Yalıtkan sıvıların delinme deneylerinde kullanılan farklı elektrot sistemlerinin SEY ile elektrik alan incelemesi

Güç sistemlerinde kullanılan cihazların yalıtımında katı, sıvı, gaz ve bunların karması yalıtkan malzemelerden yararlanılmaktadır. Yüksek gerilim güç transformatörlerinde hem faz-toprak ve fazlar arası elektriksel yalıtımı sağlamak hem de soğutmak amacıyla yalıtkan sıvılar kullanılır. Yalıtkan sıvıda elektriksel zorlanma uygulanan gerilim, elektrot biçimi ve yabancı parçacıkların varlığı gibi birçok etkene bağlı olarak değişir. Bu bakımdan, yalıtkan sıvıda farklı elektrotlar arasında gaz kabarcığı ve su damlacığından dolayı meydana gelen elektrik alan değişimlerinin analizi ve yalıtkan sıvıda kritik delinme bölgesinin belirlenmesi yalıtkan sıvının etkin kullanımı bakımından önemlidir. Bu çalışmada, mineral yağın delinme gerilimi üzerine, farklı gerilim yükselme hızlarında VDE ve disk elektrot sistemlerinin etkileri deneysel ve kuramsal olarak incelenmiştir. Ayrıca, yalıtkan yağda hava kabarcığı ve su damlacığı varken ve yokken meydana gelen elektriksel zorlanmalar sonlu elemanlar yöntemine (SEY) dayanarak sayısal çözümleme yapan FEMM paket programı ile araştırılmıştır. İncelenen elektrot sistemleri, eksenel simetrilerinden yararlanılarak FEMM programında eksenel kesitleriyle iki boyutlu olarak modellenmiştir. Bu yaklaşımda, modellerin simetri ekseni etrafında 2π radyan döndürülmesiyle üç boyutlu elektrik alan dağılımı elde edileceği göz önüne alınmıştır. Aynı modelleme simetri ekseni üzerinde alınan küresel hava kabarcığı ve su damlacığı için de yapılmıştır. Analiz sonuçları, VDE elektrot sisteminin disk elektrot sistemine göre yalıtkan yağda daha düşük elektrik alan şiddetine sahip olduğunu, dolayısıyla daha yüksek delinme gerilimi sağladığını göstermiştir.

Anahtar Kelimeler:

Yüksek gerilim, yalıtkan yağ; delinme dayanımı; elektrik alan analizi; sonlu elemanlar yöntemi.

PDF

___

Kocatepe, C., Arıkan, O., Taslak, E., ve Kumru, C. F., Yüksek Gerilim Tesislerinde Kullanılan Yalıtkan Yağların Delinme Dayanımı Analizi, 5. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu (EVK), 156-160, 2013.
Baur, M., Pompili, M., and Bartnikas, R., A., Comment on the Test Methods for the Breakdown Voltage of Dielectric Liquids, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 19 (5), 1482-1484, 2012.
Baur, M., Calcara, L., and Pompili, M., Scatter Reduction of the 50-60 Hz Breakdown Voltage Test for Insulating Liquids, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 22 (5), 2401-2407, 2015.
Lu, W., and Liu, Q., Effect of Cellulose Particles on Streamer Initiation and Propagation in Dielectric Liquids, IEEE 11th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM), 939-942, 2015.
Zhang, J., Li, J., Huang, D., Zhang, X., Liang, S., and Li, X., Influence of Nonmetallic Particles on the Breakdown Strength of Vegetable Insulating Oil, IEEE Electrical Insulation and Dielectric Phenomena (CEIDP), 609-612, 2015.
Tao, Z., Yunpeng, L., Fangcheng, L., and Ruihong, D., Study on Dynamics of the Bubble in Transformer Oil under Non-Uniform Electric Field, IET Science, Measurement & Technology, 10 (5), 498-504, 2016.
Góngora-Nieto, M. M., Pedrow, P. D., Swanson, B. G., and Barbosa-Cánovas, G. V., Impact of Air Bubbles in a Dielectric Liquid When Subjected to High Field Strengths, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 4 (1), 57-67, 2003.
Berg, G., Lundgaard, L. E., Becidan, M., and Sigrnond, R. S., Instability of Electrically Stressed Water Droplets in Oil, Proceedings of 14th International Conference on Dielectric Liquids, IEEE, 220-224, 2002.
Yilmaz, H., and S. Guler., The Effect of Electrode Shape, Gap and Moisture on Dielectric Breakdown of Transformer Oil, 12th International Conference on Conduction and Breakdown in Dielectric Liquids, IEEE, 354-357, 1996.
ASTM: American Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage of Insulating Liquids Using VDE Electrodes, ASTM D1816-12, 2012.
ASTM: American Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage of Insulating Liquids Using Disk Electrodes, ASTM D877-02, 2007.
Al-Arainy, A. A., Qureshi, M. I., and Malik, N. H., Fundamentals of High Voltage Engineering, Academic Publishing and Press, Riyadh, 2005.
Wang, X., Partial Discharge Behaviours and Breakdown Mechanisms of Ester Transformer Liquids Under ac Stress, Ph.D. Dissertation, the University of Manchester, in the Faculty of Engineering and Physical Sciences, Manchester, 2011.
Yuliastuti, E., Analysis of Dielectric Properties Comparison Between Mineral Oil and Synthetic Ester Oil, Master Dissertation, Delft University of Technology, in Electrical Engineering, Delft, 2010.
Kuffel, E., Zaengl, W. S., Kuffel, J., High Voltage Engineering Fundamentals. Newnes, New York, 2000.
Wadhwa, C. L. High Voltage Engineering. New Age International, New Delhi, 2007.
Sadiku, M. N. O., A Simple Introduction to Finite Element Analysis of Electromagnetic Problems, IEEE Transactions on Education, E-32 (2), 85 – 93, 1989.
Wang, X,. Partial Discharge Behaviours and Breakdown Mechanisms of Ester Transformer Liquids Under AC Stress, Ph.D. Dissertation, the University of Manchester, in the Faculty of Engineering and Physical Sciences, Manchester, 2011.
Kalenderli, Ö., Kocatepe. C., Arıkan, O., Çözümlü Problemlerle Yüksek Gerilim Tekniği. Birsen Yayınevi, İstanbul, 2005.