konular - WordPress.com

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİ
DERS NOTU
2006-2007 Güz
KONULAR
•
•
•
•
•
•
•
BL.1 :GİRİŞ (YG tesisleri, gerilim seviyeleri ve diğer tanımlar)
BL.2 : YG ENERJİ İLETİM SİSTEMİ VE ELEMANLARI
BL.3 : STATİK ELEKTRİK ALANI ve ELEKTROT SİSTEMLERİ
BL.4 : YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
BL.5 : AŞIRI GERİLİMLER VE KORUNMA YÖNTEMLERİ
BL.6 : KATI-SIVI VE GAZ YALITKANLARDA BOŞALMA (DEŞARJ) OLAYLARI
BL.7 : YÜKSEK GERİLİM İŞLETME MÜHENDİSLİĞİ VE İŞ GÜVENLİĞİ
1
DERS GEÇME
•
•
•
•
•
•
•
Devam şartı %70
1 Ara Sınav + 1 Yarıyıl Sonu Sınavı
Ara Sınav %40 ; Yarıyıl Sonu Sınav %60
ARA SINAV NOTUNA ÖDEV ETKİ EDECEKTİR….
30 un altı FF ve FD olarak değerlendirilecektir.
30 ve üzerindekiler için Çan Eğrisi uygulanacaktır.
Dersler akıllı sınıflarda ve PPT slayt destekli yapılacaktır.
KAYNAKLAR
•
•
•
•
•
•
Prof.Dr. Muzaffer Özkaya, Yüksek Gerilim Tekniği Cilt 1 ve Cilt 2 (Birsen Yayınevi)
Prof.Dr. Yılmaz Özkan, YG Yük Kesicileri, İTÜ 1994
Prof.Dr. Sefa Akpınar, Yüksek Gerilim Tekniğin Temelleri, KTÜ 1997
Yurdakul Alparslan, Yüksek Gerilim Tekniği, Ankara, 1981
Doç.Dr. Özcan Kalenderli Ders Notları, İTÜ Elektrik Müh. Bölümü
Prof.Dr. Aydoğan Özdemir Ders Notları, İTÜ Elektrik Müh. Bölümü
2
BL.1: GİRİŞ
Dersin Amacı : Yüksek Gerilim, Elektrik Mühendislerinin
çalışma alanlarının en önemli kısmıdır. Bu nedenle Yüksek
Gerilim Enerji Sistemlerinin, buradaki ekipmanların, çalışma
koşullarının ve mühendis sorumluluklarının öğretilmesidir.
BL.1: GİRİŞ
• IEC (International Electrotechnical Commission) ye göre ;
– Alternatif Gerilim’de 1000 V un,
– Doğru Gerilim’de 1200 V’un üzeri YÜKSEK GERİLİM kabul edilir.
• Neden Yüksek Gerilim ?
– Uzak mesafelere enerjiyi iletme ihtiyacı
– Üretilen ve tüketilen güç seviyelerinin artması
• Yüksek Gerilim’in Üstünlükleri
– Uzak mesafelere az kayıpla enerji iletebilmeye olanak tanır
– Büyük güçleri daha ekonomik olarak taşıyabilme imkanı verir
– Büyük güçlerde (yüksek akım) iletken kesitinin küçük kalmasını sağlar
• Yüksek Gerilim’in Sakıncaları
– İzolasyon (yalıtım) problemi (gerilim artıkça yalıtım ekipmanlarının boyutları
ve maliyetleri artar)
– İnsan sağlığını ve güvenliğini etkiler. (Elektrik ve Magnetik Alanın insan
bünyesine olumsuz etkisi, gerilim arttıkça YG li cihazın koruma mesafesinin
artması)
3
BL.1: GİRİŞ
Gerilim Seviyeleri (TÜRKİYE)
Alçak Gerilim
Orta Gerilim
220/380 Volt
31-35 kV
6.3 kV Terkedilmekte olan bir gerilim değeridir.
Sanayide kullanılan özel makinalar için özel gerilim değerleri
(3.3, 6.3,11 kV,…) kullanılmaktadır.
380 kV, 154 kV (Halen bu iki gerilim değerinde iletim şebekesi
vardır. Ara değerlerde de 66 kV gibi iletim yapılabilmektedir.
Yüksek Gerilim
Gerilim Seviyeleri (DÜNYA)
AG
OG
YG
ÇYG
UYG
AVRUPA (50HZ)
440-415-650-1000 V
5-11-22-33-66 kV
110-132-156-220 kV
275-380-400-800 kV
1000-1600 kV
K.AMERİKA (60 HZ)
120-208-600 V
2.4-6.9-23-34.5-69 kV
115-138-161-230 kV
287-345-500-765 kV
-----
BL.1: GİRİŞ
Tarihçesi…….
1910 lu yıllar
1920 li yıllar
1930-1950
1954
1960 lı yıllar
Günümüzde
100 kV değerine ualşılmıştır.
100 kV ile 50 km lik uzaklığa 50 MW lık güç nakledilmiştir.
300 kV, 250 MW, 400 km
380 kV ile iletime geçilmiştir.
380 kV, 1000 MW lık nakil gerçekleştirilmiştir.
1000 kV, 10000 MW
Doğru Gerilim Alternatif Gerilim Mücadelesi……..
Volta-Oersted-Ohm-Edison : Doğru akım ve doğru gerilim sistemleri
Faraday-Tesla
: Alternatif Akım
Özellikle Tesla ile Edison arasında bilim ve ticari alanda bir rekabet yaşanmıştır.
Bu rekabetin galibi o yıllarda Nicola Tesla olmuştur.
Günümüzde yüksek gerilim de doğru akımda enerji nakli yaygınlaşmaktadır.
4
BL.1: GİRİŞ
Yüksek Gerilim Doğru Akım Enerji Sistemleri (HVDC)
Denizaşırı bölgelere denizaltından enerji nakli
Kablo kullanılmıştır
1954 İsveç-Gotland arasında 96 km lik ilk denizaltı nakil kablosu döşenmiştir.
Tek iletkenle 30 MW lık güç 150 kV Doğru Gerilim ile taşınmıştır….
Bugün Baltık ülkelerinde, ABD ‘de kullanılmaktadır.
Yüksek gerilim ve akımda çalışabilen yarıiletken elemanların geliştirilmesi sonucu
çok uzak mesafelere iletimde AA akıma göre ucuz olduğu bilinmektedir.
BL.2: YÜKSEK GERİLİM ENERJİ
İLETİM SİSTEMİ ELEMANLARI
Temel Elemanlar….
Senkron generatörler, güç transformatörleri, kesiciler, ayırıcılar, havai hatlar
Direkler, izolatörler, kablolar, baralar
Ölçme ve Koruma Elemanları
Akım ve Gerilim Transformatörleri, Gerilim Bölücüler, Parafudrlar,
Ark boynuzları ve koruma halkaları, Röleler
Kontrol ve Kumanda Elemanları
Röleler, kesicilerin kontrol ve kumanda devreleri
Gerilim Ayar Elemanları
Seri/Paralel Reaktörler
Seri/Paralel Kapasitörler
5
Yıldırım Tutucular (Parafudr)
İZOLATÖRLER
6
İzolatörler, Kesiciler
YILDIRIM
7
Önemli….
YÜKSEK GERİLİM ELEMANLARI
•
•
•
•
•
•
İzolatörler
Kablolar
Direkler
Koruma Hatları
Ayırıcılar
Kesiciler
OG/AG Trafo İstasyonu OG Girişi
Geçit izolatörü
parafudr
Parafudr uçları birleştirilmiş
ve topraklanmıştır.
K.Maraş Tedaş Binasındaki Trafo Binası
8
AYIRICILAR (SEKSİYONER)
9
AYIRICILAR
Orta ve yüksek gerilim sistemlerinde devre yüksüz iken açma-kapama yapabilen ve
açık konumda gözle görülebilen bir ayırma aralığı oluşturan şalt cihazlarıdır.
Uygulamada “Seksiyoner” olarak da bilinirler.
Son zamanlarda bu ifade kullanılmayarak sadece “Ayırıcı” denilmektedir.
Tesis bölümlerini birbirinden ayırıp bakım ve kontrol işlerinin güvenli şekilde
yapılmasını sağlar. Ayrıca birden fazla ana bara bulunan sistemlerin açma ve kapama
manevralarına hazırlanmasında ve kuplaj operasyonlarında kullanılır.
Ayırıcılar ile,devreden akım geçerken yani devre yüklü iken açma kapama işlemi
yapılmaz.
Eğer yapılırsa ayırıcı ve ayırıcıyı açıp kapatan kişi zarar görür. Bu sebeple açma
kapama işlemi yapılırken ilk önce ayırıcı açılıp kapatılmaz. Açma kapama işlemi
yapılırken şu işlem sırası takip edilir;
İlk önce kesici aç
açılır
Daha sonra kesicinin giriş
giriş ve çıkışındaki
ışındaki ayı
ayırıcılar açılır.
Kapatı
Kapatılırken bu iş
işlemin tersi olarak ilk önce ayı
ayırıcılar kapatı
kapatılır.
Daha sonra kesiciler kapatı
kapatılarak devreye enerji verilir.
Kesici yoksa alı
alıcıları
ların yü
yükü devreden çıkarı
karılır,sonra ayı
ayırıcı açılır.
AYIRICILAR
Yapısı
Tipik bir ayırıcının yapısı şu bölümlerden oluşur.
Şasi: İzolâtörler ve açma kapama mekanizmasının monte edildiği köşebent veya profilden yapılan
aksamdır. Ayırıcı şasileri genellikle , daldırma galvanizli veya elektrostatik toz boyalı olarak imal
edilirler.
Mesnet İzolâtörleri: Gerilim altında bulunan bölümden ve topraktan yalıtılmış olup , sabit ve
hareketli kontakları tutturmak için kullanılan izolâtörlerdir. Bunlar 6 adet olup, harici tip ayırıcılarda
porselenden (20-25 mm/kV kaçak mesafeli), dahili tip ayırıcılarda ise porselen , reçine ve epoksi
reçineden imal edilirler.
Sabit Kontaklar: Her faz için bir tane olmak üzere 3 adettir. Açma kapama sırasında hareket
etmeyen kontaklardır. Bu kontaklar anma akımlarına ve kısa devre akımlarına uygun kesitte
elektrolitik bakırdan imal edilir.
Hareketli Kontaklar: Bu kontaklar da 3 adettir. Açma kapama sırasında hareket mekanizması ile
hareket eder , kapama işleminde sabit kontaklarla birleşirler ve devreyi kapatırlar. Hem hareketli
hem sabit kontaklar elektrolitik bakırdan genellikle gümüş kaplamalı olarak yapılırlar.
Açma Kapa İşlemi Yapan Mekanik Düzen: Ayırıcın çeşidine göre değişen bu düzenek harekeli
kontakların açma ve kapama işlemi için hareketini sağlar. Bunun için kullanılan tahrik milleri 30 mm
çaplı galvaniz çelik malzemeden imal edilmekte ve pirinç döküm yataklarda hareket
etmektedir.Dönme hareketinin daha kolay olması bazı modellerde pirinç yataklar gresörlükle
donatılmıştır.
Kilit Tertibatı: Bıçaklı ayırıcılarda , hat ayırıcısı ile toprak bıçağı arasında bulunan ve her ikisinin
aynı anda açılıp kapanmasını engelleyen elektrik ve mekanik düzeneklerdir. Her ayırıcıda yoktur,
sadece hat ayırıcılarında bulunur.
Yaylar: Elektrolitik malzemeden yapılmış olan bu yaylar açma kapama işleminin hızlı yapılmasını
sağlar. Bu yaylar yük ayırıcılarında ve özel tip ayırıcılarda kulanılır.
10
AYIRICILAR
AYIRICILAR
Çeşitleri, Kullanma Yerleri ve Özelliği
Ayırıcılar kullanma yerlerine göre dört grupta incelenir:
Görevlerine göre ayırıcı çeşitleri ve kullanma yerleri
Monte edildikleri yerlere göre ayırıcı çeşitleri ve kullanma yerleri
Yapı Özelliklerine göre ayırıcı çeşitleri ve kullanma yerleri
Kumanda şekillerine göre ayıncı çeşitleri ve kullanma yerleri
Görevlerine göre ayırıcı çeşitleri ve kullanma yerleri
A) Hat ayırıcısı
B) Bara ayırıcısı
C) Toprak ayırıcısı
D) By-pass ayırıcı
E) Transfer ayırıcısı
F) Bara bölümleyici ayırıcılar
11
AYIRICILAR
A) Hat Ayırıcısı: Enerji nakil hatlarının giriş veya çıkışlarında beraber kullanıldığı kesici
ile hat araşma bağlanır. Beraber kullanıldığı kesici açık iken açma ve kapama yapabilen
ayırıcılardır.
B) Bara Ayırıcısı: Enerji nakil hatlarının haralara girişinde ve çıkışında kesici ve bara
arasına bağlanır. Beraber kullanıldığı kesici açık İken açma kapama yapabilen ayırıcıdır.
C) Toprak Ayırıcısı: Enerjisi kesilmiş devre veya hatların üzerinde kalan artık enerjiyi
toprağa akıtmaya yarayan ayırıcıdır. Beraber kullanıldığı kesici ve ayıncı açıldıktan sonra
kapatılabilir. Hatta enerji varken kapatılamaz. Devrede enerji varken kapatılmasını
önlemek için değişik şekillerde çalışan kilit tertibatları vardır. Bu kilitleme mekanizmaları
sayesinde beraber kullanıldığı kesici ve ayırıcı kapalı iken toprak ayırıcısının kapanması
engellenir.
D) Bay-Pass Ayırıcı: Tek bara sisteminde devreden enerji çekilirken, yani beraber
kullanıldığı kesici kapalı iken, açılıp kapatılabilen ve kesiciye paralel bağlanan
ayırıcılardır. Kesicinin arıza yaptığı veya bakıma alındığı zamanlarda baraya enerji
vermeye yarar. Kesici arızalandığında ve bakıma alındığında kesici gibi kullanılarak
devreye enerji veren bir yük ayırıcısıdır. Mecbur olmadığı sürece kesici açık iken
kapatılıp açılmaz.
E) Transfer Ayırıcısı: Çift bara siteminde ana bara ile transfer barayı (yedek bara)
birleştirir. Ait olduğu kesici kapalı iken açılıp kapatılan ayırıcıdır. Fiderin kesici ve
ayırıcıları , arıza yaptığı veya bakıma alındığı zamanlarda ,enerjinin sürekliliğini
sağlamak için , transfer bara üzerinden fiderin beslenmesini sağlar.
F) Bara Bölümleyici Ayırıcılar: Aynı gerilimli baraların birleştirilmesinde veya
ayrılmasında kullanılan ayırıcılardır.
AYIRICILAR
Monte Edildikleri Yerlere Göre Ayırıcı Çeşitleri ve Kullanma Yerleri
-Dahilî tip ayırıcılar : Kapalı hücre ve salt sahalarında kullanılır.
-Haricî tip ayırıcılar: Direk üzerinde ve açık hava salt sahalarında kullanılır.
Dâhili tip ve haricî tip ayırıcıların özelliklerini belirlemek için bazı değerlerin
bilinmesi gerekir. Bunlar anma gerilimi, anma akımı , anma kısa devre akımı,
kullanma yeri ve tipidir. Ayırıcıların isimleri, Özelliklerini belirten harfler ve
rakamlar ile anılır. Bu isimlerde bulunan harfler ve rakamlar şöyledir:
12
AYIRICILAR
Yapısına Göre Ayırıcıların Sınıflandırılması
a. Bıçaklı ayırıcılar
b. Döner izolatörlü ayırıcılar
c. Yük ayırıcıları
A) Bıçaklı Ayırıcılar: Bıçaklı ayrıcılar hareketli olan kontakları bıçak şeklinde
olan ayırıcılardır. Bina içine veya dışına konabilir. Açma ve kapama işlemi
yapılırken emniyetli mesafede durmak gereklidir.
Bıçaklı ayırıcıların kullanım yerine göre çeşitleri şunlardır:
1) Dahilî Tip Bıçaklı Ayırıcılar
2) Haricî Tip Bıçaklı Ayırıcılar
3) Toprak Ayırıcısı
4) Sigortalı Ayırıcılar
AYIRICILAR
1) Dâhili Tip Bıçaklı Ayırıcı:Bu tip ayırıcılar bina içerisinde hücrelere yerleştirilirler. Kumanda kolu emniyetli
mesafede hücre dışarı çıkartılır.
Adi tip dahili ayırıcılar 10,15,30,45 kV gerilimde ve 400,630 ve 1250 amper akımlarda kullanılırlar. Yapıları basit ve
standart bileşenlerden oluşur. Şasi, mesnet izolâtörleri , hareketli ve sabit kontakları ve kollu hareket
mekanizmaları vardır. Adi tip dahili ayırıcılar baralara bölmek ve kesici giriş-çıkışlarında kullanılır. Aşağıdaki
şekilde adi tip dahili bıçaklı ayırıcının görünüş resmi verilmiştir.
Alttan topraklı dahili ayırıcılarda adi tipteki gibi aynı gerilim ve akımlarda kullanılırlar. Tek farkları alttan çıkış uçları
topraklanmıştır. Ayırıcı açılırken toprak bıçağı kapanarak enerjisiz hattın topraklanması sağlanmış olur.Topraklı
ayırıcılarda enerji ve toprak bıçaklan bir mekanizma ile ters olarak birbirine bağlanır. Biri açılırken diğeri kapanır.
13
AYIRICILAR
2) Haricî Tip Bıçaklı Ayırıcılar: Harici tip bıçaklı ayırıcılar bina dışında açıkta kullanılırlar. Bu özelliklerinden
dolayı kullanılan malzemeler hava şartlan dikkate alınacak ısı, nem ve rüzgâra dayanıklı olarak üretilirler.
Kumanda kolu emniyetli mesafede ve ayakta duran bir kişinin açıp, kapamasına imkân verecek özellikte
olması gerekir.
AYIRICILAR
3) Toprak Ayırıcısı: Bu ayırıcılar enerji nakil hatlarının giriş veya çıkışına kurulur. Dahilî ve haricî tipte
olabilirler. Bunun için hattın enerjisi kesildiğinde hat üzerinde kalan elektriği toprağa boşaltması için
toprak ayırıcısı kapatılır. Bu şekilde hatta emniyetli çalışma için ortam hazırlanmış olur.
4) Sigortalı Ayırıcılar: Bağlı olduğu devrelerdeki arızalan şebekeye intikal ettirmeyen, aşın akımlarda
kontaklarına seri bağlı sigortasının atmasıyla devreyi açan ayırıcı çeşididir. Dahilî ve harici bıçaklı
tipleri vardır. Sigortalara tel Dağlanmaz. Orijinali ile değiştirilir.
Sigortalı ayırıcılar, aşağıdaki yerlerde kullanılırlar:
Köy sapmalarında
Küçük güçlü müşteri sapmalarında
Küçük trafoların girişlerinde (400 KVA'ya kadar)
Trafo istasyonlarındaki servis trafolarının girişinde
Gerilim ve ölçü trafolarının girişlerinde kullanılmaktadır.
14
AYIRICILAR
B) Döner İzolâtörlü Ayırıcılar
Hareketli kontaklara bağlı izolâtörlere kendi ekseni etrafında istenen açılarda dönebilen ayırıcılardır.
Dahili ve harici tipleri vardır. En çok harici tipleri kllanılır.Yüksek ve çok yüksek gerilimlitrafo
merkezlerinde kullanılır.60,154,200,380 ve 800 kV gerilimlerde kullanılan döner izolâtörlü ayırıcılar
iki tipte yapılırlar:
Tek Döner İzolâtörlü Ayırıcılar &
1)
Çift Döner İzolâtörlü Ayırıcılar
Tek Döner İzolâtörlü Ayırıcılar: Bu tip ayırıcıların
izolatörlerinden birisi kendi ekseni etrafında
dönebilecek şekilde yapılmıştır.Döner izolatörün
üzerinde çıkıntılı bir kontak bulunur. Döner izolatörün
kendi ekseni etrafında 90° lik açı ile döndürülerek
sabit izolatördeki girintili kontaklara kenetlenir ve
ayırıcı da kapatılmış olur.
Tek döner izolâtörlü ayırıcıları çeşitleri şunlardır:
Döner izolatörü ortada ayırıcı
Döner izolatörü kenarda ayırıcı
Döner izolatörü kenarda olan ayırıcılar kendi aralarında
ikiye ayrılır:
Mafsalsız düşey kapanan ayırıcı
Pantograf ayırıcı
Pantograf ayıncı da kendi arasında ikiye ayrılır:
Hareketli kontakları düşey pantograf ayıncı
Hareketli kontakları yatay pantograf ayırıcı
AYIRICILAR
2) Çift Döner İzolâtörlü Ayırıcılar: Çift döner izolâtörlü ayırıcılarda ayırıcının iki izolatörü kendi
ekseni etrafında 90° döndürülerek kapatma işlemi yapılır.
Daha çok kışın sert geçtiği yerlerde kontaklar üzerine biriken kar ve buzlan kırarak sağlar.
Bu sebeple kışı sert geçen yerlerde tercih edilir.
15
Filmler……….
16
AYIRICILAR
C) Yük Ayırıcıları: Kontakların pozisyonu gözle görülebilen, normal yüklü devreleri açıp
kapayan bazı tiplerinde kısa arı kesme özelliği olmayan bir ayırıcı çeşididir. Kesicilerden
tasarruf etmek amacıyla kullanılır. Tek m sistemlerinde, tek güç ayırıcısının bulunduğu
yerlerde devresine seri bağlı bir yüksek gerilim sigortası bulur.Tek bara sistemlerinde,
birden fazla güç ayırıcısının bulunduğu devrelerde ise güç ayırıcıları ile birlikte çalışan bir
de kesici vardır. Bu kesici ile güç ayırıcıları arasında açma ve kapama işlemleri için röleler
kullanılmaktadır.
Kısa devre kesme Özelliği olan yük ayırıcılarında
sigortalardan herhangi birinin devreyi açması halinde
sigortalı yük ayırıcısının üç fazı da emniyetli olarak
açması sağlanmıştır. Bu durumda önce ana kontaklar
(sürekli akım taşıyıcı kontaklar) açar, bu kontaklara
paralel bağlı çubuk kontak kısa bir an için yükü
üzerine alır. Bu açma hareketi esnasında meydana
gelen çarpma ile çubuk kontak harekete geçer ve
sıçramalı yay veya kurulmuş yay düzeni sayesinde
devreyi anında açar. Bu esnada sabit kontak
üzerindeki özel metal parça ile çubuk kontak ucundaki
özel metal parça arasında oluşan ark, ark söndürme
hücresinde söndürülür.
AYIRICILAR
Kumanda şekillerine göre ayırıcı çeşitleri ve kullanma yerleri
1) Elle Kumandalı (Istaka İle) Ayırıcılar
2) Mekanik Kumandalı Ayırıcılar
3) Elektrik Motoru İle Kumandalı Ayırıcılar
4) Basınçlı Hava İle Kumandalı Ayırıcılar
1) Elle Kumandalı (Istaka İle) Ayırıcılar: Emniyet mesafesi fazla olan bazı ayırıcılarda açma
kapama işlemi yapılırken mekanik hareketi sağlayan kol bir ıstaka (fiber malzemeden yapılmış,
ucu kancalı uzun sopa şeklinde bir alet) ile hareket ettirilir, Açma ve kapama işlemi ıstaka ile
yapıldığından bu ismi alır.
2) Mekanik Kumandalı Ayırıcılar:. Açma ve kapama işlemi için hareketi sağlayan düzenin
çalışmasını 30 mm çapında ve 3 m boyunda galvanizli çelik malzeme yardımıyla elle yapılan
ayırıcılardır. Bazılarında bu mekanik düzenek dişlilerle hareketin iletildiği bir sistemdir.
3)Elektrik Motoru İle Kumanda Edilen Ayırıcılar: Ayırıcının açma kapama işlemini yapan
mekanizmanın hareketi bir elektrik motoru ile sağlanır. Elektrik motoru bir yönde
çalıştırıldığında ayırıcı kapanır, diğer yönde ayırıcı açılır. Motorlu kumandalı sistemlerde
motorun hareketi özel bir dişli sistemi vasıtasıyla çıkış miline iletilir, motor ve dişli sistemi;
yardımcı kontak takımı ile birlikte dış tesirlere karşı korunmuş ve ısıtıcılı bir kutu içerisine
yerleştirilmiştir. Kullanılan motorlar D.C veya A.C motor olabilir. Enerji kesilmelerinde elle
kumanda edilebilirler.
4) Havalı Kumandalı Ayırıcılar: Ayırıcının açma kapama işlemini yapan mekanik düzenek
havalı (Pnomatik) bir sistemle hareket ettirir. Pnomatik sistemin düz çalışmasıyla ayırıcı
kapanır, ters çalışmasıyla ayırıcı açılır.
17
KESİCİLER
(Circuit Breaker-Disjonktör)
Temel Bilgiler…
1) Yük akımı, nominal akımdan küçüktür. Nominal akım, kullanılan ekipmanın, tavsiye
edilen kullanım ve işletme koşullarında sınırsız çalışabileceği akım değerinin efektif
değeridir.
2) Aşırı akım, nominal değerin geçildiği değerdir.
3) Kısa-devre akımı, şebekede oluşan bir hata sonucu meydana gelir. Degeri ise
generatöre, hatanın tipine ve şebekenin empedans degerlerine baglıdır.
Bunların dışında, seçilen bu aletlerin açma, kapama ve işletim esnasında maruz kaldıgı bir
çok etki vardır:
- Dielektrik (gerilim)
- Termik (normal ve hata akımları)
- Elektrodinamik (hata akımları)
- Mekanik
En önemli etkiler ise kısa süreli çalışma ve kesme anlarında meydana gelenlerdir. Bunlar
elektriksel ark dediğimiz olguyu da beraberlerinde getirirler. Ark davranışını önceden
bildirmek ise akım modelleme
tekniklerine rağmen zordur.
Tecrübe ve deneysel çalışmalar kesici elemanların dizayn aşamalarında büyük rol oynarlar.
Burada sözü edilen elemanlara “elektro mekanik eleman” diyoruz. Günümüzde statik
kesmeyi orta ve yüksek
gerilimde kullanmak ne teknik ne de ekonomik olarak uygulanabilir değildir.
18
Temel Bilgiler…
Açma-Kapama Elemanlarının
Karşılaştırılması
19
TANIM ve SINIFLANDIRMA
Elektrik Güç Şebekelerinde Kapalı Devrenin Oluşmasını Sağlayan ve Bu
Devreyi BOŞTA, YÜKTE ve Özellikle KISA DEVRE durumunda açabilen
ve kapatabilen devre elemanıdır.
Elle (Manuel) Kumandalı ve Otomatik Kumandalı olarak AÇMA/KAPAMA
işlemini gerçekleştirebilirler.
KESİCİLER
Kesicinin Açılması Anında Akım ve Gerilimlerin Değişimi
Gerilim kesilmiyor
Akım sıfır
1- Toparlanma Geriliminin Geçici Hali
2-Toparlanma Geriliminin Sürekli Hali
3-Açılma Esnası
e(t) : Sistem gerilimi
ea(t) : Ark gerilimi
ik(t) : Kısa devre akımı
Kesiciler görüldüğü gibi akımı kesiyor ama gerilim kesilmiyor.
Kontaklar hala gerilim altında.
KESİCİLER
S.Akpınar, YGT Temelleri Kitabından Alınmıştır.
20
Toparlanma Gerilimi (Kendine Gelme Gerilimi)
Devrenin güç faktörüne
Kısa devre akımının simetrik olup olmamasına
Alternatörün endüvi reaksiyonuna bağlıdır.
KESİCİLERLE İLGİLİ BAZI ETİKET BİLGİLERİ
Un(kV) Anma Gerilimi : Kesicinin sürekli olarak çalışabileceği işletme gerilimidir.
In(A) Anma Akımı : Kesicinin üzerinde geçirilebilecek en yüksek akım değeridir.
f (Hz) İşletme Frekansı : Kesicinin bağlı olduğu şebekenin frekansı.
Kesme Akımı (A) : Kontakların ayrıldığı anda kesiciden geçen akımdır. Zaman eksenine
göre simetrik yada asimetrik olabilir.
Anma Kesme Akımı (A) : Kesme fonksiyonunun verildiği durumda ve anma dönüş
(toparlanma) geriliminde kestiği en yüksek simetrik kesme akımıdır.
Dönüş Gerilimi : Akımın kesilmesinden sonra kesici uçlarında oluşan gerilimdir.
KESİCİLER
KESİCİLER ARK SÖNDÜRME PRENBİNE GÖRE AŞAĞIDA GİBİ SINIFLANDIRILABİLİR.
YAĞLI KESİCİLER
İ. Çok Yağlı Kesiciler
ii. Az Yağlı Kesiciler
HAVALI KESİCİLER
VAKUMLU KESİCİLER
GAZLI (SF6) KESİCİLER
KESİCİLER
21
AZ YAĞLI KESİCİLER
• Tam Yağlı (Çok Yağlı)
Kesicilerin daha gelişmiş
bir şekli olup, kullanılan
yağ ile sadece ark
söndürülmektedir.
• Ucuz ve montajı kolay
olmakla beraber, yağın
birkaç açmadan sonra
değiştirilmesi gerektiğinden
bakım ihtiyacı fazladır.
• Günümüzde yüksek akım
ve gerilim tesislerinde pek
tercih edilmemektedir. Eski
tesislerde halen
kullanılmaktadır.
HAVALI KESİCİLER
İki kontak birbirinden ayrılırken ark, 1 nolu çizgi boyunca gelişir. Ortamın ısınması ile
magnetik ve elektrik alanların etkisiyle 2,3 ve 4 nolu çizgilerde oluşmak üzere gelişerek yukarı
doğru kayar. Görüldüğü gibi burada kontaklara verilen biçim de ark yolunun uzamasına,
dolayısıyla direncinin artarak arkın sönmesine yardımcı olmaktadır. Böyle bir kesici, doğru
akımı ve alçak gerilimli alternatif akımı (100 civarında) kesmede 500 Volta kadar kullanılır.
22
Havalı Üflemeli Kesici
120 kV a kadar
kullanılabilmektedir.
Kesici içinde ve
deposunda hava
basıncı aynı iken
kontaklar açılmak
üstendiğinde çıkış
vanaları açılır.
Atmosfere göre yüksek
basınca sahip hava,
depodan çıkışlara
doğru büyük bir hızla
hareket ederken ark
yolunu uzatarak, arkı
soğutarak ve ark
iyonlarını bu ortamdan
uzaklaştırarak arkı
söndürür.
Daha etkili bir ark söndürme yöntemidir. Ark iletken olduğundan ve iletken üzerinden
akan akımın yönü dinamik kuvvetlerle değiştirilebileceği gerçeğinden hareketle, arık
akımına etki edecek bir kuvvet oluşturulması prensibine göre çalışır. Kuvvet için
gereken alan, sargılar tarafından oluşturularak ark hücresinin yan duvarlarına
yerleştirilmiş saç levhalara verilir. Böylece ark yalıtkan engeller arasından kayarak
yolunu uzatır. Isı kaybederek daha çabuk söner.
MAGNETİF ÜFLEME İLE ARKIN SÖNDÜRÜLMESİ
23
VAKUMLU KESİCİLER
Vakumlu Kesiciler
24
Vakumlu Kesiciler
Vakumlu Kesiciler
25
Vakumlu Kesicilerin Özellikleri
Herhangi Bir Ark Söndürme veya Soğutma Maddesi Kullanılmaz : Aça işlemi sırasında
ortaya çıkan ark, kontak yüzeyleri üzerinde ayrışarak metal buharı haline gelen bir plazma
vasıtasıyla, akımın sıfırdan geçtiği noktaya kadar devam eder. Bu andan itibaren birbirinden
uzaklaşmakta olan kontaklar arasındaki dielektrik dayanım yükselmeye başlamaktadır. Bu
aratn dayanım yüksek vakum ortamda arkın kendiliğinden sönmesini sağlar.
Bakım Gerektirmezler : Bakımı çok basit olup, özel takım ve cihaz gerektirmez. En fazla iki
saat içinde tamamlanabilir.
Güvenilirlikleri Yüksektir : İçerdiği parça sayısı oldukça az olup,arıza riski azdır.
İşletme Oluşabilecek Her Türlü Açma-Kapama Olayının Üstesinden Gelir : Kapasitif
Akımlarda Açma, Çok Küçük Endüktif Akımlarda Açma Küçük Endüktif Akımlarda Açma
SF6 GAZLI KESİCİLER
SF6 : Kükürt Hekza Flörür
Gaz Yalıtımlı Kablolarda,
Gazlı Ayırıcılarda,
Yük Ayırıcılarında
Kesicilerde
Trafo İstasyonlarında kullanılmaktadır.
26
SF6 GAZLI KESİCİLER
•
•
•
•
•
Delinme Dayanımı Yüksektir.
Kimyasal olarak KARARLIDIR.
Isıl iletkenliği iyidir.
Alev almaz.
Elektronegatiftir.
27
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
• Durgun ve hareket eden yükler, durmakta yada
hareket eden diğer yükler üzerinde bir kuvvet
uygular. Bu kuvvet alanlarına elektrik alan ve
magnetik alan denir.
• Yükler hareketsiz olduğunda ortaya çıkan alan statik
elektrik alan olarak adlandırılır.
• Sabit hızlı yüklerin hareket ederken oluşturdukları
alan ise statik magnetik alan olarak bilinir.
• İvmelenmiş yükler ise elektrik ve magnetik alanın
zamanla değiştiği elektromagnetik alanları oluşturur.
28
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİNDE, DELİNME VE ATLAMA
OLAYLARININ İNCELENMESİ İLE ORTAMLARIN YÜKSEK
GERİLİM ALTINDAKİ DAVRANIŞLARININ BELİRLENMESİ İÇİN
STATİK ELEKTRİK ALANIN HESAPLANMASI GEREKİR.
BU NEDENLE ELEKTROSTATİK ALAN HESAPLAMASI ÇOK
ÖNEMLİDİR.
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
…VEKTÖREL ANALİZ…
• Skaler ve Vektörel Büyüklükler
– Değeri bir koordinat sistemine bağlı olmayan
büyüklüklere skaler büyüklükler denir.
– Değeri bir büyüklük ve yön ile birlikte ifade edilen
fiziksel büyüklükler ise vektörel büyüklüklerdir.
29
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
…SKALER ÇARPIM…
A ve B gibi iki vektörün skaler çarpımı A ve B nin mutlak
değerleri ile, iki vektör arasındaki en küçük açının
cosinüsünün çarpımıdır.
A.B = A . B .Cosθ AB
Uyarı : Vektörler koyu veya üzerinde ok ile gösterilirler. Her iki gösterimde kullanılmıştır.
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
…VEKTÖREL ÇARPIM
A ve B gibi iki vektörün vektörel çarpımı AxB şeklinde gösterilir. Bu
çarpım yine bir vektör olup; mutlak değeri, A ve B nin mutlak
değerleri ile iki vektör arasındaki açının sinüsüyle çarpımına, yönü
ise A ve B vektörlerinin içinde bulunduğu düzleme dik olacak
şekildedir.
r
r
r
r
A = A x .a x + A y .a y + A z .a z
r
r
r
r
B = B x .a x + B y .a y + Bz .a z
r
ax
r r
AxB = A x
r
ay
Ay
r
az
Az
Bx
By
Bz
30
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Kartezyen
Koordinat
Sistemleri
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Silindirsel
Koordinat
Sistemleri
31
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Küresel
Koordinat
Sistemleri
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
∂ r ∂ r ∂ r
i+
j+ k
∇=
∂z
∂y
∂x
GRADİENT :
r
i
r
j
r
k
X yönündeki birim vektör
Y yönündeki birim vektör
Z yönündeki birim vektör
Nabla operatörü ile gösterilir. GRAD olarakta sembolize edilir. 3 boyutta türev alma işine
yarar. Skaler büyüklükleri vektörel büyüklüklere dönüştürür.
Verilen bir skaler f (x,y,z) fonksiyonu için gradyant tanımı
∂f r ∂f r ∂f r
grad f = ∇f =
i+
j+ k
∂x
∂y
∂z
32
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
LAPLASYEN :
Matematiksel bir kavra olup, Δ ile gösterilir….Gradyenin skaler çarpımıdır.
Δ = ∇.∇ = ∇ 2
∂ 2f ∂ 2f ∂ 2f
Δ f = ∇.∇f = 2 + 2 + 2
∂z
∂y
∂x
2
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
DİVERJANS & ROTASYONEL
Bir A vektör alanının diverjansı :
r
r ∂A x ∂A y ∂A z
+
Div.A = Δ.A =
+
∂x
∂z
∂y
Bir A vektör alanının rotasyoneli :
r
i
r
j
r
k
r
r
rotA = ΔxA = ∂ / ∂x ∂ / ∂y ∂ / ∂z
Ax
Ay
Az
33
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL BAĞINTILAR….
ϕ Potansiyeli göstermek üzere elektrik alan şiddeti vektörü :
r
E = −∇.ϕ
Deplasman vektörü (deplasman akı yoğunluğu)
r
r
D = ε.E
Birimler : Elk.Alan Şiddeti (kV/cm)
Deplasman Vektörü (C/m2)
ε:dielektrik sabiti (Farad/m)
ε=ε0.εR
ε0 = 8,85.10-12 F/m (Boşluğun dielektrik sabiti)
εR = Bağıl dielektrik sabiti
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Bazı Yalıtkanların Dielektrik Sabitleri (20°C)
Bakalit
4.5 – 7.5 Termoplastikler
3.5 – 10
Kehribar
2.2 – 2.9 Yağlı Kağıt
3 – 4.5
Ebonit
2.5 – 3.5 Ağaç
3 – 3.5
Cam
3.5 - 7
Sert Plastik
3–4
Glimmer
4.7 – 6
Parafin
2.1 – 2.3
Mikanit
4.5 - 5.5
Schellak
3–4
Kağıt
1.8 – 2.6 Quartz
4.3 – 4.6
Pertinaks
4 – 6.5
Sert Porselen
5 – 6.5
Presbant
2.5
Seramik Malzeme
80 – 100
Trafo Yağı
2.2 – 2.5 Saf Su
80
Hava
1.006
2.5 – 3.5
Buz
34
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR….
DELİNME : İki elektrot arasına konulan yalıtkan maddeden oluşan sisteme
uygulanan yüksek gerilim sonucu yalıtkan madde içerisinde bir boşalma olayı
meydana gelir. Gerilim belli bir seviyeye ulaştığında ise bu yalıtkanda tam bir
boşalma (deşarj) meydana gelir. Buna delinme denir.
U
Trafo
Kazanı
YG
Sargı
yalıtkan
Yağ
a
Gövde
Topraklaması
Eğer delinen yalıtkan sıvı veya gaz ise malzeme yeniden kullanılabilir ama delinme daha sonraki
Kullanımlarda daha düşük değerlerde oluşur. Katı ise artık kullanılmaz….
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR….
DELİNME DAYANIMI : Yalıtkan malzemenin delinmeye başladığı gerilim, o
malzemenin delinme dayanımıdır.
ATLAMA : YG Nakil hatlarında işletme gerilimi üzerine çıkıldığında izolatörler
delinmeye zorlanır.Eğer izolatörlerin delinme dayanımları yeterli ise hava
delinerek, hattan direğe doğru bir boşalma olayı gerçekleşir. Buna atlama denir.
35
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR….
Emniyet Derecesi (Güvenlik Ölçütü) [ e ]
Herhangi bir yalıtkan malzemenin delinme gerilimi Ud ve nominal
gerilimi Un ise bu yalıtkan için emniyet derecesi aşağıdaki bağıntı ile verilir.
e=
Ud
Un
e>1 olmalıdır. Ne kadar büyük olursa malzeme daha yüksek
dayanımlıdır.
Soldaki gibi bir elektrot sisteminde kalınlığı a (cm) olan yalıtkan
maddeye uygulanan Ud (kV) gerilim esnasında yalıtkanda
delinme olmuş ise bu maddenin delinme dayanımı
U
yalıtkan
Ed =
Ud
[kV/cm]
a
Not : Bu formül sadece düzgün değişen elektrik alanına
sahip elektrot sistemleri için geçerlidir. Düzgün değişmeyen
,alanlarda maksimum alan şiddeti delinmeyi belirler.
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANI TEMEL BAĞINTILARI
A. Üzerinde Q yükü bulunan bir cismin etrafındaki kuvvet alanı meydana getirir. Bu kuvvet
üzerinde küçük bir q elektrik yükü bulunan parçacığa etki eder.
1
Q
2
3
q
q
q
r
F3
r
F1
r
F2
r
r
F = k.q.E
r
r
F = q.E
Eğer q nun birimi C, elk alan birimi
V/m ve kuvvet birimi N ise k=1 olur.
Bir Q yükünün R uzaklığında meydana getirdiği alan :
r
r F
Q r
Q r
E= =
UR =
R
2
3
q 4πεR
4πεR
36
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANI TEMEL BAĞINTILARI
B. Eğer q yüklü parçacık kapalı bir eğri (kare, daire elips vb) içinde hareket ettirildiğinde,
yapılan toplam iş sıfırdır.
r
1
Parçacığın izlediği yolun geometrik şekli önemli değildir.
F
Kapalı bir eğri olması yani ilk hareket edilen noktraya
gelmesi yeterlidir. Elektrik alan kaynağından bağımsızdır.
2
Q
r r
r
dS
∫ F.dS = 0
r r
q
.
E
∫ .dS = 0
r r
r r
r r
∫ q.E.dS = ∫ (∇ ∧ E).dS =∫ (rotE).dS = 0
n
r
rotE = 0
r
r
E = −∇.V = −grad.V
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
ELEKTRİK ALANI TEMEL BAĞINTILARI
C. LAPLACE ve POISSON Denklemleri
Kapalı bir yüzey (boşluk) içindeki elektrik yükü, bu yüzeyden çıkan elektrik akısına eşittir.
r r
ε 0 .∫ E.dS = Q
Bu kapalı yüzey içindeki yük yoksa
r r
ε 0 .∫ E.dS = 0
İçinde yalıtkan bulunan kapalı yüzeyde elektrik yükü, bu yüzeyden çıkan elektrik akısına eşittir.
r r
ε 0 .ε R ∫ E.dS = Q
r r
ε
.
ε
.
E
∫ 0 R .dS = Q
r r
ε
.
E
∫ .dS = Q
r
r
D = ε.E
r r
∫ D.dS = Q
D : elektriksel akı yoğunlu/deplasman
vektörüdür. Bir S yüzeyi boyunca
integrali ise elektrik akısını verir.
r r
Ψ = ∫ D.dS = Q
37
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
r ρ
∇.E =
ε
r ρ
div E =
ε
r
∇.D = ρ
r
div D = ρ
ELEKTRİK ALANI TEMEL BAĞINTILARI
r
E = -∇V eşşitliğ yukarıukar denkleme konulursa
r
ρ
ρ
∇.(∇.V) = div(grad V) = ε
ε
ρ
∇ V=−
ε
∇2V = 0
2
POISSON
LAPLACE (elk yükü olmayan uzay parçası)
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI
* KARTEZYEN KOORDİNAT SİSTEMİ
Laplasyen
Z
P(x,y,z)
r
k zr
j
r
i
Y
x
y
X
Gradyan
∇ 2V =
∇V =
∂ 2V ∂ 2V ∂ 2V
+
+
∂x 2 ∂y 2 ∂z 2
∂V r ∂V r ∂V r
i+
j+
k
∂x
∂y
∂z
Alanın sadece X ekseni boyunca değişmesi
durumunda
d 2V
=0
dx 2
P’
E=−
dV
dx
38
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI
* SİLİNDİRSEL KOORDİNAT SİSTEMİ
x=r.cos θ
y=r.sin θ
z=z
Z
∇ 2V =
P(r, θ,z)
z
∇V =
Y
r
r r r
ir , iθ , k
∂ 2 V 1 ∂V 1 ∂ 2 V ∂ 2 V
+
+ .
+
∂r 2 r ∂r r 2 ∂θ 2 ∂z 2
∂V r 1 ∂V r ∂V r
. ir +
iθ +
.k
∂r
∂z
r ∂θ
d 2 V 1 dV
+ .
=0
dr 2 r dr
θ
Alan sadece
r yönünde değişirse.
P’
X
E=−
dV
dr
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI
* KÜRESEL KOORDİNAT SİSTEMİ
Z
P(r,θ,α)
r r r
ir , iα , iθ
x=r.cosα.sin θ
y=r.sin α .sin θ
z=z
∇ 2V =
1
∂ 2V 1 ∂ 2V
∂ 2 V 2 ∂V cot θ ∂V
+
+
+
+ 2
r ∂θ
∂r 2 r ∂ 2θ r 2 . sin 2 θ ∂α 2 r ∂r
r
θ
z
∇V =
1 ∂V r ∂V r
∂V r
. ir +
. iα +
. iθ
r. sin θ ∂α
∂r
∂θ
Y
d 2 V 2 dV
+ .
=0
dr 2 r dr
α
P’
X
Alan sadece
r yönünde değişirse.
E=−
dV
dr
39
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Elektrostatik Alanların Uygulama Alanları
•
•
•
•
Elektrostatik Ayırma
Elektrostatik Filtre (termik santrallerde baca külleri için yapılan filtreleme)
Elektrostatik Boyama
Xerography
BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR
Temel Elektrot Sistemleri
• Düzlemsel Elektrot Sistemleri
• Küresel Elektrot Sistemleri
• Silindirsel Elektrot Sistemleri
40
(Kenar Etkisi Olmayan)
Düzlemsel Elektrot Sistemleri
y
V potansiyeli sadece x yönünde değişmektedir.
V=V1=0
-
+
-
+
-
+
-
E
a
∇ 2V =
∂ 2V ∂ 2V ∂ 2V
=0
+
+
∂x 2 ∂y 2 ∂z 2
∂ 2V
U
U
=0 ;V = x ;E =∂x 2
a
a
U
+
+
x=0
V=V2=U
x
Kapasite : C =
Q ε.S
(birimi Farad)
=
U a
x=a
(Kenar Etkisi Olmayan)
Düzlemsel Elektrot Sistemleri
Kenar etkisi olmayan paralel düzlemsel elektrot sisteminde, V
potansiyeli x e göre doğrusal değiştiği halde, Elektrik alanı X e
bağlı değildir. U gerilimi ve açıklık sabit olduğundan elektrik alan
da sabittir.Yalıtkan üzerindeki her noktada elektrik alan sabit
kalır.
Ortamı Delinmeye zorlana E elektrik alanının mutlak değerine
“ELEKTRİKSEL ZORLANMA” denir.
41
(Kenar Etkisi Olmayan)
Düzlemsel Elektrot Sistemleri
V
E=U/a
0
a
0
a
Düzlemsel Elektrot Sistemlerinin
Zorlanma Bakımından İncelenmesi
Elektriksel Zorlanma , yalıtkan malzemenin delinme dayanı olan Ed ye eşit veya
büyük ise sistemde boşalma başlar.
E ≥ Ed
Düzgün olmayan alanlarda korona şeklinde başlayan boşalma olayları, gerilimin
yükseltilmesi durumunda kısmi boşalma aşamalarından geçerek tam delinme ile sonuçlanır.
Düzgün değişen alanlarda ise delinme şartı alanıon her noktasında aynı anda
gerçekleştiğinden, elektrotlardan biri üzerinde başlayan boşalma olayı kısmi boşalma
aşamaları gelişmeden hemen tam delinme ile sonuçlanır.
Bu nedenle, düzgün alanda boşalmanın başladığı UO boşalma başlangıç gerilimi ile tam
delinmenin meydana geldiği Ud gerilimi birbirine eşittir. Buna göre düzgün delinen alanda
delinme gerilimi aşağıdaki eşitlik ile bulunur.
U d = E d .a
42
Küresel Elektrotlar
Küresel Elektrotlar
43
Küresel Elektrot Sistemleri
Laplace Denklemi
r2
V1=U
r1
U
d 2 V 2 dV
+
=0
dr 2 r dr
B
V =A+
r
V2=0
A = −U
a
r1
r .r
& B=U 1 2
r2 − r1
r2 - r1
r1 ve r2 yarıçaplı eşmerkezli küre
Küresel Elektrot Sistemleri
r1 r2
V=U
( − 1)
r2 − r1 r
r2
r1
V2=0
V1=U
U
E=U
r1.r2 1
. 2
r2 −r1 r
a
44
Küresel Elektrot Sistemleri
E(r2 ) = E MIN = U
r1 1
r2 r2 − r1
V1=U
U
V2=0
r2 1
r1 r2 − r1
E ORT =
r2
r1
E(r1 ) = E MAX = U
1
r .r
U
=U 1 2 . 2
r2 − r1 r ORT
r2 − r1
rORT = r1.r2
a
Küresel Elektrot Sistemleri
E
V
E=f(r)
V=f(r)
Emax
V1=U
Eort
Emin
V2=0
r1
α
r2
r1
rort
r2
45
Küresel Elektrot Sistemleri
Sistemin Kapasitesi
C=
r .r
Q
= 4πε 1 2 ; r (m) , ε = ε 0 .ε r , ε 0 = 8,86.10 -12 F / m
r2 − r1
U
Gerçek Açıklık (a)
a=r2-r1
Geometrik Karakteristik :
Geometrik olarak benzer olan eşmerkezli
Küresel sistem ile eş-eksenli silindirsel sistemler
Eşdeğer Açıklık (α) ;
p=
r
α = 1 .(r2 − r1 )
r2
Faydalanma Faktörü (η)
η=
α r1
=
a r2
r2
r1
Yanyana veya içiçe küresel ve silindirsel
sistemler
p=
r
r1 + a
& q= 2
r1
r1
Bir elektrot sisteminin faydalanma faktörü (η),
elektrotlar arasındaki açıklık (a) ve sisteme
uygulanan U gerilimi biliniyorsa,
U = E MAX .α = E MAX .a.η
eşitliği ile EMAX kolayca hesaplanabilir.
46
Küresel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından
İncelenmesi ve En Uygun Düzeneğin Belirlenmesi
Maksimum elektriksel zorlanma kavramı (EMAX) delinme incelemelerinde
önemlidir. Eğer EMAX, ortamın delinme dayanımına eşit veya büyük olduğu
zaman (EMAX≥Ed ), eğrilik yarıçapı küçük olan elektrot üzerinde olmak üzere
yalıtkan ortamda delinme başlar.
Düzgün olmayan alanlarda delinme hemen başlamaz. Öncelikle ön boşalma
olayları meydana gelir. Gerilim yükselmeye devam ettikçe bu ön boşalma
olayları gelişir ve belirli aşamaları geçtikten sonra tam delinme ile sonuçlanır.
Bu süreç, alanın şekline yani düzgünlük derecesine bağlıdır.
Düzgünsüzlük Derecesi (Faydalanma Faktörünün tersidir.)
1
η
Eşmerkezli Küresel Elektrot Sisteminde düzgünsüzlük derecesi p’ye eşittir. Bu nedenle
maksimum elektriksel zorlanmanın p veya η ya göre değişimi ön plana çıkar.
Küresel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından
İncelenmesindeki İki Karakteristik Durum
1.Durum : Dış Yarıçapın Sabit olması , r2 = Sabit , U=sabit , Emax ın r1 e göre değişimi
d ( E MAX )
=
dr1
d[ U
r2 1
]
( r − 2 r1 ).r2 .U
r1 r2 − r1
=− 2
=0
2
dr1
( r1 .r2 − r1 ) 2
r1 =
r2
2
47
İç küre yarıçapının, dış küre yarıçapının yarısı olması durumunda EMAX minimum olacaktır.
(E MAX ) MIN = U
(E MAX ) MIN =
1
r2
]
[
r2
r
r2 − ( 2 )
2
2
4U 2U 2U
=
=
= 2.E ORT
r2
r1
a
Bu durumda delinme bakımından bu en elverişli tertibin geometrik karakteristiği ve
faydalanma faktörü şu şekilde olacaktır.
pd =
r1 + a r2
= =2
r1
r1
&
ηd =
1
= 0.5
pd
Eğer sınır değer olarak EMAX=Ed alınırsa, [U=EMAX.α] eşitliği uyarınca U nun maksimum
olabilmesi için α nında maksimum olması gerekir. Bunun için α nın r1 e göre türevi sıfıra
eşitlenerek α yı maksimum yapan r1 değeri bulunur.
dα d r1
=
[ (r2 − r1 )] = 0
dr1 dr1 r2
Bir sonraki slaytta verilen maksimum
elektriksel zorlanmanın iç yarıçapa göre
değişimini veren grafikte boşalma
olaylarının gelişimi incelenebilir.
2r
dα
= 1− 1 = 0
r2
dr1
r1 =
r2
2
(α) MAX =
r2 r1 a
= =
4 2 2
48
r2 , U sabit
Emax
Emax/(Emax)min
Emax=f(r1)
r2 , U sabit
Emax//(Emax)min=f(r1/r2)
(Emax)min
α / αmax
α=f(r1)
(αmax)
α/ αmax =f(r1/r2)
1.0
0.7
0.5
0.3
α
0.1
0
r1=r2/2
r1
0
r2=sbt
0.5
r1/r2
1.0
r1=0 dan r2 ye kadar (iç yarıçap sıfırdan dış yarıçapa kadar) değiştiğinde EMAX’ın değişimi
yani boşalma olayının seyrini incelemek mümkündür.
Ortamda yalıtkan olarak hava bulunsun ve havanın delinme dayanımı (Ed) sabit kabul edilsin.
U1<U2<U3 değerleri için delinme analizi……
EMAX
r2, U3 sbt
EMAX=f(r1/r2)
r2, U2 sbt
EMAX=f(r1/r2)
r2, U1 sbt
EMAX=f(r1/r2)
Ed
B
A
C
1
0 0.2
3
2
0.5
0.8 1
r1/r2
1
0 0.2
2
0.5
0.8 1
r1/r2
0 0.2
0.5
0.8 1
r1/r2
49
EMAX
-1-
r2, U1 sbt
EMAX=f(r1/r2)
Ed
B
A
1
3
2
0 0.2
0.5
0.8 1
r1/r2
Görüldüğü gibi EMAX eğrisi, delinme
dayanımını iki noktada kesmektedir.
Boşalma açısından 3 bölge söz
konusudur. A ya kadar olan bölgede
maksimum zorlama daima delinme
dayanımından büyüktür. EMAX>Ed. Bu
bölgede iç küre üzerinde mutlaka bir
boşalma (deşarj) başlar. Ancak sistemde
alan düzgün değişmediğinden yani
geometrik şekil küre olduğundan bu
boşalma iç küreyi çevreleyen bir ışıltılı
korona tabakası şeklinde başlar. Bu
tabaka iletken hale geçer. İç-Dış küre
arasıu açıklık azalacaktır. Gerilim arttıkça
korona deşarjı desteklenir. 1 bölgesinde
A noktasına kadar EMAX>Ed olduğu
sürece boşalma gelişir.
-2-
EMAX
A dan sonraki 2 bölgesinde EMAX<Ed dir.
Bu noktadan sonra boşalma meydana
gelmez. U1 gerilimi değişmediği sürece
ön boşalmalar oluşur ama tam anlamıyla
bir deşarj olayı gerçekleşmez. Bu ön
boşalmalar sadece ortamdaki bir kısım
bölümde oluştuğundan kısmi boşalma da
denilmektedir.
r2, U1 sbt
EMAX=f(r1/r2)
Ed
B
A
1
0 0.2
2
0.5
3
0.8 1
r1/r2
50
-3-
EMAX
3 bölgesi 1 bölgesi gibi daimi bir boşalma
olayının görüldüğü bölgedir. Ancak
burada EMAX eğrisinin türevi pozitif
olduğundan yani grafik sürekli arttığından
dolayı başlayan her boşalma olayı tam
delinme ile sonuçlanır. Bu bölgeye tam
delinme bölgesi de denilir.
r2, U1 sbt
EMAX=f(r1/r2)
B
A
Ed
1
3
2
0 0.2
0.5
0.8 1
r1/r2
-4-
r2, U2 sbt
EMAX=f(r1/r2)
C
1
0 0.2
2
0.5
Bu ilk durumda uygulanan
gerilim arttıkça yani eğri
yükseldiğinde aşağıdaki durum
ortaya çıkar. A ve B noktası
birleşir. 2 bölgesi ortadan kalkar.
Yeni durumda 1 bölgesi ön
boşalma 2 bölgesi ise tam
delinme bölgesidir. C noktası ise
delinme açısından en elverişli
durumdur.
0.8 1
r1/r2
51
-5-
r2, U3 sbt
EMAX=f(r1/r2)
0.5
0.8 1
r1/r2
EMAX
0 0.2
Eğer gerilim yine yükseltilirse
yandaki durum ortaya çıkar. Bu
durumda her durumda EMAX>Ed
olacaktır. Bunun anlamı ise
herhangi bir düzende başlayan
boşalma olayı daima bu iki küre
(elektrot) arasında tam delinme
ile sonuçlanır.
r2, U1 sbt
EMAX=f(r1/r2)
Ed=f(r1/r2)
Ed
A
B
B
3
1
0 0.2
Eğer yalıtkan ortamda
delinme dayanımı sabit
değilse yani şekilde
görüldüğü gibi küre
yarıçapına göre
değişmekte ise……A ve
B noktaları ile 1-2-3
bölgelerinin sınırları
değişmektedir.
2
0.5
0.8 1
r1/r2
52
Küresel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından
İncelenmesindeki İki Karakteristik Durum
2.Durum : İç Yarıçapın Sabit olması , r1 = Sabit , U=sabit ise
E MAX =
r2 U
p
p U
p
U=
E MAX,∞
=
=
r1 (r2 − r1 ) r2 − r1
p − 1 r1 p − 1
p büyüdükçe EMAX küçülmektedir. p sonsuza gittikçe (dış yarıçap sonsuza giderse)
EMAX,∞ değerine düşmektedir. Bu EMAX,∞ değeri, dış küre yarıçapının sonsuz olması
halinde iç küre üzerindeki maksimum zorlanmayı göstermektedir. Bu ise uzaydaki bir
küre durumuna karşı gelir.
U = E MAX
r1
r
(r2 − r1 ) = E MAX .r1.(1 − 1 )
r2
r2
de EMAX yerine Ed, U yerine ise Ud yazılırsa
delinme başlangıç gerilimi bulunur.
p −1
1
.U d ,∞
U d = E d .r1.(1 − ) =
p
p
U d ,∞ = E d .r1
Ud/Ud,∞
p
Örnek 1. [M.Özkaya] : İç küre yarıçapları r’1=50 cm ve r’’1=120 cm ve dış küre yarıçapı r2=200
cm olan iki eşmerkezli küresel sistemde havanın delinme dayanımı Ed=30 kV/cm (sabit)
olduğuna göre, sistemlerin delinme başlangıç gerilimlerini hesaplayınız ve bu düzenlerde
boşalmaların ne şekilde meydana geleceğini açıklayınız….
Delinme Başlangıç Gerilimleri
U d = E d .r1.(1 −
r1
)
r2
50
) = 1125 kV
200
120
U' 'd = 30.120.(1 −
) = 1440 kV
200
U'd = 30.50.(1 −
Delinme açısından en uygun tertip pd=2 idi.
Buna göre birinci düzende ön boşalmalar,
ikincide ise tam delinmeler meydana gelir.
r2, U2 sbt
EMAX=f(r1/r2)
Geometrik karakteristikleri….
200
=4
50
200
p' ' =
= 1.66
120
p' =
C
1
0 0.2
2
0.5
0.8 1
r1/r2
53
Örnek 2. [M.Özkaya] : Yarıçapları farklı ve fakat geometrik karakteristikleri aynı olan (p’=p’’=1.2)
benzer iki eşmerkezli küresel sistemin delinme başlangıç gerilimleri U’d=240 kV ile U’’d=600
kV’tur. Bu iki sistemin iç ve dış yarıçaplarını hesaplayınız.
Delinme başlangıç gerilimi
U d = E d .r1.(1 −
r1
p −1
) = E d .r1.(
)
r2
p
1 .2 − 1
) ⇒ r '1 = 48cm
1 .2
1 .2 − 1
) ⇒ r '1 = 120cm
600 = 30.r ' '1.(
1.2
r'
p' = 2 ⇒ r '2 = 57.6cm
r '1
240 = 30.r '1.(
p' ' =
r ' '2
⇒ r ' '2 = 144cm
r ' '1
Prof. Dr. M. Özkaya Yüksek Gerilim Tekniği (Cilt 1) Sayfa
26-27 (İTÜ Baskısı) deki 3 ve 4 no’lu örnekleri evde
çözünüz…..
54
Silindirsel Elektrot Sistemleri
Küresel elektrot sistemi uygulama alanı daha az iken silindirsel sisteme benzer
çok sayıda örnek gösterilebilir. En bilinen örnek ise enerji kablolarıdır.
r2
V1=U
r1
U
V2=0
a
r1 ve r2 yarıçaplı eş eksenli küresel sistem
Silindirsel Elektrot Sistemleri
d 2 V 1 dV
+
=0
dr 2 r dr
r2
V1=U
r1
V2=0
V = A + B. ln(r )
Silindirsel K.S. de Laplace Denklemi
Denklemin genel çözümü
U
a
r=r1 için V=V1=U
bulunur.
A=
ve r=r2 için V=V2=0 sınır şartlarından A ve B sabitleri
U
U
. ln(r2 ) , B = −
r
r
ln 2
ln 2
r1
r1
55
Silindirsel Elektrot Sistemleri
Eş eksenli silindirsel elektrot sisteminde yalıtkan madde üzerinde potansiyelin ve
alan şiddetinin yarıçapa bağlı değişimi
V(r ) =
U
r
. ln 2
r
r
ln 2
r1
E(r ) = −
dV
U 1
=
.
r
dr ln 2 r
r1
Silindirsel Elektrot Sistemleri
r = r1 (iç küre üzerinde) E = E MAX =
r = r2 (DIS KURE) E = E MIN =
E ORT =
rORT =
U
r1. ln
r2
r1
U
r2 . ln
r2
r1
U
U
=
r2 − r1 r . ln r2
ORT
r1
r2 − r1
r
ln 2
r1
56
Silindirsel Elektrot Sistemleri
E
V
E=f(r)
V=f(r)
Emax
V1=U
Eort
Emin
V2=0
r1
r2
r
α
r1
rort
r2
a
Q
Sistemin Kapasitesi : C = U =
Gerçek Açıklık (a)
a=r2-r1
2πεl
r
ln 2
r1
[l,r1,r2 metre ve ε=ε0.εr (ε0=8,86.10-12 F/m) ise C (Farad)]
Geometrik Karakteristik :
Geometrik olarak benzer olan eşmerkezli
Küresel sistem ile eş-eksenli silindirsel sistemler
p=
Eşdeğer Açıklık (α) ;
α=
U
E MAX
r2
r1
Faydalanma Faktörü (η)
r
= r1. ln( 2 )
r1
η=
1
α r1. ln p
ln p
=
=
a r2 − r1 p − 1
57
Silindirsel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesi
a. Dış Silindir Yarıçapının Sabit Olması
r2=Sabit ve U=Sabit iken EMAX(r1) ???
E MAX =
U
r1. ln
dE MAX
=
dr1
r2
r1
r2 r1
− ).U
r1 r1
0
r
[r1. ln 2 ]2
r1
− (ln
ln
r2
=1
r1
r2
= e = 2.718
r1
Maksimum elektrik alanının minimum olduğu açıklığı veren koşul bu şekilde bulunmaktadır….
[E MAX ]MIN =
U U
= e
r1 r2
pd =
r1 + a r2
= = e = 2.718
r1
r1
ηd =
α
r
1
= 1 =
= 0.583
a r2 − r1 e − 1
Eğer sınır değer olarak EMAX=Ed alınırsa, [U=EMAX.α] eşitliği uyarınca U nun maksimum
olabilmesi için α nında maksimum olması gerekir. Bunun için α nın r1 e göre türevi sıfıra
eşitlenerek α yı maksimum yapan r1 değeri bulunur.
α = r1. ln
r2
r1
r
dα
= ln 2 − 1 = 0
r1
dr1
r2
=e
r1
r1 =
(α) MAX = r1
Buna göre EMAX=f(r1) ve α=f(r1) eğrilerini daha
önceki küresel elektrot konusunda olduğu gibi
şu şekilde göstermek mümkündür….
r2
e
58
r2 , U sabit
Emax
3.0
Emax=f(r1)
r2 , U sabit
Emax//(Emax)min=f(r1/r2)
Emax/(Emax)min
(Emax)min
2.0
α=f(r1)
(αmax)
α / αmax
α/ αmax =f(r1/r2)
1.0
0.7
0.5
0.3
α
0.1
0
r1=r2/e
r2=sbt
0
0.5
r1/r2
1.0
r1
Eş-eksenli silindirsel elektrot sistemlerinin boşalma olayı bakımından durumu eş merkezli
küresel elektrot sistemine benzemektedir… (Bkz. İlgili slaytlar..)
Tıpkı küresel sistemdeki gibi delinme gerilimini bulmak için EMAX=Ed koşulundan gidilir ve
Ud=Ed.α bağıntısı yardımıyla bulunur……
M.Özkaya, YGT Cilt 1 , Sayfa 35 (İTÜ Baskısı), Şekil 2.14 te anlatılan
delinme bölgelerine çalışılacaktır…..
59
Silindirsel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesi
b. İç Silindir Yarıçapının Sabit Olması
r1=sabit ve r2=değişken olması halinde, delinme başlangıç gerilimi aşağıdaki bağıntıya
göre logaritmik olarak bir yükseliş gösterir…
U d = E d .r1. ln p
c. Elektrot Açıklığının Sabit Olması
U d = E d .α = E d .a.η = U do .η
Burada Udo=Ed.a aynı elektrot açıklığında düzgün değişen alandaki delinme gerilimidir.
a
ln(1 + )
ln p
r1
η=
=
a
p −1
r1
Faydalanma faktörü logaritmik değişmektedir. Delinme gerilimi
değişimi için M.Özkaya, YGT Cilt 1, sy 39 a bkz….
TABAKALI ELEKTROT SİSTEMLERİ
• Sınır Yüzeyde Kırılma
• Tabakalı Düzlemsel Elektrot Sistemi
– İki Tabakalı Düzlemsel Elektrot Sistemi
– İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
– Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
• Tabakalı Silindirsel Elektrot Sistemi
– İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistem
– Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
60
i. Sınır Yüzeyde Kırılma
Di-elektrik katsayıları farklı olan iki izotrop, homojen iki yalıtkan ortamı ayıran sınır
yüzeyde Elektrik Alan ve Deplasman Alan Çizgileri Kırılırlar. Bu kırılma, kırılma açısı ve
di-elektrik katsayılarına göre belli bir bağıntıya göre gerçekleşir…
r
E2
2.Yalıtkan Tabaka, ε2
E
E t1 n 2
α2
Et2
Sınır Yüzey
E n1
1.Yalıtkan Tabaka, ε1
r
E1
α1
En1=Sınır Yüzeye Dik Bileşen (Normal)
Et1=Sınır Yüzeye Paralel Bileşen (Teğet)
Kırılma Bağıntıları
E t1 = E t 2
E n1 ε 2
=
E n 2 ε1
En 2 α
2
E t1
r
r
D = ε.E
D t1 ε1
=
Dt 2 ε2
D n1 = D n 2
r
E2
Et2
E n1
r
E1
α1
61
Kırılma Bağıntıları
E t1 = E t 2 ⇒ E1 . sin α1 = E 2 . sin α 2
D n1 = D n 2 ⇒ D1 . cos α1 = D 2 . cos α 2
tan α1 ε1
=
tan α 2 ε 2
α1 + β1 = 90°
α 2 + β 2 = 90°
tan β1 ε 2
=
tan β 2 ε1
E 2 = E 2 t 2 + E 2 n 2 = E 2 t1 + (
ε1 2 2
) .E n1
ε2
Uyarı : Sayısal Örnek için M.Özkaya YGT Cilt 1, Sy 70, Sayısal Örnek i inceleyiniz….
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S.
İki Tabakalı Seri Sistem
ε1
ε2
a1
a2
U1
U2
E1
E2
α1
α2
a
Q = Q1 = Q 2
S
1
1
=
=
a1 a 2
1
1
1
1
+
+
+
ε1.S ε 2 .S ε1 ε 2
C1 C 2
a2
a1
U1 =
U
C1
C=
C2
U2 =
C
a1
.U =
.U
ε
C1
a 1 + 1 .a 2
ε2
C
a2
.U =
.U
ε2
C2
.a 1 + a 2
ε1
C.U = C1.U1 = C 2 .U 2
E1 =
E2 =
U1
1
.U
=
a 1 a + ε1 .a
2
1
ε2
U2
1
.U
=
a 2 ε2 a + a
1
2
ε1
62
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S.
İki Tabakalı Paralel Sistem
U = U1 = U 2
S2,Q2
ε2
ε1
S1,Q1
E = E1 = E 2 =
a
U
a
U
C1
C =C1 +C 2 =
ε1.S1 + ε 2 .S2
a
C2
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
ε1
ε2
ε1
ε2
ε2
ε1
C1
C2
C3
C4
Cn-1
Cn
U1
U2
U3
U4
Un-1
Un
a4
an-1
an
a1
a2
a3
a
U
63
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
ε1
ε2
Et
Eç
at
aç
Ut
Uç
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
at
Ut =
.U
ε1
at + aç
ε2
Uç =
U
Et =
ε
at + 1 aç
ε2
Eç =
aç
.U
ε2
aç + at
ε1
U
ε
aç + 2 at
ε1
64
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
ε1
ε2
ε3
ε4
εn-1
εn
C1
C2
C3
C4
Cn-1
Cn
U1
U2
U3
U4
Un-1
Un
a4
an-1
an
a1
a2
a3
a
U
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
Sistemin Kapasitesi
1 1
1
1
1
=
+
+
+ ...... +
C C1 C 2 C3
Cn
C=
1
n
1
∑
k =1 C k
=
S
n
ak
∑
k =1 ε k
65
ii. Tabakalı Düzlemsel E.S
.
Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem
Tabakalardaki Elektrik Alan Şiddetleri
Tabakalara Düşen Gerilimler
U1 =
U2 =
a1
U
a U
= 1
.
a
a
a
a
ε1 1 + 2 + 3 + ... + n ε1 A
ε1 ε 2 ε 3
εn
E1 =
a2
U
a U
= 2
.
ε 2 a1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε 2 A
ε1 ε 2 ε 3
εn
E2 =
1
U
U
=
.
a
a
a
a
ε 2 1 + 2 + 3 + ... + n ε 2 .A
ε1 ε 2 ε 3
εn
.....
.....
Un =
1
U
U
=
.
ε1 a 1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε1.A
ε1 ε 2 ε 3
εn
a U
an
U
= n
.
ε n a 1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε n A
ε1 ε 2 ε 3
εn
En =
U
1
U
=
.
ε n a 1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε n .A
ε1 ε 2 ε 3
εn
ii. Tabakalı
Silindirsel E.S.
İletken Tel (Gerilim altında)
Yalıtkan Tabaka
Dış Yalıtkan tabaka
(Sıfır Potansiyel)
66
ii. Tabakalı Silindirsel E.S.
İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler
U = U1 + U 2
R
r1 ≤ x1 ≤ r2
r2
r2 ≤ x 2 ≤ R
r1
x1
x2
V1=U
V2=0
U2
R : Dış Silindirin Yarıçapı
r1 : İç Silindirin Yarıçapı
r2 : Tabaka Yarıçapı
U1
U
İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler
E1 ( x 1 ) =
C=
U1
x1. ln
r2
r1
U1 ( x1 ) = E1.x1. ln
E 2 (x 2 ) =
r2
r1
U2
r
ε 2 . ln 2
C
r1
U1 =
U=
U
R
r
C1
ε1. ln + ε 2 . ln 2
r2
r1
ε1. ln
R
x 2 . ln
r2
U 2 ( x 2 ) = E 2 .x 2 . ln
2πl
1 r2 1 R
ln + ln
ε1 r1 ε 2 r2
U2 =
R
r2
R
r2
C
U
U=
R
r
C2
ε1. ln + ε 2 . ln 2
r2
r1
67
İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler
E1 ( x 1 ) =
ε2
U
x1.A
E 2 (x 2 ) =
ε1
U
x 2 .A
A = ε1. ln
R
r
+ ε 2 . ln 2
r2
r1
E1 ε 2 .x 2
=
E 2 ε1.x1
x 1 = r1 ⇒ E 1 = E 1 max =
ε2
U
r1 .A
x 1 = r2 ⇒ E 1 = E 1 min =
ε2
U
r2 .A
x 2 = r2 ⇒ E 2 = E 2 max =
ε1
U
r2 .A
x 2 = R ⇒ E 2 = E 2 min =
ε1
U
R .A
İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler
E
E1max
E
ε1 < ε 2
E1min
ε1 > ε 2
E2max
E1max
E1min
E2max
E2min
E2min
r1
r2
R
r1
r2
R
Kesik çizgiler 1 tabakalı sistemdeki E değişimidir.
68
Çok Tabakalı Çok Yalıtkanlı Eşeksenli Silindirsel Sistemler
i.nci tabakadaki elektrik alanlar ve kapasiteler….
Ui =
C=
Ei =
2πεi l
C
U , Ci =
r
Ci
ln i +1
ri
1
=
1
1
1
1
+
+
+ ... +
C1 C 2 C3
Cn
Ui
r
x. ln i +1
ri
, E i max =
2πl
r
ln i +1
n
ri
∑
εi
i =1
Ui
r
ri . ln i +1
ri
, E i min =
Ui
ri +1. ln
ri +1
ri
69
YÜKSEK ALTERNATİF GERİLİM
YÜKSEK DOĞRU GERİLİM
YÜKSEK DARBE GERİLİMİ
.
imdir
geril V gibi…
if
t
a
ltern -15-20 k
bir a
0
rilim ir. 6.5-1
e
g
tilen gerilimd
e
r
ü
r ce
orta dur…..
kışı
atörle
ener örlerin çı üs formu
g
n
nkro generat gibi Sin
e se
i
erind rdeki bu şağıdak
ll
a
r
t
e
a
n
ik sa santrall lga şekli
r
t
k
Ele müzde
da
ü
imin
Gün atif geril
n
Alter
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
0.1
-0.4
0.08
-0.6
-0.8
0.06
0.04
0.02
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
SENKRON GENRATÖRLERDE ÜRETİLEN ORTA GERİLİM SEVİYESİNDE ENERJİ
YÜKSELTİCİ TRANSFORMATÖRLER İLE YÜKSEK GERİLİMLERE ÇIKARTILABİLİR….
YÜKAWK DOĞRU GERİLİMLER İSE DOĞRULTUCU DEVRELER İLE ALTERNATİF
GERİLİMDEN ELDE EDİLİR.
I-YÜKSEK ALTERNATİF GERİLİMLERİN ÜRETİLMESİ
1.Ardışık (Kaskat) Bağlı Test Transformatörleri
2.Seri Rezonans Devreleri
Daha detaylı bilgi için M.Özkaya YGT Cilt 2 ve S. Akpınar’ın Yüksek Gerilim Tekniğinin
Temelleri Kitaplarına bakınız….
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
70
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Kaskat YG Trafoları
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
71
KASKAT BAĞLI YÜKSELTİCİ TRAFO……
Trf 3
Primer Sargı
1200 kV
Sekonder Sargı
Tersiyer Sargı
3
Trf 2
1000 kv
800 kV
2
Trf 1
3V
(1200 kV)
2V
(800 kV)
V
(400 kV)
600 kV
1
400 kV
200 kV
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
72
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Kaskat Trafoların Eşdeğer
Devreleri
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
73
ALTERNATİF GERİLİMDEN DOĞRU GERİLİM ELDE EDİLMESİ…
Doğrultucu Devreler
Yarım Dalga, Tam Dalga, Kontrollü, Kontrolsüz olmak üzere çok çeşitli devre
türleri vardır. Güç Elektroniği Dersinde bu devreler ayrıntılı inceleneceğinden
burada anlatılmayacaktır.
Tıpkı kaskat bağlı trafolarda olduğu gibi kaskat bağlı diyotlardan ve
kondansatörlerden oluşan kademeli olarak istenen gerilime ulaşılan DG
üreteçleri YG Test Laboratuarlarında kullanılmaktadır.
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Yarı Dalga Doğrultma
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
74
Tam Dalga Doğrultma
Elektrostatik Generatörler
•
•
•
•
•
Magnetik alan esaslı enerji dönüşümü yapan klasik elektrik makinalarından
farklıdır.
Bir elektrik yükü üretecinden alınan elektrik yüklerinin taşınarak bir elektrotta
depolanmana, dolayısıyla bu elektrodun potansiyelinin yükseltilmesi esasına
göre çalışır.
VAN DE GRAAFF Generatörü
Akım miliamperler seviyesinde
Gerilim 10 MV (milyon volt) a çıkabilmekte
75
DARBE GERİLİMLERİNİN ÜRETİLMESİ….
V
Açma Kapama Olayı Gerilimi
0.5V
Yıldırım düşmesinde oluşan darbe gerilimi
C
Laboratuarda üretilen darbe gerilimleri
belli standartlara göre üretilir.
Tc
Ts
Tipik bir darbe gerilimi dalga şekli
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
76
Standart Darbe Gerilimi
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Matematiksel Darbe Modeli
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
77
Standart deney darbe gerilimlerinin tanım büyüklükleri
a)Yıldırım-darbe gerilimi
b)Bağlanma-darbe gerilimi
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
78
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Basit Bir Darbe Generatörü…..
G
R1
U(t)
R2
C1
C2
C1 dolu bir doğru gerilim kaynağını temsil etmektedir. Küresel elektrotlar arası
mesafe olan G ayarlanabilmektedir. G’nin belli bir değerinde küreler arasında
atlama olayı meydana gelir. C2 (örneğin test için kullanılan kablonun
kapasitesi) çıkışına da bu darbe gerilimi uygulanmış olur.
BU BASİT SİSTEMİN KASKAT BAĞLANMASI İLE KASKAT
DARBE GENERATÖRLERİ KULLANILMAKTADIR…..
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
79
Gerilimi iki katına çıkartan montaj şeması
Orijinal-iki kat çoğalmalı çok katlı darbe generatörü
Marx’ın gerilimi iki katına çıkartan montaj şeması
Beş katlı modern bir darbe genaratörü
Gerilimi üç katına çıkaran montaj şeması
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Fitch Devresi ile Darbe Gerilimi Üretme
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
80
İÇ YILDIRIM OLAYI
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Darbe Akımının Test Eğrileri
Isn
kA
60
FLT 60-400
10/350 μs (IEC 61024-1)
50
30
25
FLT 25-400
10/350 μs (IEC 61024-1)
15
12,5
7,5
t
μs
VALVETRAB MS/ME
8/20 μs (IEC 60-1)
8 20
10
100
200
300
350
400
Kaynak : RADSAN A.Ş.
81
Yıldırım test akımlarının
karşılaştırması
(kA)
dalga şekli µs
100 kA
i max. kA
i
Q As
80 kA
1
2
3
10/350
8/80
8/20
100
100
5
50
10
W/R J/Ω
2.5·106
5·105
Standart
IEC 61024-1-1
DIN VDE
0675 T.6, E
60 kA
DIN VDE
0432 T.2
1
50 kA
40 kA
0.1
0,4·103
2
20 kA
3
80 µs 200 µs
350 µs
600 µs
800 µs
1000 µs
t
(µs)
916e.ppt / 09.09.97
S916e
Tesla Bobini Nedir?
• Çiftli olarak
ayarlanabilen bir
resonans devresidir.
• Primer gerilim 10 kV
• Sekonder Gerilim
500-1000 kV arası
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
82
Tesla Bobini – Devre Şeması
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
Tesla Bobini - Diyagram
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
83
Darbe Gerilimi Üreten Devreler
BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ
YG lerin Ölçülmesi
• Elektrostatik Voltmetreler
– Mutlak Elektrostatik Voltmetreler
– İkincil Elektrostatik Voltmetreler
• Generatör İlkesine Dayalı Ölçü Aletleri
• Küresel Elektrotlarla Ölçme
• Tepe Değer Ölçü Aletleri
• Gerilim Bölücüler
• …………………..
Müfredat Yoğunluğu Nedeniyle YG de Ölçme Konusuna Bu Sene Değinilmeyecektir.
84
BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA
Güç sisteminde arızalara yol açan, anma gerilimlerinin üzerinde olan gerilimler
AŞIRI GERİLİM olarak adlandırılır.
DIŞ AŞIRI GERİLİMLER
İÇ AŞIRI GERİLİMLER
Yüksek gerilimli elektrik tesislerinde gerilimle orantılı olarak yalıtım problemi ortaya
çıkmaktadır. İşletme geriliminin üstüne çıkıldığı durumlarda ise yalıtımı sağlayan
cihazlarda zorlanmalar oluşacaktır. Gerilimlerde artış sonucu atlama, delinme ve
deşarj olayları meydana gelebilmektedir.
BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA
DIŞ AŞIRI GERİLİMLER (Şebeke Dışından Kaynaklanan Aşırı Gerilimler, Atmosferik)
Yıldırım Düşmesi
Yüklü Bulutların Hatları Etkilemesi
Yıldırım Nerelere Düşebilir ?
Faz İletkenine, Koruma İletkenine, Direklere…
Suya atılan bir taşın yol açtığı dalgalar gibi, faz iletkenine düşen yıldırım darbesi sonucu
iletkenin her iki yönüne ilerleyen gerilim dalgası yani yürüyen dalga ortaya çıkar. Yürüyen
dalga uzak noktalara da yıldırımın neden olduğu gerilim yükselmesini ulaştırır.
Yürüyen dalgalar konusu ders içeriğimizde olmamakla beraber yüksek gerilim kitaplarında
yer alan bir konudur.
Bu dalgalar (aşırı gerilim dalgası) karşılaştıkları ilk direkte izolatörleri zorlayarak
direk üzerinden başka iletken ortamlara geçmek ister. Koruma yeterli değilse atlama veya
delinme meydana gelir. Faz iletkenine yıldırım düşmesi en tehlikeli durumdur.
Eğer yıldırım koruma iletkenine düşmüş ise, bu yürüyen dalga yine meydana
gelecektir. Direk topraklaması yeterli ise dalgalar karşılaştıkları ilk direkten toprağa akarak
etkisini yitirirler. Eğer topraklama iyi değilse izolatör üzerinden faz iletkenine oradan da
şebekenin çeşitli noktalarına ulaşabilir.
Direğe düşen yıldırım darbesi topraklama iletkeni üzerinden toprağa geçerse sorun
oluşturmaz. Ancak direk topraklaması gereğinden fazla bir dirence sahipse başlattığı yürüyen
dalga ile tehlike oluşturmaya devam eder.
Yüklü bulutlar yaklaştıkları iletim hatlarıyla bir etkileşme yaşarlar. Bulut yakınken
iletkendeki yük birikmesi, bulutun uzaklaşması ile yürüyen gerilim dalgasına dönüşür.
85
BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA
İÇ AŞIRI GERİLİMLER
Güç sistemin iç yapısındaki bir takım olayların yol açtığı gerilim artışları iç aşırı gerilimlere
kaynaklık eder. Çok yüksek gerilimli sistemlerde iç aşırı gerilimlere dayanacak şekilde
önlemler alınmalıdır.
Alternatörde Ani Yük Kalkması
Ferranti Olayı İle
Kapasitif Devrenin Açılması İle
Fazların Toprakla Teması İle
Ferrorezonans Olayı İle
Meydana gelen Aşırı Gerilimlere İÇ AŞIRI Gerilimler Denir.
i.
Alternatörde Ani Yük Kalkması : Elektrik Tesisleri Dersinde anlatıldığı gibi,
alternatörlerde gerilim ayarını gerilim regülatörleri ikaz sargılarındaki gerilim ve akımı
kontrol ederek yapar. Bu regülatörlerin cevap vermede bir miktar gecikme olması
normaldir. Herhangi bir nedenden dolayı ani olarak makine boşta çalışmaya
başladığında EMK yı kontrol eden regülatörün devreye girmesine kadar EMK (iç gerilim)
ve uç geriliminde kısa süreli yükselme yaşanabilir. Regülatörler devreye girerek EMK ve
uç gerilimini azaltarak sistemi normalleştirir.
86
BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA
i.
Ferranti Olayı :Boşta çalışan (hat sonu açık devre) uzun iletim hatlarında, hat
kapasitelerinden dolayı hat sonunda hat başına göre daha yüksek bir gerilime ulaşılır.
U2
IC
U1
C1
yük
C2
IC
U2>U1
U2
U1
-jX.IC
BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA
Diğer iç aşırı gerilim sebepleri…
Kapasitif devrenin açılması
Faz-Toprak Arızalarında Arızasız Fazlardaki Gerilim Yükselmeleri
Ferrorezonans
87
AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI
KORUMA ELEMANLARI
•
•
•
•
PETERSON BOBİNİ
ARK BOYNUZU
KORUMA HATTI
PARAFUDR
• Kaynak tarafı YILDIZ bağlı olan YG İletim Sistemlerindeki
YILDIZ noktaları ya topraklanır yada yalıtılır.
•
Yıldız Noktası Nedir…? Aralarında 120 derece olan üç fazlı sistemlerde gerilimlerin
fazörel toplamı (yani nötr) noktası 0 V değerindedir. Gerçekte ise bu değer tam sıfır
olmaz. Çünkü fazlarda hem gerilim hem akım ve hem de empedans dengesi olur. İster
elektrik motoru, ister trafo ve ister hat olsun tüm 3 fazlı elemanlar için denge her zaman
olmaz. Aşağıdaki gibi yapılan bağlantı yıldız bağlantıdır ve idealde 0 olması geren ortak
bağlantı noktası pratikte sıfır olmaz. Topraklama işlemi bu noktası toprağa bağlayarak
daima sıfır yapmaktır….
Topraklama ile yıldız noktası toprak potansiyelinde tutulur.
Böylece faz-toprak temasında sağlam hatlarda gerilim
yükselmesi önlenir.
Kaçak akım esasına göre çalışan cihazlarda kaçak akımının
buradan akmasına imkan verir.
Yıldız noktası ile toprak arasında oluşacak arklar azaltılır.
88
Topraklamanın Sakıncaları….
Direkt (sıfır empedans) topraklama da arıza akımı büyür…
Bobin üzerinden topraklanırda rezonans oluşma riski büyür.
30 kV un üzerindeki sistemlerde direkt, altındaki sistemlerde direnç veya bobin (Peterson)
üzerinden topraklanır.
Özellikle trafo geçit izolatörlerinde ve
direklerdeki izolatörlerde çokca kullanılmaktadır.
Aşırı bir gerilim ark boynuzlarına eriştiğinde,
eğer atlama aralığı uygunsa boynuzlardan
atlayarak izolatöre zarar gelmeden toprağa
akması sağlanır. Bu durum kısa devre gibi
algılanır ve kesiciler açar.
Ark çemberleri ek olarak izolatör boyunca gerilim
dağılımını düzgünleştirdiğinden koronayı azaltır.
Ark Boynuzu Atlama Aralıkları
İşletme Gerilimi (kV)
Atlama Aralığı (cm)
6
6
10
8.6
15
11.5
30
22
60
40
150
83
380
230
89
90
YG iletim hatlarında kullanılan iletkendir. Genelde çelik iletkenden oluşur.
Görevleri…
Yıldırımı kendi üzerine çekerek faza yıldırım düşmesini önlemek.
Yüklü bulutların faz iletkenlerini etkilemesini önlemek.
İzolatörleri yıldırımdan ve yıldırım darbesinden korumak
Şalt sahalarında ekranlama yaparak yalıtımı sağlayan malzemeyi korumak
PETERSON Bobini Ferrorezonansı tetikleyebilir.
Ark boynuzlarında aşırı gerilim ortadan kalktığında bile
ark devam edebilir.
Koruma iletkenleri iyi topraklanmazsa herhangi bir deşarj
akımı (yıldırım gibi) aktığı sürece toprağa göre
potansiyeli çok yüksek olabilir. Bu durum yalıtımı
tehlikeye sokar.
91
Normal işletme geriliminde KAPALI DEVRE (sonsuz dirençli) bir eleman iken,
Aşırı Gerilimde direnç sıfıra inerek kısa devre olur ve aşırı gerilimi toprağa iletir.
DEĞİŞKEN DİRENÇLİ PARAFUDRLAR
METAL OKSİT PARAFUDRLAR
Seri eklatör
değişken direnç veya dirençler
yalıtkan gövde muhafazası
1→ Sıkıştırma yayı
2→ Metaloksit direnç elemanları
3→ Gövde
4→ Basınçlı gaz
92
Aşırı Gerilim Koruma Elemanları
Ark Boynuzu
Gazlı Arrestör
Varistör
Suppresör
Diyot
YILDIRIMDAN KORUMA
FRANKLİN ÇUBUĞU
93
FRANKLİN ÇUBUĞU
•
UYGULAMA YERLERİ
• KÜÇÜK TABANLI YAPILAR
•
Cami Minaresi,Deniz Feneri,Nöbetci Kulübesi v.b.
• FARADAY KAFESLİ YAPILARDA ÖZEL NOKTA KORUMASI
•
•
Baca çıkıntıları,Özellikle düz çatılardaki cihazlar
FRANKLİN ÇUBUĞU KORUMA KONİSİ TEPE YARI AÇILARI
H(YÜKSEKLİK)
α
20 M
30 M
45 M
60 M
K.SEVİYESİ
acıları
SEVİYE-1
α
25
*
SEVİYE-2
α
35
25
*
*
SEVİYE-3
α
45
35
25
*
*
*
SEVİYE-4
α
55
45
35
25
FRANKLİN ÇUBUĞU UYGULAMASI
94
FARADAY KAFESİ
UYGULAMA YERLERİ
•
•
BÜYÜK TABANLI YAPILAR
FARADAY KAFESİ UYGULAMA BİLGİLERİ
KORUMA SEVİYESİ
KAFES ARALIĞI
İNİŞ İLETKEN ARALIĞI
(Yapı çevresinde)
SEVİYE-1
5X5 m
10 m
SEVİYE-2
10x10 m
15 m
SEVİYE-3
15x15 m
20x20 m
20 m
25 m
SEVİYE-4
FARADAY KAFESİ UYGULAMASI
95
FARADAY KAFESİ UYGULAMASI
FARADAY KAFESİ UYGULAMASI
96
97
7
YÜKSEK GERİLİMDE
DEŞARJ (BOŞALMA)
OLAYLARI
98
İçerik
a. Gazlarda Deşarj Olayları
-Gazlarda Deşarj Olayının Sınıflandırılması
-Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
-Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme
-Kanal Deşarjı
-Yüzeysel Boşalma
-Kısmi Boşalma
b. Sıvılarda Deşarj Olayları
-Delinmeye Etki Eden Faktörler
-Yalıtkan Sıvılarda Delinme Teorileri
-Yalıtkan Sıvılar (Yağlar)
c. Katı Yalıtkanlarda Deşarj Olayları
-Katı Yalıtkan Maddeler ve Özellikleri
-Katı Yalıtkanlarda Delinme Teorileri
-Schering Köprüsü
Kısmi Deşarj Türleri
Gaz Deşarjı
Yüzeysel
Deşarj
Boşluk
Deşarjları
Deşarj
Kanalları
99
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Tanım : Dış etkilerden korunmuş nötr bir gaz, boşluk
ortamında olduğu gibi elektriği iletmez. Ancak böyle
bir ortamdaki iki elektrot arasına bir gerilim
uygulanır ve bu gerilim gittikçe arttırılırsa,
gerilimin belli bir değerinde ani bir akım akmasına
neden olur. Bu andan itibaren ortam yalıtkanlık
özelliğini kaybeder. Bir gazın veya havanın bu
durum değişikliğine deşarj (boşalma) denir.
1
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Sınıflandırma
Ortamın basıncına ve deşarj esnasında akan akım değerine göre deşarj
olaylarının sınıflandırılması :
•Işıklı (Işıltılı) Deşarj
•Kıvılcım Deşarjı
•Ark Deşarjı
2
100
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Işıklı (Işıltılı) Deşarj : Eğer basınç düşük (atmosfer basıncının altında)
ve akım kaynağının gücü küçük ise o zaman meydana gelen deşarj,
ışıklı (ışıltılı) deşarj adını alır. (Geissler Tüpü)
Kıvılcım Deşarjı :
Yüksek basınç ve küçük güçlerde (küçük akımlarda) deşarj incelir ve
bir kanal boyunca gelişir. Bu tür deşarj olayları kıvılcım deşarjı adını
alır.
Ark Deşarjı :
Hem yüksek basınç ve hemde yüksek akımda (yani yüksek güç)
deşarj meydana geliyorsa, bu tür deşarj türüne arkı deşarjı denir.
** Ark deşarjında akım çok büyük değerlere ulaşır ve ark sıcaklığı
ile elektrotların sıcaklığı hızla yükselir. Olay kısa devreye benzer.
3
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Bunun yanı sıra Korona ve Yüzeysel Deşarj (Boşalma) adı verilen deşarj olayları
da vardır.
Korona Deşarjı : Eğer elektrotlardan birinin veya her ikisinin
eğrilik yarıçapı, aralarındaki mesafeye göre çok küçükse,
elektrotların bütün yüzeyini ışıklı, ince bir tabaka halinde kaplayan
ve kendini besleyen bir deşarj kaplar. Bu deşarj Korona Deşarjıdır.
Korona deşarjı başladıktan sonra gerilimin yükseltilmesine devam
edilirse, geriliminin belirli bir değerinde tam deşarj (tam boşalma)
meydana gelir. Genel olarak korona deşarjı hariç diğer
tüm deşarjlarda akım-gerilim karakteristiği negatiftir.
Yüzeysel Deşarj : Katı yalıtkan maddelerde, katı yalıtkan maddelerin sınır yüzeylerinde görünen deşarj türüdür. Bu tür deşarj
Olayına verilebilecek en iyi örnek Lichtenberg şekilleridir.
4
101
Atomun Yapısı ve İyonizasyon
BOHR atom modeline göre ; ATOM pozitif elektrik yüklü bir çekirdek ile
bunun etrafında bulunan elektronlardan meydana gelir. NÖTR bir atomda
Negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü çekirdek yükleri eşittir.
Elektronlardan birinin veya birkaçının atomdan ayrılması veya dışarından
gelen bir elektronun atoma yapışması ile atomu iyonize eder, yani atom
iyon haline gelir.
Elektron ayrılması ile oluşan iyona pozitif iyon (katyon), elektron
eklenmesi ile meydana gelen iyona ise negatif iyon (anyon) adı verilir.
5
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Atomun Yapısı ve İyonizasyon
Gazlar için başlıca iyonizasyon şekilleri :
1.Çarpma sonucu iyonizasyon
2.Foto iyonizasyon
3.Termik iyonizasyon
4.Yüzeysel iyonizasyon
İyonizasyona zıt olaylar :
Bir gaz içerisindeki muhtelif şekillerde meydana gelen elektrikli
parçacıklar, hareket yetenekleri (devingenlikleri), yayılma (dizüfyon)
ve tekrar birleşme (rekombinasyon) özelliklerinden dolayı,
bulundukları bölgeden uzaklaşmak ve yok olmak eğilimindedirler.
6
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
102
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün ve az düzgün alanlarda boşalma olayları Towsend Boşalma
Teorisi ile açıklanır.
Towwsend’in 1. İyonlaştırma Katsayısı : Bir elektronun alan doğrultusunda
1 cm lik yol gitmesi halinde çarpma suretiyle meydana getirdiği iyon
çifti sayısına TOWSEND’İN BİRİNCİ İYONLAŞTIRMA KATSAYISI denir ve α ile
gösterilir.
Towwsend’in 2. İyonlaştırma Katsayısı : Bir pozitif iyonun elektrik alanı
doğrultusunda 1 cm lik yol gitmesi halinde çarpma suretiyle meydana
getirdiği iyon çifti sayısına TOWSEND’İN İKİNCİ İYONLAŞTIRMA KATSAYISI
denir ve β ile gösterilir.
βsayısı α nın yanında çok küçük olduğundan çoğu kez ihmal edilir.
Fakat bir pozitif iyonun katot yüzeyinden kopardığı elektron sayısı, ihmal
edilemez. Bu sayı γ ile gösterilir ve Townsend’in İkinci İyonlaştırma
Katsayısı adını alır.
7
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Bir elektron katottan çıkıp anoda varıncaya kadar e αa adet
elektron ve (e αa –1) tane de pozitif iyon meydana getirdiğinden,
(e αa –1) adet pozitif iyonun katottan çözdüğü elektron sayısı
(e αa –1) γ olur.
Eğer bu sayısı 1 e eşit ise, bu takdirde katottan çıkan bir elektron
anoda varıncaya kadar, kendisi için yedek bir elektron hazırlamış
Olur. Dolayısiyle deşarj kendi kendini beslemiş olur.
8
103
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
U
ε
Aralarındaki açıklık a olan iki elektrot arasında düzgün bir
elektrik alan olsun. Elektrotlar arasındaki potansiyel farkı U
ise, elektrik alanı E=Ud/a ile ifade edilebilir. Delinme gerilimi
Ud olmak üzere iki elektrot arasında başlayacak sürekli
a
boşalma olayı için α.a = Ln(1 + 1 ) koşulu sağlanmalıdır.
γ
γ: Bir pozitif iyonun katottan kopardığı elektron sayısı.
α: Elektronun iyonlaştırma sayısı. (A ve B gazın cinsine ve sıcaklığa bağlı birer sabit olmak
üzere...)
α = A.p.e
−
B. p
E
E : Elektrik alan şiddeti
p : Gazın basıncı
A= 14.6 1/cm.Torr (Hava, 20°C)
B=365 V/cm.Torr (Hava, 20°C)
9
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Ud
Ud =
B.(p.a )
⎡
⎤
⎢ A.(p.a ) ⎥
Ln ⎢
⎥
⎢ Ln (1 + 1 ) ⎥
γ ⎦⎥
⎣⎢
Paschen Yasası
= f (p.a )
(p.a)k
p.a
Paschen Eğrisi : Gerilimin Pa (basınçxaçıklık) ile
değişimi
10
104
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Argon ve Tungsten
için Paschen Eğrisi
CO2, HAVA VE H2 İÇİN
DELİNME DAYANIMI (PASCHEN)
EĞRİSİ
11
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Pratik uygulamada yapılan bazı basitleştirmeler sonucu
Ud = 1,36 + 30.(δ.a )
Bağıntısı tercih edilir. Bu ifadede
[a] cm ;
[Ud] kV ;
[p] Torr ;
Bağıl hava yoğunluğu : δ = 0.386
[T] °K dir.
p
T
1 cm lik hava için delinme gerilimi Ud≈31.5 kV bulunur. Yani hava İçin Ed=31.5 kV/cm
dir. (a=1 ; δ=1)
12
105
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Bazı gazlara ait (p.a)k kritik değerleri ile buna karşı düşen (Ud)min
Gerilimleri aşağıda verilmiştir.
13
Gaz Türü
(p.a)k
(Torr.com)
Udmin (Volt)
Hava
Azot
Hidrojen
Oksijen
SF6
CO2
Neon
Helyum
0,55
0,65
1,05
0,7
0,26
0,57
4,0
4,0
352
240
230
450
507
420
245
155
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
EMAX-EORT=ΔE farkının küçük olduğu alanlara denilmektedir.
Bu tür alanlarda deşarj olayı kendi kendini besler.
x2
Sürekli deşarj için gerekli toplam iyonlaştıma sayısı =
R
Kendi kendini besleme koşulu
r
x2
∫ α.dx
x1
1
∫ α.dx = Ln(1 + γ )
U
x1
E
x 2 =R
EMAX
∫
EMİN
14
r x R
x
x1 = r
A.p.e
(−
B. p
)
E
1
.dx = Ln (1 + )
γ
106
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
E( x ) =
Uk
R
x.Ln ( )
r
R
∫ A.p.e
(−
B.p . x .Ln (
r
15
Silindirsel elektrot sisteminde elektrik alan eşitliği, Uk ise deşarjın
kendi kendini beslediği gerilim yani korona gerilimidir.
Uk
R
)
r )
1
.dx = Ln(1 + )
γ
Uk=f(pr,R/r)
R
R
B ( ).p.r .Ln ( ) ⎤
⎡ B.p.r.Ln ( Rr )
r
r
−
−
1
A Uk ⎢
⎥
Uk
Uk
e
e
Ln
(
1
)
=
+
−
⎥
B Ln( R ) ⎢
γ
⎥
⎢
⎦
r ⎣
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Uk
Düzgün olmayan
Az düzgün
r/R
0
0.3
Uk nın r/R göre değişimi
1.0
16
107
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Diğer karmaşık elektrot sistemleri için delinme gerilimlerinin
elde edilmesinde kullanılan bu yöntem pek kullanışlı değildir. Bu
bağıntıların yerine doğrulukları deneysel olarak kanıtlanmış, teorik
dayanakları olmayan AMPİRİK bağıntılar kullanılır. Örneğin küresel
Elektrotlar ile paralel ve eş eksenli silindirsel sistemler için KORONA
gerilimine tekabül eden maksimum elektrik alanı :
k ⎤
⎡
(E k ) MAX = k1.δ.⎢1 + 2 ⎥
r.δ ⎦
⎣
17
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
k ⎤
⎡
(E k ) MAX = k1.δ.⎢1 + 2 ⎥
r.δ ⎦
⎣
δ: (Bağıl Hava Yoğunluğu) ⇒
δ = 0.386
p
T
[r] : (Yarıçapı küçük olan elektrodun yarıçapı, cm)
k1,k2 :elektrot sistemi bağlı sabitler.
18
108
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı
Uk=(Ek)MAX.a.η (Korona gerilimi)
η : Elektrot sisteminin verimi
Elektrot Şekli
R1
η
R2
2
a + r
+
r
Eş Yarıçaplı Yanyana
İki Küre
27.2
0.54
Paralel Eksenli
İki Silindir
30
0.301
2 r
Ln
a
Eş Eksenli İki
Silindir
31
0.308
r . Ln
(
r
a + r
r + a
)
r
( R / r )
R − 1
19
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Yüksek Gerilimde Kullanılan Delinme Dayanımı Yüksek Gazlar
Karbon Tetraklorür (CCl4)
Selenyum Fluorid (SeF4)
Etil İyodid (C2H5I)
Diflour-Diklor Etilen
(CCl2-F2) (FREON-12)
Kükürt Heksafluorid (SF6)
(ELEGAZ)
Bağıl Delinme
Dayanımı
6.3
4.5
3.0
2.4-2.6
2.3-2.5
Sıvılaşma
Sıcaklığı (°C)
76
49
72
-30
-62
En önemlileri FREON ve ELEGAZ dır.
20
109
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Yüksek Gerilimde Kullanılan Delinme Dayanımı Yüksek Gazlar
*İşletmede meydana gelebilecek sıcaklıklarda ve yüksek basınçlarda
Sıvılaşmamalıdır.
*Diğer gazlarla teması halinde reaksiyona girmemelidir.
*Elektriksel deşarj olaylarında mümkün olduğu kadar özelliğini
kaybetmemelidir.
Bu gazlar içinde en uygunu ELEGAZ yani SF6 gazıdır.
21
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
SF6 Gazının Üstünlükleri
-1-
1.) Güvenilirliği yüksektir.
2.) İşletmeye uygundur.
3.) Kimyasal yapısı kararlıdır. Başka gazlarla veya metallerle temas
halinde reaksiyona girmez.
4.) Zehirli değildir.
5.) Dielektrik katsayısı yüksektir.
6.) Delinme dayanımı yüksektir. (1 Barlık basınç altında Havanın
dayanımı 31.5 kV/cm iken SF6 nın dayanımı 90 kVcm dir.)
7.) Yanmaz, tutuşmaz ve patlamaz. Ark ortamlarında kullanışlıdır.
22
110
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
SF6 Gazının Üstünlükleri
-2-
8.) Ark söndürme özelliği vardır. (Elektronegatiflik : Yani ark esnasında
Açığa çıkan elektrotları ortadan kaldırır ve ortamının iletkenliğini azaltır.
SF6 daki Flor atomları bu açığa çıkan elektronları toplayarak arkın
devamını engelleri.
9.) Yoğunluğu, havanın 5 katıdır. Bu nedenler normal şartlar altında
ortamdaki SF6 gazı tabanda yoğunlaşmış halde bulunur.
10.) Kayıp faktörü yağ ve diğer yalıtkan gazlara göre küçüktür.
11.) Kokusuz olması nedeniylse sızıntı halinde çevreyi rahatsız etmez.
Ancak ağır olması nedeniyle sızıntı olması istenmeyen bir durumdur.
12.) Isı iletim katsayısı çok yüksektir. Bu nedenle ısıyı çok hızlı biçimde
soğuk yüzeylere ileterek soğumayı sağlar.
23
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)
Şimdiye kadar anlatılan Towsend Boşalma Teorisi ile
bazı olayları özellikle de yüksek basınç ve büyük elektrot
açıklıkları olan yıldırım gibi olaylarda yetersiz
kalmaktadır.
1940 ta L.B.Loeb ve 1942 de H.Raether tarafından kanal
boşalma teorisi açıklanmıştır. Bu teoriye göre,
BOŞALMA OLAYINDA POZİTİF İYONLARIN MEYDANA
GETİRDİĞİ ELEKTRİK ALANININ BÜYÜK ETKİSİ
VARDIR.
24
111
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)
1.Düzgün Alanda Kanal Deşarjı
Yüksek basınçta ve büyük elektrot açıklıklarında (pa>500 mmHg.cm)
katot yakınında meydana gelen her serbest elektron, anot doğrultusundaki
hareketi sırasında bir elektron çığı meydana getirir. Prensip itibariyle, çığın
Baş tarafında bir elektron bulutu ve bunun arkasında da pozitif iyonlar bulunur.
Pozitif iyonlar, çığın gövdesini ve kuyruğunu oluştururlar.
E0
-
-- - - +++++ - ---+ + + + ++ ++
-----
+ + + + + + + ++ - - - - - +++
-- - - - -
E1
+
E0-E1=ΔE
-- - - -
E0 : Elektrotlar arasındaki gerilimden dolayı oluşan alan.
E1 : Negatif elektron bulutu ile + yüklü iyonlar arasındaki alan.
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)
ΔE > 0 ise elektron bulutu anoda doğru hareket eder.
ΔE = 0 ise bulut elektrotlar arasında hareketsiz durur.
ΔE < 0 ise elektron bulutu, pozitif iyon kümesine doğru hızla
hareket eder. ‘+’ iyonlar ve ‘-’ elektronlar birbirine karışır.
Çarpışarak yeni elektronlar ortaya çıkarır. Bu aşamaya
Kanal Deşarjının Plazma Evresi denir. Plazma, eşit sayıdaki
pozitif iyon ile negatif elektronlara ilave olarak, ortaya
çıkan yeni negatif elektronlar katot potansiyeli yükseltir.
112
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)
Kanal deşarjı üç evreden oluşmaktadır....
Çığ Evresi
: Başlangıçta oluşan, serbest elektronların or
çıktığı evre.
Plazma Evresi
: ΔE nin negatif olması durumu.
Şekilde görüleceği gibi katot potansiyeline yüklenen bulutlar
Katotta bir dil biçiminde çıkıntı yapar. Bu durumda katot
E0
anoda biraz daha yaklaşır.
Plazma
-
etkin açıklık
+
Ana Boşalma Evresi
: Plazma evresi tekrarlanarak mesafe uygun aralığa gelir ve kuvvetli bir deşarj başlar.
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)
2.Düzgün Olmayan Alanda Kanal Deşarjı
Düzgün alanlarda deşarj olayını, katota yakın ortamda meydana gelen serbest
elektronlar tarafından başlatılmakta ve çığ bundan sonra meydana gelmekte idi.
Düzgün olmayan alanda ise deşarj daima eğrili yarıçapı küçük olan elektrotta
başlar. İki elektrot arasındaki elektrik alan şiddetinin en büyük olduğu nokta,
eğrilik yarıçapı küçük olan elektrot üzerindedir.
-
-- - - +++++ - ---+ + + + ++ ++
-----
+ + + + + + + ++ - - - - - +++
-- - - - -
+
-- - - -
113
Yıldırım Teorileri
Yıldırım bulutları nasıl oluşur.? Yapılan araştırmaların hiç birisi
kesin bir sonuç vermemesine rağmen en çok bilinen iki teori şunlardır.
-1- ELSTER-GEITEL TEORİSİ : Bu teoride dünya yüzeyinin elektrik
yükü (-5.4 x 105 C) olarak negatif yüklü olarak kabul edilmektedir.
Bu yükün meydana getirdiği elektrik alanı içerisinde bulunan su
damlacıklarının alt tarafı (+) yükle yüklenirken, üst tarafı (-) yükle yüklenir.
V1 : Hava akımı veya rüzgar hızı
V2 : Damlacıığın ağırlığı ile oluşan hız
+
-
+
-
V1
+
Hafif su damlası
Ağır su damlası
+
V2
YERYÜZÜ
Yıldırım Teorileri
1. Ağır su damlaları ağırlıkları nedeniyle yer yüzüne yaklaşır.
2. Damlalar pozitif iyonları iterken negatifleri çeker.
3.Böylece damlanın toplam yükü negatif olur.
4. Hafif su damlası ise hava akımları ile yükselir.
5. Hafif damlaların alt kısmı pozitif üst kısmı ise negatif yüklenir.
6. Hava akımları ile yükselen hafif damlalar pozitif yüklenir.
-- - - - - - - - - -
++ + + + + + +
bulut
yeryüzü
Bu teoriye göre yere yakın
bulutların alt kısımları negatif
yüklü olacaktır. Yeryüzünde ise
pozitif yükler belirecektir.
Ancak bu teori deneysel olarak ispatlanamamıştır.
114
Yıldırım Teorileri
-2- SIMPSON TEORİSİ : Yıldırım bulutunun yüklenmesi kuvvetli bir hava
akımıyla parçalanan su damlacıklarının sürtüşmesiyle ortaya çıkar.
Bulutlu havalarda yıldırım bulutları yukarı doğru hareket ederken birbirleri
ile sürtünerek elektriksel bakımdan yüklenirler.
Lab ortamında hafif su damlacıklarının ‘-’, ağır su damlacıklarının ‘+’ yüklü
olduğu görülmüştür.
ANCAK ; Yıldırım bulutlarının negatif olduğu bilinmektedir ve bu teori yükleri
Açıklayabilirken, yıldırım bulutlarının negatif olmasını açıklayamamaktadır.
Sonuç : Yıldırım bulutlarının oluşması ve dolayısıyla
yıldırımın oluşması pek çok parametreye bağlıdır.
Yıldırım Boşalması
-- - - - - - - - - -
-- - - - - - - - - -
-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - -
-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - --- - - - - - - - - - - - -
Yeryüzü
Çığ aşaması
-- - - - - - - - - -
Yeryüzü
Plazma aşaması
-- - - - - - - - - -
-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - -
+++++++
+++++++
Yeryüzü
Ana Deşarj Aşaması
- -- - - - - - - - - -- - - - -
+++++++
+++++++
+++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
++++++++++
Yeryüzü
İlerleyen Ana Deşarj Aşaması
115
Yıldırım Boşalması
Yıldırım Bulutu negatif yüklü elektrot, yer yüzü ise pozitif yüklü
bir elektro olduğu ve aralarındaki büyük açıklık göz önünde
bulundurulursa , Kanal Boşalma (Deşarj) Teorisi ile açıklanır.
Negatif yüklü bulut ile pozitif yüklü bulut arasında da ışıklı
boşalma olabilir. Buna şimşek denir. Şimşeklerde Kanal
Boşalma Teorisi ile açıklanır.
Ana deşarj, bulut ile yer arasında 150.000 km/sn ile 30.000
km/sn arasında bir hızla ilerler. Bulutla birleştiği anda boşalma
sona erer yani bulut ile yer yüzü arasında bir kısa devre
meydana gelmiştir. Ana boşalma başladıktan kısa bir süre
sonra deşarj akımı tepe değerine varır. Daha sonra akım
şiddeti zamanla azalır.
116
Küçük yarıçaplı elektrotlarda (eğrilik yarıçapı küçük olanlarda) tam
olmayan, ama kendini besleyen deşarjlara denilmektedir. İletim
hatlarında sıkça görülür. İletkenin etrafında ışıklı bir zar olarak ortaya
çıkar.
Eğrilik yarıçapı
Hatlar arası açıklık
İletim hatlarının yüzeylerinin pürüzlülük durumu
Sıcaklık
Nem
Basınç
gibi etkenler korona gerilimine etki ederler.
KORONA DEŞARJI
YG İletim hatlarında gerilim yavaş yavaş yükseltilirse, gerilimin
belli bir değerinde çarpma suretiyle iyonizasyon başlar ve hattı
kuşatan ince bir tabakada boşalma için gerekli koşullar sağlanmış olur.
UO : İyonizasyonun başladığı
gerilim
UK : Korona gerilimi
Ud : Delinme gerilimi
i
UO
UK
u
Ud
İyonizasyon başladıktan sonra gerilimi
arttırma işlemi devam ederse hat önce
parça parça daha sonra ise baştanbaşa
ışıklı hale gelir. (Özellikle geceleri bu
daha kolay farkedilir.) Boşalmanın kendini
beslediği yada hattın ışıklı hale geldiği bu
gerilim değerine KORONA GERİLİMİ
denir.
KORONA DEŞARJI
117
0.301
U K = U O .m.δ.(1 +
)
r.δ
0.301
E K = E O .m.δ.(1 +
)
r.δ
EO : tepe değer olarak 30 kV/cm veya etkin değer olarak 21.2 kVRMS/cm
m : Hattın pürüzlülük derecesi, parlatılmış tellerde 1, düz ve yeni tellerde
0.98 – 0.93, uzun süre hava etkisinde kalmış düz tellerde 0.93-0.88, örgülü
eski tellerde 0.88-0.87, örgülü yeni bakır tellerde 0.83-0.81, örgülü eski alüminyum tellerde
0.9, örgülü yeni alüminyum tellerde 0.87 ve içi boş üstü düz olan bakır tellerde 0.9 alınır.
δ: Bağıl hava yoğunlu, 25°C ve 760 mmHG da 1 eşittir. , δ=0.392p/T
r : cm cinsinde iletken yarıçapı.
KORONA DEŞARJI
Alternatif Gerilimde Korona Gerilimi Hesabı :
1 Fazlı Havai Hat
U K = 2.(21,2).m.r.δ.(1 +
0,301 a
) ln kVRMS
r
r.δ
3 Fazlı Havai Hat
U K = 3.(21,2).m.r.δ.(1 +
0,301 a
) ln kVRMS
r
r.δ
KORONA DEŞARJI
118
Alternatif Gerilimde Korona Kayıpları Hesabı :
PEEK FORMÜLÜ
PFK =
241
r
(f + 25) ( U f − U fo ) 2 .10 −5 kW/km, faz
δ
a
PFK
δ
f
r
a
Uf
Ufo
: 1 veya 3 fazlı sistemde km ve faz başına korona kaybı
: Bağıl hava yoğunluğu (=0.392 p/T)
: Şebeke frekansı (Hz)
: İletken yarıçapı (cm)
: İletkenler arası açıklık (cm)
: 1 veya 3 fazlı sistemde faz-nötr gerilimi (kVRMS)
: İyonizasyonun başladığı faz nötr gerilimi (kVRMS)
M
M1
: İletkenin pürüzlülük faktörü
: Havanın nemini hesaba katan faktör (Yağmurda yakşaık 0.8 alınabilir.
a
U f = E.r.Ln ( )
r
KORONA DEŞARJI
a
a
U fo = E O .r.Ln ( ) = 21,2.m.m1.δ.r.Ln( )
r
r
Alternatif Gerilimde Korona Kayıpları Hesabı :
PETERSON FORMÜLÜ
2
PFK
2,1.10 −5.f .U f
=
.F
a
(Log ) 2
r
kW/km, faz
F : U/Uo oranına bağlı bir faktördür. M.Özkaya nın YGT – I Sayfa 2.32 Şekil 8.5
Korona kayıpları ile ilgili aynı kitap sayfa 233 deki örnek
Fotokopi olarak dağıtılacak.....
KORONA DEŞARJI
119
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Katı yalıtkan malzemeler ile gazlar arasında veya sıvı yalıtkanlar
ile gazlar arasında meydana gelen bir boşalma türü olup, bu iki
türlü yalıtkan malzemenin sınır yüzeyi boyunca ortaya çıkar.
Pratikte daha çok katı ile gazlar arasında olan yüzeysel boşalma
olayları ile karşılaşılır.
Nasıl Önlenir ?
-1- Yüzeysel direnç büyültülür. İzolatörde olduğu gibi yüzey şapkalı
görünümde yapılır. (Fincana benzer)
-2- Alan zayıflatılır. Bunun içinde yüzeyin üzeri ince bir iletken ile
Kaplanır yada izolatörlerde olduğu gibi iletken halka kullanılır.
Yüzeysel Boşalma
GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI
İki elektrot arasında bir yerde oluşmakta fakat bu iki elektrotu kısa
devre edecek şekilde bir köprü oluşturmamaktadır.
Katı ve sıvı yalıtkanların içerisinde sıkışıp kalmış gaz dolu boşluklarda,
Elektrotlar ile bunların üzerinde bulunan yalıtkanın arasında kalan boşluklarda,
gaz içerisinde bulunan elektrotlar arasında görülür.
Yağ emdirilmiş sistemlerde de görülebilir. Isınma ve benzeri nedenlerle bunlarda
gaz habbecikleri ortaya çıkar. Bu gaz habbecikleri içinde de kısmi boşalmalar
oluşabilir.
Sistemin çalışmasına olumsuz etki etmez yani tam delinme olmaz ama malzeme
ömürlerini azaltıcı etkisi vardır. Malzemeleri yıpratır. Bu nedenle kablo gibi YG
Cihazlarının kısmi boşalma testleri yapılır. Diğer boşalma türlerinden farklı olarak
işletme gerilimlerinde de oluşabilir.
Kısmi Boşalma
120
SIVI YALITKANLARDA
DEŞARJ OLAYLARI
SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Kullanım Yerleri :
Soğutucu, Yalıtıcı, Ark Söndürücü
Transformatörlerde Soğutucu ve Yalıtıcı Yağlar.
Yağlı Kesicilerde ise Ark Söndürücü
SIVI YALITKANLARDA DELİNMEYE NELER ETKİ EDER ?
Rutubet
Toz-Kir-Elyaflı Parçalar
Gaz ve Boşluklar
Basınç
Sıcaklık
Elektrot Malzemesi ve Yüzey Durumu
Elektrotların Biçimi ve Kutuplanma Türü
Gerilimin Uygulanma Süresi
1
121
SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Delinmeye Etki Eden Faktörler.....
1.Rutubet (Nem) : Sıvı yalıtkanlarda su damlası olması delinme dayanımına
zararlı olmaz ama çok az miktarda bile su buharı olsa delinme dayanımı çok
büyük oranda azalır.
2. Toz-Kir-Elyaf : Yabancı parçalar yalıtkanın dielektrik sabitesini değiştirir.
Sıvı içerisindeki yanacı parçacıkların elektrik alanın en büyük olduğu
bölgelerde bir yığılma halinde iki elektrot arasında köprü oluşturmaya
çalıştıkları deneysel olarak kanıtlanmıştır.
3. Elektrot Malzemesi ve Yüzey Durumu : Malzeme türü ve yüzeydeki pürüz
delinme dayanımını etkilemektedir. Örneğin demirden yapılan elektrotlar
delinme
düşürürken
altın,
gümüş gibi
çok iyiartmaktadır
iletkenler delinme
4.
Basınçdayanımını
: Gazlardaki
gibi delinme
dayanımı
basınçla
ancak
dayanımının
büyük
olmasına
yol
açar.
uygulanan gerilim darbe gerilimi ise basıncın hiçbir etkisi kalmaz.
4. Basınç : Darbe geriliminde basıncın etkisi yoktur. Diğer gerilimlerde basınç
arttıkça darbe dayanımı da artmaktadır.
2
SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Delinmeye Etki Eden Faktörler.....
5. Sıcaklık : Deneysel çalışmalar, delinme dayanımının belli bir dereceye
Kadar sıcaktan etkilenmedi ancak bir noktadan sonra düştüğünü
göstermektedir. Bu nedenle özellikle soğutma amaçlı yağların yüksek
sıcaklıkta olmaması sağlanmalıdır. Örneğin güç transformatörlerinde
soğutma yağı fan vb şekiller ile soğutulur.
6. Gerilimin Süresi : Delinme dayanımı hem süreye hemde dalga şekline
bağlıdır. Kısa süreli darbe gerilimlerinde darbe dayanımı uzun sürelilere göre
büyüktür. Doğru gerilimde delinme dayanımı, alternatif gerilime göre
küçüktür. Çünkü özellikle yabancı parçacıklar doğru geriliminde kolayca
köprü oluştururlar.
7. Elektrotlar Arası Açıklık : Delinme dayanımı ile açıklık hiperbolik bir ters
orantıya sahiptir.Tıpkı gazlarda olduğu gibi.
8. Gaz ve Boşluklar : Sıvı içerisindeki gaz parçacıkları ve boşluklar, kısmi
boşalmaya neden olur. Sıcaklığı yüksek sıvılarda ark deşarjı ile sonuçlanır.
3
122
SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI
Delinmeye Etki Eden Faktörler.....
9. Elektrotların Biçimi ve Kutuplanma Türü :
Ud(kV)
1
2
3
-
+
-
+
+
-
a (cm)
a1
4
SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI
DELİNME TEORİLERİ
a. Termik Delinme Teorisi : Bu teori, köprü durumuyla sıvının delinmesi
esasına dayanır. Yabancı parçacık olması yani kirli sıvılarda geçerlidir.
b. Mekanik Delinme Teorisi : Eğer sıvı temiz, ama içinde hava boşluğu
veya gaz habbeciği varsa, bu teori ile açıklanır. Bu teori sıvı içerisinde
elektrik alanın oluşturduğu basınçla gaz habbeciklerinin olşuturduğu
basıncın dengelenmesine dayanmaktadır.
c. Elektrik Delinme Teorisi : Eğer sıvı çok temiz ve içinde herhangi bir
hava boşluğu yada gaz habbeciği yoksa geçerli olan teorisidir. Esas
İtibariyle gazlardaki Towsend Teorisine dayanır.
123
YALITKAN YAĞLAR
-Delinme dayanımı yüksek yalıtım sağlar.
-Doğal sirkülasyon ile ısıyı çevreye ileterek soğumayı sağlarlar.
-Ark söndürücü olarak görev yaparlar.
-Gerilim altındaki metalik yüzeyleri pasa, neme ve kire karşı korurlar.
Dezavantajları :
1.Klor ve Flor içerenler hariç bazı türleri yanabilir.
2.Nem, ark, ısınma ve kirlenme ile bozulabilen türleri mevcuttur.
3.Bozulmaları önlemek için katkı maddeleri gerekebilir.
4.Yabancı maddeleri temizlemek için zaman zaman süzülmelidir.
5.Nem ve suyu almak için kurutulmaya ihtiyaç duyulur.
6.Zehirli olan türleri mevcuttur. (Askarel)
7.Kurşunla temasla tortulaşır, soğutma özelliği kaybolur. (Kesiciler)
8.Belli bir sıcaklıktan sonra kimyasal yapıları değişebilir.
Yağların YGT’de Kullanım Nedenleri
YALITKAN YAĞLAR
İşletme sıcaklığı
Havaya ve güneşe maruz kalması
Kirlenmeye maruz kalması
Elde edildiği petrolün türü ve rafine edilme koşulları
Nem alması yada bulunduğu ortamdan sızma yapması
Yağa katılan katkı maddeleri ve bunların miktarı
Yağların Bozulmasına Yolaçan Etmenler
124
YALITKAN YAĞLAR
Saf, madensel olması, katkı maddesi veya yabancı madde içermemeli.
Alevlenme noktası yüksek olmalı.
Yalıtkanlı (delinme dayanımı) yüksek olması. Ed>200 kVcm olmalı.
Akıcılık özelliğinin soğukta düşük olmamalı.
Arkı söndürmesi için akıcılığı uygun olmalı.
Paslanmamalı, oksidasyona dayanıklı olmalı.
Neme dayanıklı olmalı.
İçerisinde su, gaz, nem gibi yabancı maddeler bulunmamalı.
Yağlarda Olması Gereken Özellikler
KATI YALITKANLAR
KATI YALITKANLARDA BOŞALMA OLAYLARI
125
KATI YALITKAN MADDELER
PORSELEN
CAM
KAĞIT
MİKA
TERMOPLASTİK MADDELER*
KAUÇUK
LAK
* PVC (Poli Vinil Klorid), Polietilen, Polistrol
KATI YALITKAN MADDELER
Katı yalıtkanlarda delinme dayanımı uygulanan gerilimin değerine ve
uygulama süresine bağlıdır.
Delinme dayanımı, gerilimin uygulanma süresi arttıkça küçülür.
Katı yalıtkanlarda dielektrik kayıpları (çok az), dipol kayıpları, dielektrik
histerisiz kayıpları sonucu maddeler ısınır. Isınma delinmeye etki eden bir
faktördür.
126
KATI YALITKAN MADDELER
Delinme Teorileri
1. Elektriksel Delinme Teorisi : Katı yalıtkan malzemelerde, bazı hallerde
ortaya çıkan delinmeler, gaz ve sıvılardaki gibi TOWSEND teorisi ile
açıklanabilir. Isınmanın küçük, alan şiddetinin büyük olmadığı durumlara
ait delinmeler bu teori ile açıklanır.
2.Mekanik Delinme Teorisi : Büyük değerli elektrik alanı altında bulunan katı
Yalıtkan malzemelerin kristal yapılarının bozulmasıyla delinme meydana gelir.
Örn / Sofra tuzu NaCl nin kristal yapısının bozulması için 106-107 V/cm lik alanın
Uygulanması deneysel olarak elde edilmiş bir sonuçtur.
3. Isıl Delinme Teorisi : Isınma sonucu malzemenin delinme riski artar.
U KRT = 0.938
λ
k d .β
Kritik gerilim, formüldeki sabitler malzemeye
bağlı, possion kısmi dif denklemindeki kullanılan ifadeler.
YÜKSEK GERİLİMDE
İŞ GÜVENLİĞİ
8
127
YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ
ELEKTRİĞİN TEHLİKELERİ NELERDİR ?
Yangına sebep olması
İnsan ve hayvanları çarpması
ELEKTRİK NE ZAMAN YANGINA YOL AÇMAZ…
-Tesisat iletkenlerinin yönetmelikte ve projede belirtilen kesitte olması,
- Koruma elemanlarının görev yapmasını sağlamak, bunun için termik ayarlarını
bozmamak, röle ayarlarını bozmamak ve devre dışı bırakmamak ve
sigortaları sarma yerine buşonu ile değiştirmek gerekir.
- Kullanılan teçhizat ve cihazların kullanma ve montaj talimatlarında belirtilen
esaslar dahilinde kullanmak ve bakımını yapmak gerekir.
YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ
İNSAN VÜCUDUNUN ELEKTRİĞE KARŞI DÜRENCİ:
Elden- Ele;
Kuru deri………………100.000-300.000 ohm
Nasırlı deri……………..600.000 ohm’a kadar çıkabilir.
Islak deri……………….1000 ohm
El- Ayak Arası;
İç organlardan(yaş)……..400-600 ohm arası,
Kulaktan- kulağa……………… 100 ohm
ELEKTRİK ÇARPMASININ İNSAN VÜCUDUNDA YARATTIĞI ETKİLER:
Kanda ayrışma ( Elektroliz olayı),
Şok , şuur kaybı,
Kaslarda meydana gelen kasılma ve kramplar ( Solunumun durması),
Kalbin çarpması düzeninin bozulması,
Yanıklar,
Böbreklerdeki etki,
Geçici körlük.
128
YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ
İnsan vücudu direnci yönetmeliklerde belrtildiği gibi genellikle 1.000 ohm olarak ele alınır.
Ohm kanununa göre vücuttan geçecek akım değeri..
Vücuttan geçen akım şiddeti ( Amper) = Temas gerilimi ( Volt)/ insan vücudunun direnci
GERİLİM KADEMELERİ:
055 v arası
KÜÇÜK GERİLİM
551000 v arası
ALÇAK GERİLİM
1.00035.000 v arası
ORTA GERLİLM
35.000 V’tan yukarısı
YÜKSEK GERLİM
MUTLAK YAKLAŞMA ( EMNİYET) MESAFELERİ:
7501.500 V arası
30 cm.
1.50050.000 v arası
50 cm.
50.000- 150.000 v arası
120 cm
150.000- 250.000 v arası
200 cm
250.000- 420.000 v arası
350 cm. dir.
Bu gerilim değerlerinin yakınında yapılan çalışmalar Gerilim Altında dır.
Örneğin bir direk çift devre hattın birinde gerilim var diğerinde yok ise gerilim olmayan
hatta yapılan çalışma gerilim altında çalışmadır.
YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ
ELEKTRIK ÇARPMALARINA KARŞI GÜVENLİK TEDBİRLERİ:
Elektrik çarpmalarına karşı güvenlik tedbirleri 6 grupta incelenir.
İzole etmek,
Topraklama yapmak
Koruma
İşletme
Özel.
Güvenlik otomatiği kullanmak,
Küçük gerilim kullanmak,
İzolasyon trafosu kullanmak,
Uygun tesisat iyi bakım.
Çift izolasyonlu cihazlar kullanmak.
129
YG Enerji Tesislerinde Alınacak İş
Güvenliği Tedbirleri…
130
*** GÜVENLİ YOL EN İYİ YOLDUR…….
Elektrik Arkı
35,000 °F
Erimiş Metal
Basınç Dalgaları
Ses Dalgaları
Bakır Buharı:
Parçalar
Sıcak Hava-Hızlı Genleşme
Yoğun Işık
131
ELEKTRİK KAZALARI
-Devam Şartını Sağlayamayanların Listesi Finallerden Önceki Hafta İlan
Edilecektir.
-Devam şartını sağlamayanlar final sınavına girse bile DS ile kalacaklardır.
132