İZOLATÖR KAYIPLARININ MODELLENMESİ

(1)

SALI Fen Bilimleri Enstitüsü

Dergisi

7 .Ci lt.

2.Sayı (Temınuz 2003)

İzolatör Kayaplarının Modellenınesi N.Güneş

İZOLATÖR KAYIPLARININ MODELLENMESİ

Niyazi GÜNEŞ

Özet

-

Yüksek gerilim güç sistentlcrinde kullanılan

izolatörler şebeke fl"ekansında norınal işletnıe

geriliınİ ile sistenıde meydana gelen d ahil i aşırı

gerilimiere dayanabilmelidir.

. .\.yrıca izolatörler,atlama sayısını azaltmak için

daha yüksek değerler istenınesine

rağınen,hiç

olmazsa sistemin temel darbe izolasyon seviyesi

gerilimine ve mekanik yüklered e dayanmalıdır.

Bu çalışmada yüksek gerilim izolatörlerinde

kirlenme,kirlenme atlan1asının tanımı,önemi ve

izolatör eşdeğer modelleri açıklanmıştır. WiUdns

izolatör eşdeğer modeli kullanllarak,belirli sızma

aralıkJarına göre Kale seramik

TJ160

BL tipi zincir

izolatör kirlenme direnç değişinıi hesaplanmıştır.

•

Atıalıtar Kefilneler-

Izolatör,Kirlenme atlaması,Kir

•

direnci,Izolatör eşdeğer modelleri

Abstract

-

Isolators which are used for the high

voltage power

systems

n1ust be resistant to the

internal overvoltages occured in the system under

normal operating voltage at the network frequency.

Besides, even

_th

o

u

g

h

the higher values are required

to decrease the t rip number, isola tors mu st be

resistant to basic impact isolation level voltage of

the system and to mechanical loads at Jeast.

In this study, contan1ination in the high voltage

isolators,

definition

and

significance

of

contamination trip and isolator equivalent nıodels

have been explained. By using Wilkins isolator

equivalent model, according to some leakage

intervals, the change of resistance to contaminatioıı

of

_U160

BL Type clıain isolafor has been calculated.

Key words-

Isolatoır, Contamination trip,

Contamination resistance, Isolafor equivalent

models

N. Güneş; Sakarya

Üniversitesi, Yapı İşleri

Teknik Daire

Ba�kunlığı,

Sakarya

• •

I. GIRIŞ

Yüksek gerilim izo latörlerinin, en

c

rj i iletim sistenılerin

işletilmesinde,önce1ikle besleme sürekliliği ve emniyeti

açısından büyük bir önemi vardır .

Yüksek gerilim izolatörlerinin yüzeyinde oluşan kir

tabakası,enerji iletim sistenılerinde sürekli ve emniyetli bir

yahtıın sağlanıasını engeller.

İzolatörler;hatlann

endüstri

bölgelerinden

gcçmeleri,kunı,kir ve kiınyasal dun1anlarla ve sahil

bölgelerinde deniz tuzundan dolayı kirlenirler.

İşletme şartlannda itolatör yüzeyinde biriken kir miktarı,

izolatörün pozisyonuyla ve baskın olan hava şartlarından

dolayı

ho ın

oj en değildir.

Yükse k

gerilim

izolatör1erinde

kir

tabakasının

yağmur,sis,rutubet v.b. etkenlerle ıslanması sonucu iletken

hale gelen kirli yüzey boyunca gerilimle aynı fazda olan

rezistif bir kaçak akıın akar.Bu akım izolatör yüzeyindeki

alan dağılımını bozar.Ilalbuki,izolatörler

kuru

iken

yüzey

boyunca kapasitif olan küçük bir kaça k akım akar.

Yüksek gerilim iletim hatlarında izolatur kitlenınesi sonucu

ıneydana gelen anzalar,eneıji iletiminde

uzun

süren

kesintilere sebep olur.Böyle bir durum,endüstriye1 ve sosyal

hayatı felce uğratabilir.Büyük ekonomik kayıplara sebep

olabilir.

II. KiRLENME

İzolatör

yüzeyinde

teşekkül

eden

kir

tabakası

kiil,çimento,yağ,is, v.s. ile oluşur.

Kirin iki a yn vasfı olduğu kabul e dilir.

a)Yapışkan ve su erruci özelliğe sahip olan kirler

b

)Suda çözünen iyoıılanna ayrılan ve elektrikse iletkenliği

sağlayan kirler

Kirin izolatörlerin yüzeyinde toplanmasına genel olarak;yer

çekimi,rüzgar kuvveti,elektriki kuvvetler ile hoınojen

olmayan alanlar sebep olur.[l]

.

lzolatör

yüzeyinde

biriken

kir

miktan,izolatörün

pozisyonula ve baskın olan hava şartlarıyla çok yakından

iJgilidir.Gergi

ve

ask1 izo1atörleri,

ve

hatla aynı yerdeki aynı

(2)

SAU

Fen Bilinıleri Enstitüsil Dergisi 7.Cilt,

2.Sayı (Tenımuz 2003)

tip iki iz

o l

a

tör

dahi

oldukça farklı kir

toplama

performansını gösterebilir.[2]

İzolatör yüzeyiııin

nenılenmesi

farklı

şekillerde olur.Şiddetli

yağmur

ve duşlar, kirleri ve çözülebilir parçacıklan uzaklaştırdıklarından tehlikeli değildirler.Bununla beraber,kirli yağmur suyu,har ile direk arasında ilctken bir

su

ka

n

a

l

ı

oluşturabileceğinden,ilk anda şiddetli yağn1ur hattı kısa devre edebilir.En tehlikeli duruın siste n1eydana gelir,özellikle izolatör yüzeyindeki kir uzLU1

süre kuru

kalırsa tehlikeli boyutlara ulaşabilir.

(3]

III. İZOLATÖR EŞDF:GER MODELLERİ

III.l.Wilkins

Modeli

İzolatör eşdeğer bir dikdörtgen n1odelle tenısil edilıniştir.

Bu

modelde;

İzolatör ve

ınodel

sızn1a

uzunlukları

eşittir.

İzolatör ve nıodel yüzeyleri aynı özdirençlı kirle homojen

kaplıdır.

İzolatör ve eşdeğer dikdörtgen n1odel tenninalleri arasında ölçülen soğuk kir ta bakası dirençleri eşit olduğu kabuJlerj yapılnuşttr.

Wilkins konfoım tasvir

yönteıni kullanarak direnç

için

aşağıdaki analitik bağıntılan bulmuştur[ 4]. Dar

_model:(a/L

_c

1)

0(L-X)

a +log

n

a 2 _r Geniş

model:(a/L

:J

1)

(3.1)

/

(3.2)

R ve.

_Rw

d

e

ş

aı

j

a seri kir bölgesi direncini

(k.O),

X

deşaıJ bo�ı�u

(c

nı),

L

sızma

(kaç

_{ak) boyıuıu}

(c nı),

a model en

ını

(c nı),

rd deşarj ucu

yarıçapını (cm)

,

_a. soğuk yüzeysel iletkenliği

(S)

temsil

eder.

· c

1Il.2. Dairesel

Şerit Model

�u

m?delde,uygun

bir geıilim tatbik edilen kir tabakası ıle bır ç�buk e lek�od arasındaki ve topraklannıış elektrod

bır

elektrod ıle çubuk elektı·od arasındaki

hava

�ralığın�n. geçerek ohış1nuş bir deşarj ile yüzeysel

ıletkenlıgının düzenli kirlennıesinin dairesel bir şeridi dikkate alınmıştır[5].

.

l�olatör Kayıplannın Modellenınesi .Günq

111.3. Runıeli Modeli

Bu

modelde;izolatörün boyu, �ızma boyuna eşit

Eni

>değişen eşdeğer düzlenısel bir ınodcldir.

Bu modelde,izolatör yüzeyindeki

k

ir

tabakasını sıyınp

açarak

düzlenıscl

hale gctinne

düşüncesine

dayanmaktadır[ 61.

Yapılan çalışnıada !(ale

scranıik

Ul60

BL

tipi zıncır

.

izolatör

inccleıuniştir. \V

ilki ns n1odeli

kullamlarak

direnç

Lleğerinin

analitik olarak hesaplannıası

aşuğıdaki gibidir.

1-)

rd

_{-o. 15}

crn

L=39

cn1 a -=0.1656

l

a-6.45

cnı

Cic=60 flS

n(L

_.r)

a --- t- log ---a 2

n

r

fonnülünden yeıine

konun�a,

2)

lablo 1 S

ı---- 1

. ı;nm nra

1ğı boyunca

diıcnç değişimi

x

Desar _'l J Boyu

(en

_ı)

_-

-s

1----

-10

--15

20

----

-25

r---30

1----

�

-35

l--- -

-R

Kır

Direnci

(kD)

40,9

34,5

2ö

21,5

15,

l

8 6

')

2,2

ftı=O. 15

cm

L.=39

Cfll a -

=

1

.20

4

l

a=46.95 cnı

oc=60 flS

l

_og

---

2L

-

log tan -

fJ

�

x

f1

rd

2L

fonııüldc yerine konursa;

140

(3)

SAU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 7 .Ci

lt, 2.Sayı (Temmuz 2003)

T bl 2 S a o

.

ızma

ara ıgı

ı

-

b

oyunca ırenç egışımı

d' d

-X

Deşarj Boyu R Kir Direnci

3-)

rd=3

cın

L=39 cnı

a -=0. 1656

1 a=6.45

cm

ac=60 J..LS

(cn1)

_(k.Q)

5 12,3 lO ı ı ,6 ıs

ı

ı' 1 20 _10,8 25 ₁0,5 30 10,3 35 10, ı

n(L-X)

a

�

+log

n

)'

a

₂

_r

fornıülünden yerine konursa,

d .

Tablo 3.

S1znıa aralı�ı

boyunca

dırenç eğt

_

şim1

X

Dcşarj Boyu �-

1--4)

rd=3

cm

L=J9

cın a - -1.204

l

a=46.95

cın ac=

6

0 J.!S

(cm)

5 10 15 20 25 30 35 R Kir Direnci

(kO)

37,5 31,05 24,6 18,

_ı

12,91

-

_5,2 ı

,2

veriler formüJde yerine konursa;

1

ı

�

ı

a o . T bl 4 S

ızma

ara

ıgı

X

Deşaıj Boyu

( C_!E)

s

ı

1 lO

15

20 25 30 35

İzolatör Kayaplarınm

Modellenınesi N.Güneş oyunca

ırcnç

d e

ğ'

ış1mı

. .

R

Kir Direnci

(kO)

8,9 8,1 7,7 7,3

7' 1

6,8 6,7

V.SONUÇ

Yüksek gerilim izolatör kayıplarının bulunması için,izolatör

direncin biliınnesi gerekir.

Yüksek geri lin1 izolatörlerinin dış yüzeyleri hiçbir zaman terniz ve kuru oln1adığından izolatör kir direnci sabit bir değer değildir.

Kirli

_bö

l

g

e

l

er için kolayca izolatör seçimi analitik olarak

belirlenebiln1esi büyük önem taşır.Bunun için izolatör

eşdeğer

mo

d

elleri geliştirilmiştir.

W

ilicins e

ş

değer modele karşılık olan ve birbirinden farklı

şekilleri

olan

sonsuz

sayıda

izolatör

bulmak

mümkü

ndür.Dolayısı ile rumeli modeli,diğer model1ere göre

i

zo

l

at

örü

n şeklini daha iyi temsil edebilmektedir.

KAYNAKLAR

[1] Dengiz,H.,JI.,Enerji Hatlan Müh.,1 99l,

ANKA

RA

[2] Nasser,E.,Behavioun of Insulato�·<.> with an unevenly

Dıstrubuted P

ollu

ti

on Layer,E.T.Z.A., 1963

[JI Gençoğlu,T.,M.,Yüksek

G

er

i

lim İzoıatörlerinin

Kirlenme Atlama Davraruşlarının Sonlu E1emaıılar Yöntenu

Yardımıyla Be li rlenınesi., Y.Lisans,

1

9

7 ,ELAZIG.

�4] _{Wilkins,R.,Floshover Voltage} _{of High} _Volu�� _!

Insulators w ith

U

n

if

orm S urfa ce-Pollution Films., 1969

[5]

Bendapudi ,S.R.am.,Floshover Voltage of Coııtaminated İnsulators.Conferencc Record of the 1988 _{Ieee Inteınational}

Sy

m

p

osium ou Electrial İnsu1ation, 1998,BOSTON.

[6] Rumeli,A.,Homojen Kirle Kaplı Yüksek Gerilim İzolatörlerinin Dayanım Gerilim İzolatörlerinin

Hesaplamııası, 1 979,AN