Özcan KALANDERLİ, Hayri YILDIRIM

Korona başlangıç geriliminin yük benzetim yöntemiyle hesabı

Bu çalışmada, atmosfer basınçlı havada çubuk-düzlem elektrot sisteminde, pozitif doğru gerilimde statik elektrik alan dağılımı, elektron çığı ve korona başlangıç gerilimi, gazlarda boşalma olaylarının sayısal benzetimi amacıyla geliştirilen ve Yük Benzetim Yöntemi'ne dayanan özgün bir yazılımla hesaplanmıştır. Yük Benzetim Yöntemi'nde elektrotların benzetiminde noktasal, çizgisel ve halkasal yükler kullanılmıştır. Elektron çığının halkasal yüklerle modellenmesinde elektronların geçiş süresi, yükyerleri ve yarıçapları yeni bir yöntemle hesaplanmıştır. Anoda yaklaştıkça elektrik alanın, dolayısıyla elektronların hızlarının artmasıyla çarpışma noktaları arasındaki uzaklıkların azalacağı ve çarpışma sayısının artacağı göz önünde tutularak korona başlangıç gerilimi daha doğru hesaplanmıştır. Sonuçlar, geliştirilen yazılımın başarımını ve önerilen yaklaşımın uygunluğunu ortaya koymaktadır.

Computation of corona inception voltage by charge simulation method

In this paper, numerical simulation of electrical discharge phenomena in gases has been made. Electric field distribution, electron avalanche and corona inception voltage of a rod-plane gap have been computed using a newly developed software. For electric field computations, Charge Simulation Method (CSM) has been used with point, line and ring charges. In the electron avalanche modeling, electron transit time has been computed in very small space intervals and summated, instead of dividing the distance between the critical field point and the collision point, by the electron velocity. So, radius and position of each ring charge and corona inception voltage have been computed more accurately by this new method. Collision points have been determined according to the value of integration of ionization coefficient. Then, ring charges with a homogeneous charge distribution have been positioned at these points. The charge quantity at these points is equal to the charge quantity of positive ions generated in this collision. The increase of electric field and the velocity of electrons, between critical field point and the anode have been taken into consideration. If the integration of ionization coefficient reaches a constant value of 18, then the applied voltage has been considered as the corona inception voltage. Results are in a good agreement with those found in the literature. So, the new electron avalanche modeling can be used for these computations.

PDF

___

Khaled, M., (1974). New method for computing the ınception voltage of a positive rod-plane gap in atmospheric air, ETZ-A, 95, 369-373.
Khalifa, M., Abdel Salam, M., (1974). Improved calculation of corona pulse characteristics, IEEE Transactions on Power Apparatus And Systems, 2, 93, 720-726.
Loeb, L. B., Meek, J. M. (1941). The mechanism of the electric spark, Stanford University Press, California, USA.
Loeb, L. B., Parker, J. H., Dodd, E. E. ve English, W. N., (1950). The Choice of suitable gap forms for the study of corona breakdown and the field along the axis of a hemispherically capped cylindrical point-to-plane gap, The Review of Scientific Instruments, 1, 21, 42-47.
Malik, N. H., (1989). A review of the charge simulation method and ıts applications, IEEE Transactions on Electrical Insulation, 1,24,3-20.
Nasser, E., (1971). Fundamentals of gaseous ionization and plasma electronics, New York, Wiley-Interscience, USA.
Okubo, H., Maehara, H., Kato, K., Hikita, M., Kito, Y., (1995). Electric field calculation combined with a CAD system for the personal-computer, European Transactions on Electrical Power Engineering, 3, 227-233.
Pedersen, A., (1989). On the electrical breakdown of gaseous dielectrics, IEEE Transactions on Electrical Insulation, 5, 24, 721-39.
Singer, H., Steinbigler, H., Weiss, P., (1974). A charge simulation method for the calculation of high voltage fields, IEEE Transactions on Power Apparatus And Systems, 93, 1600-1668.
Townsend, J. (1947). Electrons In Gases, Hutchinson's scientific and technical publications, London, UK.
Yıldırım, H., (1992). Elektrostatik alanların yük benzetim yöntemiyle incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.