Kısmi Boşalma İşaretlerinin Faz Çözünümlü Örüntüler Şeklinde Ölçümü

kalitesine bağlıdır. Bu nedenle üretim aşamasından sonra yüksek gerilim aygıtlarına yapılan tahribatsız deneyler yardımıyla, yalıtım kalitesinin belirlenmesi gerekmektedir. Elektriksel kısmi boşalma ölçümlerinin yalıtım performansının değerlendirilmesinde kullanılan en önemli araçlardan birisi olduğu kesin kabul görmektedir [5-69].

Geçmiş yıllardaki uygulamalarda genel olarak (Ui) kısmi boşalma başlama

geriliminin ve belirli bir gerilim değerindeki en büyük görünen yük genliğinin (qmax)

ölçülmesi işlemi gerçekleştirilmekteydi. Yalıtkan kalitesinin değerlendirilmesi işlemi ise yalnızca bu iki büyüklüğün karşılaştırılması ile sınırlı olarak kalmaktaydı. Yalıtkanın izin verilebilen en büyük boşalma genliği değerini aşması durumunda, yalıtkandaki KB’yı meydana getiren sebebin bilinmesi önemlidir. Yalıtkanlardaki KB’ların sebebinin belirlenmesinde osilografik gözlem önemli bir yer tutmaktadır. Bu nedenle ticari KB ölçüm sistemleri 1969’da CIGRE tarafından yayınlanan yönteme uygun olarak osilografik gözlem sağlamaktadırlar. KB işaretlerinin osiloskop ekranından yorumlanması, KB’ya neden olan kusurun sınırlı biçimde tanımlanmasını sağlar. Ayrıca osilografik gözlem yöntemi deneyim gerektiren ve yalnızca deney sırasında yapılabilen bir işlemdir [40-45].

Yarı iletken teknolojisindeki hızlı gelişmeler ile KB işaretlerinin görsel ve sayısal olarak incelenmesi konusuna önemli katkılar sağlanmıştır. Özellikle gelişmiş analog sayısal dönüştürücüler yardımıyla KB işaretlerine ilişkin veriler bilgisayar ortamına aktarılabilmektedir. Hızlı işlem yapabilme yeteneğine sahip bilgisayarlar ile de bu veriler işlenebilmekte ve depolanabilmektedir. Böylece klasik KB ölçüm yöntemleri yerini faz çözünümlü kısmi boşalma ölçüm yöntemlerine bırakmaya başlamıştır.

FÇKBÖ yöntemi, KB’ların (q) görünen yük genliğinin, (φi) açısının (deney

gerilimine göre), ve (ni) darbe sayısının deney gerilimi periyodunca eş zamanlı

olarak kaydedilmesi temeline dayanır. Bu şekilde kayıtlar, belirli sayıdaki deney gerilimi periyodu adedince yapılır. Daha sonra bütün kayıtlardaki KB’ların görünen yük genliği, darbe sayısı ve deney gerilimine bağlı açısı sinüsoidal deney geriliminin bir periyodu üzerinde renkli ya da gri ölçekli olarak çizdirilir. Çizdirilen bu D(q, φi, ni) grafikleri, KB örüntüleri olarak tanımlanmaktadır. KB örüntülerindeki, KB

işaretlerinin faz pozisyonuna göre kümelenişlerinden, oluşum mekanizmaları, tipleri (gaz dolu boşluk, korona, elektriksel ağaçlanma, yüzeysel boşalma) vb. hakkında yorumlar yapmak mümkündür. Bu üstünlükleri nedeniyle FÇKBÖ yöntemi ticari ve bilimsel KB ölçüm çalışmalarında sık olarak kullanılmaktadır [12,14,15,18,19,25-30,38-57]. Şekil 5.2’de OMICRON firmasının ürettiği ticari bir

KB ölçüm yazılımı (Mtronix Software) ve donanımı ile elde edilmiş KB örüntüsü örnekleri görülmektedir.

Şekil 5.2: KB örüntüsü örneği.

5.3. Kısmi Boşalma İşaretlerinin Örneklenmesi

Faz çözünümlü KB ölçüm yönteminin uygulanabilmesi için öncelikle KB işaretlerinin sayısallaştırılması ve bir bellekte depo edilmesi gerekmektedir. KB işaretlerinin sayısallaştırılması için genelde analog sayısal dönüştürücüler tercih edilmektedir. ASD’ler yardımıyla bir analog işaret sayısallaştırılırken kullanılan örnekleme frekansının önemi büyüktür. Nyquist teoremine göre bir işaretin doğru olarak örneklenebilmesi için örnekleme frekansı, örneklenen işaret frekansının en az iki katı olmalıdır. Bu bağlamda frekansı 50 Hz olan bir sinüs işareti Şekil 5.3.(a)’daki gibi en az 100 Hz frekansla örneklenmelidir. Fakat aynı sinüs işareti, 1 kHz frekansla örneklendiğinde, Şekil 5.3.(b)’deki gibi gerçek işaretle daha fazla örtüşmesi sağlanabilir.

KB işaretleri oldukça yüksek frekansa sahip işaretlerdir. Bu nedenle KB işaretlerini örneklemek için yüksek örnekleme frekanslarına gereksinim duyulmaktadır. Yüksek örnekleme frekanslarıyla yapılan işaret örneklemelerinde, gerçek işaretle beraber gürültünün de örneklenmesi olasıdır. Ek olarak örnekleme frekansının artması, örnek sayısının da artmasına neden olur. 50 Hz frekansa sahip bir sinüsoidal işaretin tek periyodu 1 MHz örnekleme frekansıyla 20.000 adet örnekle, 100 MHz örnekleme frekansıyla 2.000.000 adet örnekle temsil edilir.

Elektriksel kısmi boşalmaların sayısallaştırılarak ölçülmesinde aşılması gereken en önemli sorunlardan birisi, KB darbeleri ve gürültünün birbirinden ayırt edilmesidir. Sayısallaştırıcı kullanılarak örneklenen işaretler, özellikle yüksek örnekleme frekanslarında ve gürültünün yoğun olduğu durumlarda, büyük oranda gürültü içine gömülmüş olabilir. KB işaretlerini içine alan gürültünün türünü bilmek, işareti bu gürültüden arındırırken seçilecek tekniğin belirlenmesinde büyük önem taşır. Sayısal kısmi boşalma ölçümlerinde karşılaşılabilecek söz konusu gürültü türlerini, ayrık tayftaki gürültüler (Discrete Spectral Interference), darbe karakterli gürültüler, beyaz gürültü (white noise) ve diğer gürültüler şeklinde sınıflandırmak mümkündür.

Ayrık tayftaki gürültüler (ATG) genellikle iletişim kaynaklarının veya radyo yayınlarının (FM/AM) neden olduğu sinüsoidal karakterli gürültülerdir. Ek olarak kısmi boşalma deneyinin yapıldığı ortama yakın bir bölgeden geçen iletim ve dağıtım hatlarının da sinüsoidal karakterli gürültü meydana getirme olasılığı vardır. ATG karakterli gürültüleri, KB deney hacminin ekranlanması ve uygun filtreleme yöntemleri ile zayıflatmak mümkündür.

Darbe karakterli gürültüler, rasgele ve tekrarlı darbe şeklindeki gürültülerdir. Rasgele darbe karakterli gürültüler, anahtarlama olayları sırasında ortaya çıkan ya da yüksek gerilim aygıtlarından kaynaklanan, korona veya diğer boşalma türlerinin neden olduğu, gürültülerdir. Özellikle KB deney geriliminin şebekeden sağlanması durumunda şebekede meydana gelen anahtarlama olayları rasgele darbelere neden olabilir. Bu durumda şebeke geriliminin filtre edilmesi ile besleme geriliminin neden olduğu rasgele darbelerin önüne geçilebilir. Hatta deney geriliminin, motor-generatör grubunun üzerinden sağlanması ile hem şebekedeki parazitlerin hem de bozuk

gerilim dalga şekillerinin engellenmesi mümkündür. Tekrarlı darbe şeklindeki gürültüleri, genellikle güç elektroniği aygıtlarının neden olduğu belirli periyoda sahip darbe karakterli gürültüler oluşturur. Bu darbeleri özel filtrelerle ya da kapılama devreleri (gating circuits) ile engellemek mümkündür.

Beyaz gürültü olarak bilinen gürültü tipi ile tüm sayısal ölçümlerde karşılaşmak mümkündür. Beyaz gürültü türüne genellikle ortamın gürültüsü ya da deneyde kullanılan elektronik devrelerin gürültüsü neden olabilir. Beyaz gürültüyü bazı sayısal filtreler kullanarak kaldırmak mümkün olabilir. Diğer gürültüler olarak sınıflandırılan gürültülere, rastlantısal (stochastic) karakterli gürültüler örnek verilebilir. Rastlantısal gürültüleri, anlık oluşan bir daha oluşup oluşmayacağı kesin olmayan ve kaynağı tam olarak kestirilemeyen gürültü türü olarak tanımlamak mümkündür. Rastlantısal gürültünün karakteri bilindiği durumlarda zayıflatılması mümkün olabilir [77,78].

ATG karakterli gürültüler, dar bantlı, darbe karakterli gürültüler, beyaz gürültü ve olasılıksal karakterli gürültüler ise geniş bantlı gürültülerdir. Gürültü içinden KB işaretini ayırmak için yukarıda da değinildiği gibi filtreleme yöntemleri kullanılabilir. Söz konusu filtreleme yöntemi ölçme devresine yerleştirilen elektronik bir devre (donanım) olabileceği gibi örneklenmiş KB işaretlerine uygulanabilecek sayısal bir yöntem de (yazılım) olabilir.

Elektriksel kısmi boşalma işaretlerinin gürültüden arındırılmasında kullanılan sayısal yöntemlerin başında Fourier Dönüşümü (Fourier Transform) yöntemi gelmektedir. Fourier Dönüşümü yöntemi durağan işaretlerin işlenmesinde oldukça verimlidir fakat değişken işaretlerde yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle Fourier dönüşümüne alternatif olarak geliştirilen Dalgacık Dönüşümü (Wavelet Transform) yöntemi ile KB işaretlerinin gürültüden arındırılmasına yönelik çalışmalar son yıllarda yoğunlaşmıştır [77-86].