditions has great importance in gerektirirler. Bu nedenle sis, çiğ ve kırağı kirlenme insulator choice for polluted regions and insulator atlaması yönünden önemli artıklardır. Karbon, bazı design and coordination. Basic difficulties of theorical metal oksitler veya metal içeren tozlar su yok iken studies are due to complex shape of insulator and the dahi iletken hale gelebilirler. Bunlar nadiren atlamaya complexity of flashover phenomenon. sebep olmakla birlikte bazı demiryolu izolatörlerinde görülebilirler. First step to prevent pollution flashover is to determine flashover mechanism which is quite complex. For this Kir tabakasının yağmur, sis, rutubet vb. etkenlerle purpose, considering the flashover equation, the ıslanması sonucu iletken hale gelen kirli yüzey changes in resistance of the pollution layer during pre- boyunca akan kaçak akımlar yüzeyde enerji kaybına discharge and discharge must be correctly sebep olurlar. Enerji kayıp yoğunluğunun büyük determined. Replacing insulator with a suitable olduğu, özellikle izolatörün dar kısımlarındaki kirli equivalent model simplifies the calculations. Analytical bölgeler daha fazla ısınarak kurur ve "kuru band" determination of pollution behaviour of insulators, is denilen kısımların oluşmasına yol açarlar. Bunun worth attention and as safe as test based sonucunda yüzey boyunca gerilim dağılımı bozularak, determinations. homojen olmayan bir yapıya dönüşür. Kuru band bölgelerindeki gerilim düşümü havanın dayanımını 1. GİRİŞ aşınca ön deşarjlar oluşur. Ön deşarjlar çoğunlukla söner; bazı şartlarda ise, yüzeye yayılarak kısa devre İzolatörlerin temel görevi enerji iletim sisteminin ile sonuçlanan atlama olayını meydana getirirler. yüksek gerilim altındaki kısımlarını izole etmektir. Atlama sonucu meydana gelen yüksek akımlı ark Ayrıca enerji iletim hatlarında olduğu gibi, mekanik enerjinin kesilmesine, birçok izolatörün tahrip taşıma görevi de yaparlar. İzolatörler, genellikle olmasına ve hatta enerji iletim hattının eriyerek taşıma görevini başarı ile yaptıkları halde, izolasyon kopmasına sebep olabilir. görevini zaman zaman yapamamakta ve enerji iletim sistemlerinin başlıca arıza kaynaklarından birini teşkil Problemin çözümü için, deneysel çalışmalara ilave etmektedirler. olarak analitik hesaplamalar da yapılmaktadır. Bu çalışmada atlama olayında en önemli konu olan kir Yüksek gerilim harici tip izolatörler; kıyıya yakın direnci değişiminin hesabı için Sonlu Elemanlar bölgelerde tuzdan, endüstriyel alanlarda toz ve Yöntemi (SEY) 'nin kullanımı gösterilmiştir. kimyasal artıklardan dolayı kirlenmeye maruz kalırlar. Böyle bir izolatör kuru iken çok küçük bir kapasitif 2. TEORİ kaçak akım geçer ve gerilim dağılımı basit olarak elektrostatik alanla tanımlanır. Bir yüksek gerilim izolatöründe kirlenme atlaması için üç ana şart veya beş kademe gereklidir. Kirlilik teriminin izolatör yönünden özel bir anlamı 1-İzolatör yüzeyinde iletken kir filminin teşekkülü vardır. Atlamaya yol açacak kadar fazla deniz orjinli a)İzolatör yüzeyinin kir tabakası ile kaplanması kirle kaplı izolatörler çok yakından bakılsa bile temiz b)Kir tabakasının rutubet tesiri ile ıslanması
  • 2. 2-Kirli izolatör yüzeyinde ön deşarjların teşekkülü a)Kuru bandların oluşması olur. ρ yüzey tabakasının özdirenci ve b kir b)Kuru bandlar boyunca ön deşarjların tutuşması tabakasının eni olmak üzere; Rc= ρ/b dir. 3-Ön deşarjların yüzey boyunca yayılması ve kısa Denk.(3) ile verilen fonksiyon, Şekil 2 'de şematik devre olarak gösterilmiştir. Şekilde Ua, La uzunluğundaki Eğer bu beş kademeden herhangi biri tamamen arkın üzerinde düşen gerilim; U 1, (L-La) kontrol altına alınabilirse, kirlenme atlaması problemi uzunluğundaki tabakada düşen gerilim; Um, sabit bir kesin olarak çözülecektir. Pratikteki gözlemlerden La uzunluklu arkın devamı için gerekli minimum izolatör yüzeyinde kaçak akımın 100-200 mA gerilim ve U, atlama gerilimidir. değerine ulaşması halinde atlamanın meydana geldiği görülmüştür. Ancak sızma akımının değeri ile atlamanın meydana gelip gelmeyeceği arasında kesin bir bağıntı kurmak mümkün değildir. Islak ve kirli izolatör yüzeyleri yeterince iletken olduğunda 200-400 V/cm 'lik alan şiddetlerinde atlamalar olabilir. Şekil 1, başlangıçta homojen kirle kaplı olan ve daha sonra kuru band oluşup ark ile köprülenen düz bir yüzeyde tutuşan arkın idealize edilmiş bir modelidir. Birçok araştırmacı bu modeli farklı yaklaşımlarla kullanıp, aynı sonuçlara ulaşmışlardır. Yapılan kabuller şunlardır : 1-Ark uzunluğu kuru band uzunluğuna (La) eşittir. 2-Kir direnci R, sadece yüzey tabakasının arksız kısmının bir fonksiyonudur. Yani, R=R(La) ve ŞEKİL: 2 İdeal modelin gerilim eğrileri (∂R/∂La)<0 dır. Eğer uygulanan gerilim Um değerinden aşağı düşerse 3-İncelemenin çok kısa bir zaman aralığında yapıldığı ark söner. Bu minimum gerilim için böyle bir şartı kabulüyle tabakanın ısınması ve nem değişimi ihmal gerçekleyen Im akımı, U 'nun I 'ya göre türevini alıp edilmiştir. 4-Ark uçlarındaki düzensiz akım yoğunluğu sıfıra eşitleyerek bulunabilir. dağılımının etkisi ihmal edilmiştir. 1 A. n. La 1+ n Im= [ Rc(L − La) ] (4) Im 'nin bu değeri denk( 3) 'de yazılarak, Um= (1+n) (A.La) 1/n+1 [Rc(L - La/n)] n/1+n (5) elde edilir. Analitik çalışmalarda atlama problemi, çoğunlukla Şekil 1 'de gösterildiği gibi homojen kirle kaplı iki ŞEKİL: 1 Bir kısmi ark deşarjı için ideal model elektrotlu düzlemsel bir model üzerinde, bir doğru boyunca yayılan bir veya çok sayıda deşarjla temsil Uygulanan gerilim, tabaka ve ark arasında U=U1+Ua edilir. Uygulanan gerilim V, deşarjlar boyunca toplam şeklinde bölünür. Ua=A.I-n deneysel olarak gerilim düşümü Va= A.X.I-n + Ve , deşarjlara seri kir tanımlandığından bölgesinde gerilim düşümü VR = I.R ise U= I.R(La) + A.I-n (1) V = A.X.I-n + Ve + I.R = f (I,X) (6) R(La)= Rc(L - La) (2) yazılabilir. Bu bağıntıya "atlama denklemi" denir. (2.2) Burada X toplam deşarj boyunu, I akımı, Ve şeklinde verilir. Bu bağıntı denk. (1) 'de yerine elektrotların gerilim düşümünü (sabit), A ve n sabitler konulursa olmak üzere A.I-n deşarj gerilim gradyanını U= I.Rc(L - La) + A.I-n (3) göstermektedir. A ve n (2.3) katsayılarının değerleri
  • 3. şı tutuştuğu ortama bağlıdır. İzolatör 3. SEY İLE ÇÖZÜM yüzeylerinde oluşan deşarjların hava ortamında tutuştuğu dikkate alınarak, A.I-n deşarj gerilim İzolatör yüzeyindeki akım akışı bir laplace problemi gradyeni V/cm olmak üzere, A=63 ve n=0.76 olarak incelenebilir. Enerji fonksiyonu alınmaktadır. R deşarjlara seri toplam kir direncini göstermektedir. R için uygun bir bağıntının bulunması W (φ ) = ∫ ρE 2 dV (7) analitik hesaplamalarda karşılaşılan zorluklardan V biridir. olur. Burada E, dv hacminin elektrik alan şiddeti ve ρ, kir tabakasının özgül direncidir. Ele alınan problem Arkın yüzey boyunca yayılma hızı değişik tekniklerle bölgesinde geçerli Laplace denklemi için aşağıdaki ölçülmüştür. Şekil 3, atlama gelişiminin son safhasının fonksiyonel ifadesi yazılabilir. tipik bir eğrisini verir.  ∂φ  2  ∂φ  2  We = ∫ ρ S   +   dxdy (8) S  ∂x    ∂y    Burada ρs=ρ/h yüzey iletkenliği olup, h kir tabakasının kalınlığıdır. Bu enerji fonksiyonelinin minimizasyonu sonucunda incelenen bölge için potansiyel dağılımı elde edilir. Şekil 4 'de BSFT-9336 izolatörü ve Şekil 5 'de bu izolatöre ait AR modeli (açık model) gösterilmiştir. AR modeli üzerinde potansiyeller yardımıyla R(x) değişiminin bulunabilmesi amacıyla, bu çözüm bölgesi üçgen elemanlar ile bölmelenmiştir (Şekil 5). Bölmeleme ile 262 üçgen eleman, 171 düğüm oluşturulmuştur. Sızma aralığı üzerinde ŞEKİL: 3 Ark büyümesinin değişik safhalarında ark değişik noktalarda bulunan sonda ile topraklı elektrod hızı arasında, bu elektroda çok yakın (≈0.2 cm) aralıkta bölmeleme yapılmıştır. Bu düğümlerin potansiyelleri Kirle kaplı bir izolatöre gerilim uygulandığında kir ile topraklı elektrod arasında bulunan ve yüzey tabakası direncinde meydana gelen değişiklikler, iletkenlik değeri bilinen kir tabakası parçalarından deşarj öncesi ve deşarj sonrası değişmeler tarzında geçen akımlar bulunmuştur. Sondaya uygulanan incelenir. Laboratuvar testlerinde izolatör kirle gerilim, bu parçalardan topraklı elektroda geçen kaplandıktan sonra kir tabakası ısıtılarak maksimum toplam akıma bölünmek suretiyle direnç değeri iletkenliğe erişilinceye kadar beklenir. Gerilim hesaplanmıştır. Programın, iterasyon yapmak ve her uygulanmadan önce hesaplanan iletkenliğe "soğuk kir defasında sonda yerini belirli aralıklarla değiştirmek iletkenliği (σc)" denir. Gerilim uygulandıktan sonra, suretiyle, tüm sızma aralığı boyunca hesaplamayı tekrarlaması sağlanmıştır. kaçak akımın yol açtığı ısınma nedeniyle kir iletkenliği kuru bandlar ve ön deşarjlar oluşuncaya kadar artarak maksimumdan geçer. Denk.(6) ile verilen atlama denklemindeki deşarjlara seri kir bölgesi toplam direnci R, X deşarj boyuna ve kir tabakasında açığa çıkan W enerjisine bağlıdır. Deşarj boyunun artması seri kir bölgesi boyunun kısalmasına ve böylece R(X,W) 'nin azalmasına yol açar. (∂R/∂W<0) Deşarj öncesi durumda olduğu gibi deşarj sonrasında da W enerjisi kir tabakasında değişmelere yol açabilir. Ön deşarjların tutuşması ile kaçak akımda ani artışlar görülmektedir. Bu durumun, ısınma-kuruma nedeniyle kir tabakası direncinde artışa yol açacağı (∂R/∂X>0) düşünülebilir. R direncindeki esas değişimin deşarj boyundaki değişmeden (∂R/∂X) ileri geldiği, bunun yanında ŞEKİL: 4 BSFT-9336 izolatörü özellikle şı yayılma hızının büyük olduğu hallerde enerjinin yol açtığı değişimin ihmal edilebileceği (∂R/∂W=0) kabulü yapılmaktadır.
  • 4. 4. SONUÇ Bu çalışmada, yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme atlamasının genel teorisi verilmiş ve BSFT-9336 izolatörünün kir direnci değişimi bilgisayar programı ile analitik olarak hesaplanmıştır. Ark 'a seri direnç değişimini hesaplamak üzere, önce izolatörün AR modeli çıkartılmış ve daha sonra bu model üzerinden, SEY yöntemi ile elde edilen lineer denklem sistemi SOR yöntemiyle çözülmüştür. Bilgisayar sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. 5. KAYNAKLAR ŞEKİL: 5 BSFT-9336 izolatörü için AR modelinin üçgen elemanlarla bölmelenmiş hali 1- ÇANAKÇI, M., (1993). Sonlu Elemanlar Yöntemi BSFT-9336 izolatörünün yapılan hesaplamalar Yardımıyla Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Alan sonucunda elde edilen R(x) değişimleri Şekil 6 ve Dağılımının Hesabı. Yüksek Lisans Tezi, Elazığ. Şekil 7 'de gösterilmiştir. Şekil 6 'da 0.15 mm, Şekil 7 2- RUMELİ, A., (1970). İzolatörlerde Gerilim Dağılımı 'de ise 0.3 mm sonda yarıçapı için hesaplanan Düzenlenmesi. Elektrik Müh, 167 : 31-36. sonuçların Rumeli tarafından elde edilen ölçme 3- RUMELİ, A., (1973). Kirli İzole Yüzeylerde sonuçları ile karşılaştırması verilmiştir. Deşarjların Yayılımı ve Atlama. Elektrik Mühendisliği, 199 : 419-427. Özgeçmişler M. T. Gençoğlu 1973 yılında Elazığ ’da doğdu. 1994 ‘de Fırat Üniversitesi Müh. Fak. Elk. - Eln. Müh. Bölümünden mezun oldu ve aynı yıl Yüksek Lisans eğitimine başladı. Halen F. Ü. Müh. Fak. Elk. - Eln. Müh. Böl. ‘nde Arş. Gör. olarak çalışmaktadır. M. Çanakçı 1962 yılında Elazığ ‘da doğdu. 1984 ‘de F. Ü. Müh. Fak. Elk. - Eln. Mühendisliği ŞEKİL: 6 0.15 mm sonda yarıçapı için ölçülen ve Bölümünde lisans eğitimini hesaplanan R(x) değişimleri tamamladı. 1993 ‘de “Sonlu Elemanlar Yöntemi Yardımıyla Yüksek Gerilim İzolatörlerinde Yüzey Alan Dağılımının Hesabı” konulu Yüksek Lisans çalışmasını bitirdi. Halen TEDAŞ ‘ta İşletme Müdürü olarak çalışmaktadır. M. Cebeci 1960 yılında Kemaliye ‘de doğdu. 1979 ‘da EDMMA ‘nde Lisans ve 1981 ‘de İDMMA ‘nde “Atmosferik Aşırı Gerilimler ve Korunması” konulu tez çalışması ile Yüksek Lisans eğitimini tamamladı. 1992 ‘de “Zincir İzolatörlerde Elektrik Alan Dağılımının İncelenmesi” konulu Doktora çalışmasını bitirdi. Ekim 1996 ‘da Doçent oldu. Halen ŞEKİL: 7 0.30 mm sonda yarıçapı için ölçülen ve F. Ü. Müh. Fak. Elk. Eln. Müh. Böl. ‘nde Öğr. Üyesi hesaplanan R(x) değişimleri olarak çalışmaktadır.