Yüksek Gerilim Tekniği - Eemdersnotlari.com - Konu Anlatımı

w

co m ri.

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

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

no

tla

ri.

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

w

w

w

.e

em

de

rs

• • • • • • •

co m

DERS GEÇME

2

em

de

rs

no

tla

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

w

.e

• IEC (International Electrotechnical Commission) ye göre ;

w

w

co m ri.

BL.1: GİRİŞ

– 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

Gerilim Seviyeleri (TÜRKİYE)

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)

tla

ri.

Alçak Gerilim Orta Gerilim

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 -----

em

de

rs

no

AG OG YG ÇYG UYG

BL.1: GİRİŞ

w

.e

Tarihçesi…….

w

w

co m

BL.1: GİRİŞ

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

w

.e

em

de

rs

no

tla

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.

w

w

co m

Yüksek Gerilim Doğru Akım Enerji Sistemleri (HVDC)

ri.

BL.1: GİRİŞ

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

co m

İZOLATÖRLER

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

Yıldırım Tutucular (Parafudr)

6

co m

YILDIRIM

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

İzolatörler, Kesiciler

7

co m

no

tla

İzolatörler Kablolar Direkler Koruma Hatları Ayırıcılar Kesiciler

em

de

rs

• • • • • •

ri.

Önemli…. YÜKSEK GERİLİM ELEMANLARI

OG/AG Trafo İstasyonu OG Girişi

w

w

w

.e

Geçit izolatörü

parafudr

Parafudr uçları birleştirilmiş ve topraklanmıştır.

K.Maraş Tedaş Binasındaki Trafo Binası

8

co m ri. tla no rs de em

w

w

w

.e

AYIRICILAR (SEKSİYONER)

9

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.

ri.

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.

tla

Ayırıcılar ile,devreden akım geçerken yani devre yüklü iken açma kapama işlemi yapılmaz.

no

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;

em

de

rs

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.

w

.e

AYIRICILAR

w

w

co m

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

em

co m

de

rs

no

tla

ri.

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

w

w

w

.e

AYIRICILAR

11

co m

AYIRICILAR

em

de

rs

no

tla

ri.

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

-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:

w

w

w

.e

Monte Edildikleri Yerlere Göre Ayırıcı Çeşitleri ve Kullanma Yerleri

12

co m

AYIRICILAR Yapısına Göre Ayırıcıların Sınıflandırılması

ri.

a. Bıçaklı ayırıcılar b. Döner izolatörlü ayırıcılar c. Yük ayırıcıları

tla

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:

em

de

rs

no

1) Dahilî Tip Bıçaklı Ayırıcılar 2) Haricî Tip Bıçaklı Ayırıcılar 3) Toprak Ayırıcısı 4) Sigortalı Ayırıcılar

AYIRICILAR

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.

w

w

w

.e

1) Dâhili Tip Bıçaklı Ayırıcı:Bu tip ayırıcılar bina içerisinde hücrelere yerleştirilirler. Kumanda kolu emniyetli mesafede hücre dışarı çıkartılır.

13

co m

AYIRICILAR

em

de

rs

no

tla

ri.

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.

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.

w

w

w

.e

AYIRICILAR

14

co m

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:

no

Tek döner izolâtörlü ayırıcıları çeşitleri şunlardır: Döner izolatörü ortada ayırıcı Döner izolatörü kenarda ayırıcı

Çift Döner İzolâtörlü Ayırıcılar

tla

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.

ri.

Tek Döner İzolâtörlü Ayırıcılar & 1)

Döner izolatörü kenarda olan ayırıcılar kendi aralarında ikiye ayrılır:

em

de

rs

Mafsalsız düşey kapanan ayırıcı Pantograf ayırıcı Pantograf ayıncı da kendi arasında ikiye ayrılır: Hareketli kontakları düşey pantograf ayıncı Hareketli kontakları yatay pantograf ayırıcı

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.

w

w

w

.e

AYIRICILAR

15

.e

w

w

w

co m

ri.

tla

no

rs

de

em Filmler……….

16

em

de

rs

no

tla

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.

ri.

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.

w

.e

AYIRICILAR

w

w

co m

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

co m ri.

tla

KESİCİLER

em

de

rs

no

(Circuit Breaker-Disjonktör)

Temel Bilgiler…

w

w

w

.e

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

co m

em

de

rs

no

tla

ri.

Temel Bilgiler…

w

w

w

.e

Açma-Kapama Elemanlarının Karşılaştırılması

19

co m

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.

em

de

KESİCİLER

rs

no

tla

ri.

Elle (Manuel) Kumandalı ve Otomatik Kumandalı olarak AÇMA/KAPAMA işlemini gerçekleştirebilirler.

Kesicinin Açılması Anında Akım ve Gerilimlerin Değişimi Gerilim kesilmiyor

w

w

w

.e

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

ri.

KESİCİLERLE İLGİLİ BAZI ETİKET BİLGİLERİ

co m

Toparlanma Gerilimi (Kendine Gelme Gerilimi) Devrenin güç faktörüne Kısa devre akımının simetrik olup olmamasına Alternatörün endüvi reaksiyonuna bağlıdır.

Un(kV) Anma Gerilimi : Kesicinin sürekli olarak çalışabileceği işletme gerilimidir. In(A) Anma Akımı : Kesicinin üzerinde geçirilebilecek en yüksek akım değeridir.

tla

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.

no

Anma Kesme Akımı (A) : Kesme fonksiyonunun verildiği durumda ve anma dönüş (toparlanma) geriliminde kestiği en yüksek simetrik kesme akımıdır.

em

de

KESİCİLER

rs

Dönüş Gerilimi : Akımın kesilmesinden sonra kesici uçlarında oluşan gerilimdir.

YAĞLI KESİCİLER İ. Çok Yağlı Kesiciler ii. Az Yağlı Kesiciler HAVALI KESİCİLER VAKUMLU KESİCİLER GAZLI (SF6) KESİCİLER

w

w

w

.e

KESİCİLER ARK SÖNDÜRME PRENBİNE GÖRE AŞAĞIDA GİBİ SINIFLANDIRILABİLİR.

KESİCİLER

21

co m

tla

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.

w

w

w

.e

em

de

rs

no

• 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.

ri.

AZ YAĞLI KESİCİLER

22

co m

tla

ri.

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.

w

w

w

.e

em

de

rs

no

Havalı Üflemeli Kesici

MAGNETİF ÜFLEME İLE ARKIN SÖNDÜRÜLMESİ

23

co m

Vakumlu Kesiciler

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

VAKUMLU KESİCİLER

24

co m

Vakumlu Kesiciler

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

Vakumlu Kesiciler

25

co m

Vakumlu Kesicilerin Özellikleri

ri.

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.

tla

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.

SF6 GAZLI KESİCİLER

SF6 : Kükürt Hekza Flörür

w

w

w

.e

em

de

rs

no

İşletme Oluşabilecek Her Türlü Açma-Kapama Olayının Üstesinden Gelir : Kapasitif Akımlarda Açma, Çok Küçük Endüktif Akımlarda Açma Küçük Endüktif Akımlarda Açma

Gaz Yalıtımlı Kablolarda, Gazlı Ayırıcılarda, Yük Ayırıcılarında Kesicilerde Trafo İstasyonlarında kullanılmaktadır.

26

co m

SF6 GAZLI KESİCİLER

tla

ri.

Delinme Dayanımı Yüksektir. Kimyasal olarak KARARLIDIR. Isıl iletkenliği iyidir. Alev almaz. Elektronegatiftir.

w

w

w

.e

em

de

rs

no

• • • • •

27

w

co m ri. tla no rs de em

w

w

.e

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

ri.

YÜKSEK GERİLİM TEKNİĞİNDE, DELİNME VE ATLAMA OLAYLARININ İNCELENMESİ İLE ORTAMLARIN YÜKSEK GERİLİM ALTINDAKİ DAVRANIŞLARININ BELİRLENMESİ İÇİN STATİK ELEKTRİK ALANIN HESAPLANMASI GEREKİR.

em

de

rs

no

tla

BU NEDENLE ELEKTROSTATİK ALAN HESAPLAMASI ÇOK ÖNEMLİDİR.

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

.e

…VEKTÖREL ANALİZ…

w

w

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

• 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

…SKALER ÇARPIM…

tla

ri.

A ve B gibi iki vektörün skaler çarpımı A ve B nin mutlak değerleri ile, iki vektör arasındaki en küçük açının cosinüsünün çarpımıdır.

rs

no

A.B = A . B .Cosθ AB

em

de

Uyarı : Vektörler koyu veya üzerinde ok ile gösterilirler. Her iki gösterimde kullanılmıştır.

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

.e

…VEKTÖREL ÇARPIM

w

w

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

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

em

de

rs

no

tla

Kartezyen Koordinat Sistemleri

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

ri.

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

Silindirsel Koordinat Sistemleri

31

em

de

rs

no

tla

Küresel Koordinat Sistemleri

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

ri.

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

∂ r ∂ r ∂ r ∇= i+ j+ k ∂z ∂x ∂y

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 i+ j+ k grad f = ∇f = ∂x ∂y ∂z

32

LAPLASYEN :

Matematiksel bir kavra olup, Δ ile gösterilir….Gradyenin skaler çarpımıdır.

tla

ri.

Δ = ∇.∇ = ∇ 2

∂ 2f ∂ 2f ∂ 2f Δ f = ∇.∇f = 2 + 2 + 2 ∂x ∂y ∂z

em

de

rs

no

2

DİVERJANS & ROTASYONEL

Bir A vektör alanının diverjansı :

r r ∂A x ∂A y ∂A z + Div.A = Δ.A = + ∂x ∂y ∂z

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

Bir A vektör alanının rotasyoneli :

r i

r j

r k r r rotA = ΔxA = ∂ / ∂x ∂ / ∂y ∂ / ∂z Ax Ay Az

33

ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL BAĞINTILAR….

ϕ Potansiyeli göstermek üzere elektrik alan şiddeti vektörü :

ri.

r E = −∇.ϕ

r r D = ε.E

tla

Deplasman vektörü (deplasman akı yoğunluğu)

no

Birimler : Elk.Alan Şiddeti (kV/cm) Deplasman Vektörü (C/m2)

em

de

rs

ε:dielektrik sabiti (Farad/m) ε=ε0.εR ε0 = 8,85.10-12 F/m (Boşluğun dielektrik sabiti) εR = Bağıl dielektrik sabiti

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

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

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR….

ri.

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

yalıtkan

Yağ

Gövde Topraklaması

rs

no

a

tla

YG Sargı

em

de

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

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.

w

w

w

.e

ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR….

35

ELEKTRİK ALANLAR İLE İLGİLİ TEMEL KAVRAMLAR…. Emniyet Derecesi (Güvenlik Ölçütü) [ e ]

Ud Un

e>1 olmalıdır. Ne kadar büyük olursa malzeme daha yüksek dayanımlıdır.

tla

e=

ri.

Herhangi bir yalıtkan malzemenin delinme gerilimi Ud ve nominal gerilimi Un ise bu yalıtkan için emniyet derecesi aşağıdaki bağıntı ile verilir.

Soldaki gibi bir elektrot sisteminde kalınlığı a (cm) olan yalıtkan maddeye uygulanan Ud (kV) gerilim esnasında yalıtkanda delinme olmuş ise bu maddenin delinme dayanımı

no

U

Ed =

yalıtkan

Ud [kV/cm] a

em

de

rs

Not : Bu formül sadece düzgün değişen elektrik alanına sahip elektrot sistemleri için geçerlidir. Düzgün değişmeyen ,alanlarda maksimum alan şiddeti delinmeyi belirler.

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

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

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

ri.

r dS

tla

∫ F.dS = 0 r r q . E ∫ .dS = 0 r r r r r r ∫ q.E.dS = ∫ (∇ ∧ E).dS =∫ (rotE).dS = 0

no

n

em

de

rs

r rotE = 0 r r E = −∇.V = −grad.V

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

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

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR r ρ div E = ε

r ∇.D = ρ

r div D = ρ

ELEKTRİK ALANI TEMEL BAĞINTILARI

ri.

r ρ ∇.E = ε

ρ ∇ V=− ε ∇2V = 0

POISSON

no

2

tla

r E = -∇V eşşitliğ yukarıukar denkleme konulursa r ρ ρ ∇.(∇.V) = div(grad V) = ε ε

em

de

rs

LAPLACE (elk yükü olmayan uzay parçası)

KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI

* KARTEZYEN KOORDİNAT SİSTEMİ Laplasyen

Z

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

P(x,y,z)

w

w

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

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI x=r.cos θ y=r.sin θ z=z

Z

∇ 2V =

∂ 2 V 1 ∂V 1 ∂ 2 V ∂ 2 V + . + + ∂r 2 r ∂r r 2 ∂θ 2 ∂z 2

tla

P(r, θ,z)

r r r ir , iθ , k

ri.

* SİLİNDİRSEL KOORDİNAT SİSTEMİ

z

∇V =

no

Y

r

∂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 P’

Alan sadece r yönünde değişirse.

E=−

dV dr

em

de

rs

X

KOORDİNAT SİSTEMLERİNDE ELEKTRİK ALAN HESABI

* KÜRESEL KOORDİNAT SİSTEMİ

w

P(r,θ,α)

r r r ir , iα , iθ

x=r.cosα.sin θ y=r.sin α .sin θ z=z

Z

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

∇ 2V =

∂ 2V 1 ∂ 2V 1 ∂ 2 V 2 ∂V cot θ ∂V + + + + 2 ∂r 2 r ∂ 2 θ r 2 . sin 2 θ ∂α 2 r ∂r r ∂θ

r

w

θ

z

∇V =

∂V r 1 ∂V r ∂V r . ir + . iα + . iθ ∂r ∂θ r. sin θ ∂α Y

d 2 V 2 dV + . =0 dr 2 r dr

α P’ X

Alan sadece r yönünde değişirse.

E=−

dV dr

39

Elektrostatik Alanların Uygulama Alanları

tla

ri.

Elektrostatik Ayırma Elektrostatik Filtre (termik santrallerde baca külleri için yapılan filtreleme) Elektrostatik Boyama Xerography

em

de

rs

no

• • • •

w

.e

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

w

w

co m

BL.3: STATİK ELEKTRİK ALANLAR

Temel Elektrot Sistemleri

• Düzlemsel Elektrot Sistemleri • Küresel Elektrot Sistemleri • Silindirsel Elektrot Sistemleri

40

Düzlemsel Elektrot Sistemleri y

+

-

+

-

+ E

+

a

x

Kapasite : C =

Q ε.S (birimi Farad) = U a

x=a

em

de

rs

x=0

∂ 2V U U =0 ;V = x ;E =∂x 2 a a

U

+

-

∂ 2V ∂ 2V ∂ 2V =0 + + ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2

no

-

∇ 2V =

tla

-

V=V2=U

ri.

V potansiyeli sadece x yönünde değişmektedir.

V=V1=0

(Kenar Etkisi Olmayan)

w

.e

Düzlemsel Elektrot Sistemleri

w

w

co m

(Kenar Etkisi Olmayan)

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

Düzlemsel Elektrot Sistemleri

ri.

V

no

tla

E=U/a

a

0

a

w

.e

em

de

rs

0

w

w

co m

(Kenar Etkisi Olmayan)

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

co m

Küresel Elektrotlar

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

Küresel Elektrotlar

43

co m

Küresel Elektrot Sistemleri

no

r1

U

rs

V2=0

a

d 2 V 2 dV + =0 dr 2 r dr B V =A+ r

tla

V1=U

ri.

Laplace Denklemi r2

A = −U

r1 r .r & B=U 1 2 r2 − r1 r2 - r1

em

de

r1 ve r2 yarıçaplı eşmerkezli küre

.e

Küresel Elektrot Sistemleri

w

w

w

r1 r2 V=U ( − 1) r2 − r1 r r2 r1 V2=0

V1=U

U

r1.r2 1 E=U . 2 r2 −r1 r

a

44

co m

Küresel Elektrot Sistemleri r2 1 r1 r2 − r1

E(r2 ) = E MIN = U

r1 1 r2 r2 − r1

r1

V1=U

U

rORT = r1.r2

rs

V2=0

U r .r 1 =U 1 2 . 2 r2 − r1 r2 − r1 r ORT

no

E ORT =

r2

tla

ri.

E(r1 ) = E MAX = U

em

de

a

E V

E=f(r)

V=f(r) Emax

V1=U

w

w

.e

Küresel Elektrot Sistemleri

w

Eort

Emin

V2=0 r1

α

r2

r1

rort

r2

45

C=

Q r .r = 4πε 1 2 ; r (m) , ε = ε 0 .ε r , ε 0 = 8,86.10 -12 F / m U r2 − r1

ri.

Sistemin Kapasitesi

Gerçek Açıklık (a)

Geometrik Karakteristik :

Geometrik olarak benzer olan eşmerkezli Küresel sistem ile eş-eksenli silindirsel sistemler

Eşdeğer Açıklık (α) ;

Faydalanma Faktörü (η)

α r1 = a r2

r2 r1

Yanyana veya içiçe küresel ve silindirsel sistemler

p=

r1 + a r & q= 2 r1 r1

w

.e

em

de

rs

η=

p=

no

r α = 1 .(r2 − r1 ) r2

tla

a=r2-r1

w

w

co m

Küresel Elektrot Sistemleri

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

co m

Küresel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesi ve En Uygun Düzeneğin Belirlenmesi

ri.

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.

tla

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.)

em

de

rs

no

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

w

.e

1.Durum : Dış Yarıçapın Sabit olması , r2 = Sabit , U=sabit , Emax ın r1 e göre değişimi

w

w

1 η

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

r2 1 [ ] r2 r r2 − ( 2 ) 2 2

tla

ri.

(E MAX ) MIN = U

4U 2U 2U = = = 2.E ORT r2 r1 a

em

de

rs

no

(E MAX ) MIN =

w

.e

Bu durumda delinme bakımından bu en elverişli tertibin geometrik karakteristiği ve faydalanma faktörü şu şekilde olacaktır.

w

w

co m

İç küre yarıçapının, dış küre yarıçapının yarısı olması durumunda EMAX minimum 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.

dα 2r = 1− 1 = 0 dr1 r2 r1 =

r2 2

(α) MAX =

r2 r1 a = = 4 2 2

48

co m

r2 , U sabit Emax

Emax/(Emax)min

Emax=f(r1)

r2 , U sabit

Emax//(Emax)min=f(r1/r2)

α / αmax

α=f(r1)

(αmax)

1.0

α/ αmax =f(r1/r2)

tla

0.7

ri.

(Emax)min

0.5 0.3

α

0.1

0

r1=r2/2

0

r2=sbt

0.5

r1/r2

1.0

no

r1

em

de

rs

r1=0 dan r2 ye kadar (iç yarıçap sıfırdan dış yarıçapa kadar) değiştiğinde EMAX’ın değişimi yani boşalma olayının seyrini incelemek mümkündür.

EMAX

r2, U3 sbt EMAX=f(r1/r2) r2, U2 sbt EMAX=f(r1/r2)

r2, U1 sbt EMAX=f(r1/r2)

w

w

w

.e

Ortamda yalıtkan olarak hava bulunsun ve havanın delinme dayanımı (Ed) sabit kabul edilsin. U1
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

co m

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.

ri.

EMAX

-1-

B

A

1

3

2

0.5

0.8 1 r1/r2

em

de

0 0.2

rs

Ed

no

tla

r2, U1 sbt EMAX=f(r1/r2)

EMAX

A dan sonraki 2 bölgesinde EMAX
r2, U1 sbt EMAX=f(r1/r2)

w

w

w

.e

-2-

Ed

B

A

1 0 0.2

2 0.5

3 0.8 1 r1/r2

50

co m

-3-

ri.

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.

B

A

Ed

1

3

rs

2

no

tla

r2, U1 sbt EMAX=f(r1/r2)

0.5

0.8 1 r1/r2

em

de

0 0.2

r2, U2 sbt EMAX=f(r1/r2)

w

w

w

.e

-4-

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

co m

-5-

r2, U3 sbt EMAX=f(r1/r2)

0.8 1 r1/r2

rs

0.5

.e

EMAX

em

de

0 0.2

no

tla

ri.

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.

Ed=f(r1/r2)

Ed A

B

w

w

w

r2, U1 sbt EMAX=f(r1/r2)

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

2.Durum : İç Yarıçapın Sabit olması , r1 = Sabit , U=sabit ise

r2 U p p U p U= E MAX,∞ = = r1 (r2 − r1 ) r2 − r1 p − 1 r1 p − 1

ri.

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.

no

U = E MAX

tla

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.

Ud/Ud,∞

rs

1 p −1 U d = E d .r1.(1 − ) = .U d ,∞ p p U d ,∞ = E d .r1

em

de

p

w

.e

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….

w

w

co m

Küresel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesindeki İki Karakteristik Durum

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

co m

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.

U d = E d .r1.(1 −

r1 p −1 ) = E d .r1.( ) p r2

ri.

Delinme başlangıç gerilimi

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 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…..

w

w

w

.e

em

de

rs

p' ' =

no

tla

240 = 30.r '1.(

54

co m

Silindirsel Elektrot Sistemleri r2

no

r1

U

rs

V2=0

em

de

a r1 ve r2 yarıçaplı eş eksenli küresel sistem

w

.e

Silindirsel Elektrot Sistemleri

w

w

tla

V1=U

ri.

Küresel elektrot sistemi uygulama alanı daha az iken silindirsel sisteme benzer çok sayıda örnek gösterilebilir. En bilinen örnek ise enerji kablolarıdır.

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

Eş eksenli silindirsel elektrot sisteminde yalıtkan madde üzerinde potansiyelin ve alan şiddetinin yarıçapa bağlı değişimi

ri.

U r . ln 2 r r ln 2 r1

tla

V(r ) =

no

dV U 1 . = r dr ln 2 r r1

em

de

rs

E(r ) = −

w

.e

Silindirsel Elektrot Sistemleri

w

w

co m

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

E

E=f(r)

ri.

V

V=f(r)

Emax

tla

V1=U

no

Eort

Emin

V2=0

r1

r2

r

α

r1

rort

r2

em

de

rs

a

Q

w

.e

Sistemin Kapasitesi : C = U =

w

w

co m

Silindirsel Elektrot Sistemleri

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=

α r1. ln p 1 = = ln p a r2 − r1 p − 1

57

a. Dış Silindir Yarıçapının Sabit Olması r2=Sabit ve U=Sabit iken EMAX(r1) ???

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

ri.

E MAX =

[E MAX ]MIN =

tla

Maksimum elektrik alanının minimum olduğu açıklığı veren koşul bu şekilde bulunmaktadır….

U U = e r1 r2

r1 + a r2 = = e = 2.718 r1 r1

ηd =

α r 1 = 1 = = 0.583 a r2 − r1 e − 1

em

de

rs

no

pd =

w

.e

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.

w

w

co m

Silindirsel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesi

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

Emax

3.0

Emax=f(r1)

co m

r2 , U sabit

r2 , U sabit

Emax//(Emax)min=f(r1/r2)

Emax/(Emax)min

(Emax)min α / αmax

α=f(r1)

(αmax)

1.0

α/ αmax =f(r1/r2)

tla

0.7

ri.

2.0

0.5 0.3

α

0.1

r1=r2/e

r2=sbt

0

0.5

r1/r2

1.0

no

0

r1

em

de

rs

Eş-eksenli silindirsel elektrot sistemlerinin boşalma olayı bakımından durumu eş merkezli küresel elektrot sistemine benzemektedir… (Bkz. İlgili slaytlar..)

M.Özkaya, YGT Cilt 1 , Sayfa 35 (İTÜ Baskısı), Şekil 2.14 te anlatılan delinme bölgelerine çalışılacaktır…..

w

w

w

.e

Tıpkı küresel sistemdeki gibi delinme gerilimini bulmak için EMAX=Ed koşulundan gidilir ve Ud=Ed.α bağıntısı yardımıyla bulunur……

59

b. İç Silindir Yarıçapının Sabit Olması

U d = E d .r1. ln p

ri.

r1=sabit ve r2=değişken olması halinde, delinme başlangıç gerilimi aşağıdaki bağıntıya göre logaritmik olarak bir yükseliş gösterir…

tla

c. Elektrot Açıklığının Sabit Olması

U d = E d .α = E d .a.η = U do .η

no

Burada Udo=Ed.a aynı elektrot açıklığında düzgün değişen alandaki delinme gerilimidir.

Faydalanma faktörü logaritmik değişmektedir. Delinme gerilimi değişimi için M.Özkaya, YGT Cilt 1, sy 39 a bkz….

em

de

rs

a ln(1 + ) ln p r1 η= = a p −1 r1

w

.e

TABAKALI ELEKTROT SİSTEMLERİ

w

w

co m

Silindirsel Elektrot Sistemlerinin Delinme Bakımından İncelenmesi

• 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

co m

i. Sınır Yüzeyde Kırılma

ri.

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

E E t1 n 2

α2

Et2

Sınır Yüzey

E n1

no

1.Yalıtkan Tabaka, ε1

tla

2.Yalıtkan Tabaka, ε2

En1=Sınır Yüzeye Dik Bileşen (Normal) Et1=Sınır Yüzeye Paralel Bileşen (Teğet)

.e

em

de

rs

r E1

α1

Kırılma Bağıntıları

w

E t1 = E t 2

w

w

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

tan α1 ε1 = tan α 2 ε 2

α1 + β1 = 90°

ri.

E t1 = E t 2 ⇒ E1 . sin α1 = E 2 . sin α 2

α 2 + β 2 = 90°

tan β1 ε 2 = tan β 2 ε1

no

tla

D n1 = D n 2 ⇒ D1 . cos α1 = D 2 . cos α 2

ε1 2 2 ) .E n1 ε2

rs

E 2 = E 2 t 2 + E 2 n 2 = E 2 t1 + (

em

de

Uyarı : Sayısal Örnek için M.Özkaya YGT Cilt 1, Sy 70, Sayısal Örnek i inceleyiniz….

w

.e

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S.

w

w

co m

Kırılma Bağıntıları

İki Tabakalı Seri Sistem ε1

ε2

a1

a2

U1

U2

E1

E2

α1

α2

a

Q = Q1 = Q 2

1 1 S = = 1 1 1 1 a1 a 2 + + + ε1.S ε 2 .S ε1 ε 2 C1 C 2 a1 a2

U1 =

U

C1

C=

C2

U2 =

C a1 .U = .U ε C1 a 1 + 1 .a 2 ε2 C a2 .U = .U ε2 C2 .a1 + 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

İki Tabakalı Paralel Sistem

ri.

U = U1 = U 2

S2,Q2 ε2 ε1

S1,Q1

U

no

C1

C =C1 +C 2 =

ε1.S1 + ε 2 .S2 a

em

de

rs

C2

U a

tla

E = E1 = E 2 =

a

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

.

w

.e

İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

w

w

co m

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S.

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

.

ri.

İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

ε1 at

Eç aç

Uç

em

de

rs

no

Ut

ε2

tla

Et

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

.

w

.e

İki Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

w

w

co m

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

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

.

ε2

ε3

C1

C2

C3

U1

U2

U3

a2

εn-1

C4

Cn-1

εn

Cn

a3

U4

Un-1

Un

a4

an-1

an

no

a1

ε4

tla

ε1

ri.

Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

a

em

de

rs

U

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

.

w

.e

Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

w

w

co m

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

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

co m

ii. Tabakalı Düzlemsel E.S

.

Çok Yalıtkanlı Çok Tabakalı Sistem

Tabakalardaki Elektrik Alan Şiddetleri

Tabakalara Düşen Gerilimler

U2 =

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

.....

no

.....

a U an U = n . ε n a1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε n A ε1 ε 2 ε 3 εn

En =

U 1 U = . ε n a1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε n .A ε1 ε 2 ε 3 εn

em

de

rs

Un =

1 U U = . ε1 a1 + a 2 + a 3 + ... + a n ε1.A ε1 ε 2 ε 3 εn

ri.

a1 U a U = 1 . a a a a ε1 1 + 2 + 3 + ... + n ε1 A ε1 ε 2 ε 3 εn

tla

U1 =

İletken Tel (Gerilim altında)

Yalıtkan Tabaka

w

w

w

.e

ii. Tabakalı Silindirsel E.S.

Dış Yalıtkan tabaka (Sıfır Potansiyel)

66

İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler

ri.

U = U1 + U 2

R

r1 ≤ x1 ≤ r2

tla

r2

r2 ≤ x 2 ≤ R

r1

x1

no

x2

V1=U

V2=0

U2

U1

rs

R : Dış Silindirin Yarıçapı r1 : İç Silindirin Yarıçapı r2 : Tabaka Yarıçapı

em

de

U

w

.e

İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler

w

w

co m

ii. Tabakalı Silindirsel E.S.

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

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

ri. ε2 U r1 .A

x 1 = r2 ⇒ E 1 = E 1 min =

ε2 U r2 .A

no

tla

x 1 = r1 ⇒ E 1 = E 1 max =

ε1 U r2 .A

x 2 = R ⇒ E 2 = E 2 min =

ε1 U R .A

em

de

rs

x 2 = r2 ⇒ E 2 = E 2 max =

İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler

E1max

E

ε1 < ε 2 E1min

w

.e

E

ε1 > ε 2 E2max

E1max

E1min

E2max

E2min

E2min

w

w

E1 ε 2 .x 2 = E 2 ε1.x1

co m

İki Tabakalı Eşeksenli Silindirsel Sistemler

r1

r2

R

r1

r2

R

Kesik çizgiler 1 tabakalı sistemdeki E değişimidir.

68

co m

Çok Tabakalı Çok Yalıtkanlı Eşeksenli Silindirsel Sistemler

Ui =

tla

2πl r ln i +1 n ri ∑ εi i =1

Ui r x. ln i +1 ri

, E i max =

Ui r ri . ln i +1 ri

, E i min =

Ui ri +1. ln

ri +1 ri

w

w

w

.e

em

de

rs

Ei =

1 = 1 1 1 1 + + + ... + C1 C 2 C3 Cn

no

C=

C 2πεi l U , Ci = r Ci ln i +1 ri

ri.

i.nci tabakadaki elektrik alanlar ve kapasiteler….

69

co m

YÜKSEK ALTERNATİF GERİLİM YÜKSEK DOĞRU GERİLİM YÜKSEK DARBE GERİLİMİ

tla

ri.

. 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 enerat gibi Sin g e se i erind rdeki bu şağıdak ll a r t e n ll a li a s k r e a ik nt ş r a t a s k lg Ele zd e in da ümü Gün atif gerilim n Alter 1

0.8 0.6

no

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

0.06

0.04

0.02

rs

-0.8

0.1

0.08

-0.6

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

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

w

w

w

.e

SENKRON GENRATÖRLERDE ÜRETİLEN ORTA GERİLİM SEVİYESİNDE ENERJİ YÜKSELTİCİ TRANSFORMATÖRLER İLE YÜKSEK GERİLİMLERE ÇIKARTILABİLİR….

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

co m ri. tla no rs

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

w

w

w

.e

Kaskat YG Trafoları

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

71

co m

KASKAT BAĞLI YÜKSELTİCİ TRAFO…… Trf 3

Primer Sargı

1200 kV

Sekonder Sargı Tersiyer Sargı

ri.

3

Trf 2

tla

1000 kv

800 kV

Trf 1

no

3V (1200 kV)

2V (800 kV)

600 kV

1

400 kV

200 kV

rs

V (400 kV)

2

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

72

co m ri. tla no rs

Kaskat Trafoların Eşdeğer Devreleri

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

73

co m

ri.

ALTERNATİF GERİLİMDEN DOĞRU GERİLİM ELDE EDİLMESİ…

tla

Doğrultucu Devreler Yarım Dalga, Tam Dalga, Kontrollü, Kontrolsüz olmak üzere çok çeşitli devre türleri vardır. Güç Elektroniği Dersinde bu devreler ayrıntılı inceleneceğinden burada anlatılmayacaktır.

rs

no

Tıpkı kaskat bağlı trafolarda olduğu gibi kaskat bağlı diyotlardan ve kondansatörlerden oluşan kademeli olarak istenen gerilime ulaşılan DG üreteçleri YG Test Laboratuarlarında kullanılmaktadır.

Yarı Dalga Doğrultma

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

74

co m

• •

• • •

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

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

Tam Dalga Doğrultma

75

co m ri. tla no rs de em .e

w

w

w

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

co m

rs

no

tla

ri.

Standart Darbe Gerilimi

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

w

w

w

.e

Matematiksel Darbe Modeli

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

77

co m ri. tla no rs

Standart deney darbe gerilimlerinin tanım büyüklükleri a)Yıldırım-darbe gerilimi b)Bağlanma-darbe gerilimi

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

78

co m ri. tla no rs

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

w

w

w

.e

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

co m ri.

Gerilimi iki katına çıkartan montaj şeması

no

Marx’ın gerilimi iki katına çıkartan montaj şeması

tla

Orijinal-iki kat çoğalmalı çok katlı darbe generatörü

Beş katlı modern bir darbe genaratörü

rs

Gerilimi üç katına çıkaran montaj şeması

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

Fitch Devresi ile Darbe Gerilimi Üretme

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

80

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

w

.e

Darbe Akımının Test Eğrileri

w

w

co m

rs

no

tla

ri.

İÇ YILDIRIM OLAYI

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

(kA)

i

1

350 µs

rs

80 µs 200 µs

100

50

10

2.5·106

5·105

IEC 61024-1-1

DIN VDE 0675 T.6, E

no

2

3

600 µs

800 µs

5 0.1

0,4·103

DIN VDE 0432 T.2

1000 µs

t

(µs) 916e.ppt / 09.09.97

w

.e

em

de

S916e

100

tla

Standart

20 kA

8/20

10/350

60 kA

40 kA

8/80

dalga şekli µs

W/R J/Ω

50 kA

3

i max. kA Q As

80 kA

2

ri.

1

100 kA

w

w

co m

Yıldırım test akımlarının karşılaştırması

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

co m

rs

no

tla

ri.

Tesla Bobini – Devre Şeması

Tesla Bobini - Diyagram

w

w

w

.e

em

de

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

BL.4 YG TÜRLERİ, ÜRETİLMESİ VE ÖLÇÜLMESİ

83

co m

rs

no

tla

ri.

Darbe Gerilimi Üreten Devreler

w

w

w

.e

em

de

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

Güç sisteminde arızalara yol açan, anma gerilimlerinin üzerinde olan gerilimler AŞIRI GERİLİM olarak adlandırılır.

ri.

DIŞ AŞIRI GERİLİMLER

tla

İÇ AŞIRI GERİLİMLER

em

de

rs

no

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

w

.e

DIŞ AŞIRI GERİLİMLER (Şebeke Dışından Kaynaklanan Aşırı Gerilimler, Atmosferik)

w

w

co m

BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA

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

co m ri. tla no rs de em

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

w

.e

İÇ AŞIRI GERİLİMLER

w

w

BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA

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

co m

BL.5 AŞIRI GERİLİMLER VE AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUNMA

U2

IC

U1 C1

C2

no

IC

ri.

Ferranti Olayı :Boşta çalışan (hat sonu açık devre) uzun iletim hatlarında, hat kapasitelerinden dolayı hat sonunda hat başına göre daha yüksek bir gerilime ulaşılır.

yük

tla

i.

U1

U2

-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

w

w

w

.e

em

de

rs

U2>U1

87

co m

tla

no

de em .e

w

w

w

PETERSON BOBİNİ ARK BOYNUZU KORUMA HATTI PARAFUDR

rs

• • • •

ri.

AŞIRI GERİLİMLERE KARŞI KORUMA ELEMANLARI

• 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

Direkt (sıfır empedans) topraklama da arıza akımı büyür… Bobin üzerinden topraklanırda rezonans oluşma riski büyür.

w

.e

em

de

rs

no

tla

30 kV un üzerindeki sistemlerde direkt, altındaki sistemlerde direnç veya bobin (Peterson) üzerinden topraklanır.

w

w

co m ri.

Topraklamanın Sakıncaları….

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

.e

w

w

w

co m

ri.

tla

no

rs

de

em

co m

YG iletim hatlarında kullanılan iletkendir. Genelde çelik iletkenden oluşur. Görevleri…

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

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

co m ri.

Normal işletme geriliminde KAPALI DEVRE (sonsuz dirençli) bir eleman iken,

em

de

rs

no

tla

Aşırı Gerilimde direnç sıfıra inerek kısa devre olur ve aşırı gerilimi toprağa iletir.

w

w

w

.e

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

co m

Varistör

Suppresör

de

rs

Diyot

FRANKLİN ÇUBUĞU

YILDIRIMDAN KORUMA

em .e

w

w

w

Gazlı Arrestör

no

Ark Boynuzu

tla

ri.

Aşırı Gerilim Koruma Elemanları

93

•

UYGULAMA YERLERİ

• KÜÇÜK TABANLI YAPILAR •

Cami Minaresi,Deniz Feneri,Nöbetci Kulübesi v.b.

co m

FRANKLİN ÇUBUĞU

• FARADAY KAFESLİ YAPILARDA ÖZEL NOKTA KORUMASI

H(YÜKSEKLİK)

α

20 M

K.SEVİYESİ

acıları

SEVİYE-1

α

SEVİYE-2

α

SEVİYE-3

α

SEVİYE-4

α

25

30 M

ri.

Baca çıkıntıları,Özellikle düz çatılardaki cihazlar FRANKLİN ÇUBUĞU KORUMA KONİSİ TEPE YARI AÇILARI

45 M

60 M

tla

• •

35

25

* *

45

35

25

* * *

55

45

35

25

FRANKLİN ÇUBUĞU UYGULAMASI

w

w

w

.e

em

de

rs

no

*

94

UYGULAMA YERLERİ

•

•

BÜYÜK TABANLI YAPILAR

ri.

FARADAY KAFESİ UYGULAMA BİLGİLERİ

KORUMA SEVİYESİ

KAFES ARALIĞI

SEVİYE-1

5X5 m

SEVİYE-2

10x10 m

15 m

SEVİYE-3

15x15 m 20x20 m

20 m 25 m

İNİŞ İLETKEN ARALIĞI (Yapı çevresinde)

no

tla

10 m

FARADAY KAFESİ UYGULAMASI

w

w

w

.e

em

de

rs

SEVİYE-4

co m

FARADAY KAFESİ

95

co m

FARADAY KAFESİ UYGULAMASI

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

FARADAY KAFESİ UYGULAMASI

96

97

.e

w

w

w

co m

ri.

tla

no

rs

de

em

w

w

w

co m ri.

.e

em

de

rs

no

tla

7

YÜKSEK GERİLİMDE DEŞARJ (BOŞALMA) OLAYLARI

98

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

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

co m

İçerik

Kısmi Deşarj Türleri

Gaz Deşarjı

Yüzeysel Deşarj

Boşluk Deşarjları

Deşarj Kanalları

99

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

Tanım : Dış etkilerden korunmuş nötr bir gaz, boşluk

rs

no

tla

ri.

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.

em

de

1

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

Sınıflandırma

.e

Ortamın basıncına ve deşarj esnasında akan akım değerine göre deşarj olaylarının sınıflandırılması :

w

w

•Işıklı (Işıltılı) Deşarj

w

•Kıvılcım Deşarjı •Ark Deşarjı 2

100

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

ri.

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)

tla

Kıvılcım Deşarjı : Yüksek basınç ve küçük güçlerde (küçük akımlarda) deşarj incelir ve bir kanal boyunca gelişir. Bu tür deşarj olayları kıvılcım deşarjı adını alır.

no

Ark Deşarjı : Hem yüksek basınç ve hemde yüksek akımda (yani yüksek güç) deşarj meydana geliyorsa, bu tür deşarj türüne arkı deşarjı denir.

rs

** Ark deşarjında akım çok büyük değerlere ulaşır ve ark sıcaklığı ile elektrotların sıcaklığı hızla yükselir. Olay kısa devreye benzer.

em

de

3

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

Bunun yanı sıra Korona ve Yüzeysel Deşarj (Boşalma) adı verilen deşarj olayları da vardır.

w

w

w

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

ri.

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.

tla

Elektronlardan birinin veya birkaçının atomdan ayrılması veya dışarından gelen bir elektronun atoma yapışması ile atomu iyonize eder, yani atom iyon haline gelir.

rs

no

Elektron ayrılması ile oluşan iyona pozitif iyon (katyon), elektron eklenmesi ile meydana gelen iyona ise negatif iyon (anyon) adı verilir.

5

em

de

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

Atomun Yapısı ve İyonizasyon

.e

Gazlar için başlıca iyonizasyon şekilleri : 1.Çarpma sonucu iyonizasyon 2.Foto iyonizasyon 3.Termik iyonizasyon 4.Yüzeysel iyonizasyon

w

w

w

co m

Atomun Yapısı ve İyonizasyon

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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI Düzgün ve az düzgün alanlarda boşalma olayları Towsend Boşalma Teorisi ile açıklanır.

tla

ri.

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.

no

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.

w

w

w

.e

em

de

7

rs

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.

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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

tla

ri.

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

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)

rs

α = A.p.e

−

no

γ: Bir pozitif iyonun katottan kopardığı elektron sayısı. α: Elektronun iyonlaştırma sayısı. (A ve B gazın cinsine ve sıcaklığa bağlı birer sabit olmak üzere...)

em

de

9

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

Ud =

w

w

w

.e

Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı 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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

no

tla

ri.

Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

rs

Argon ve Tungsten için Paschen Eğrisi

em

de

11

CO2, HAVA VE H2 İÇİN DELİNME DAYANIMI (PASCHEN) EĞRİSİ

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı Pratik uygulamada yapılan bazı basitleştirmeler sonucu

w

w

Ud = 1,36 + 30.(δ.a )

w

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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

(p.a)k (Torr.com)

Hava Azot Hidrojen Oksijen SF6 CO2 Neon Helyum

0,55 0,65 1,05 0,7 0,26 0,57 4,0 4,0

Udmin (Volt)

352 240 230 450 507 420 245 155

rs

no

tla

Gaz Türü

ri.

Bazı gazlara ait (p.a)k kritik değerleri ile buna karşı düşen (Ud)min Gerilimleri aşağıda verilmiştir.

em

de

13

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı EMAX-EORT=ΔE farkının küçük olduğu alanlara denilmektedir. Bu tür alanlarda deşarj olayı kendi kendini besler.

w

x2

Sürekli deşarj için gerekli toplam iyonlaştıma sayısı =

w

R

Kendi kendini besleme koşulu

r

x2

1

∫ α.dx = Ln(1 + γ )

U

w

∫ α.dx

x1

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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı R x.Ln ( ) r

R

∫ A.p.e

(−

Silindirsel elektrot sisteminde elektrik alan eşitliği, Uk ise deşarjın kendi kendini beslediği gerilim yani korona gerilimidir.

B.p . x .Ln ( Uk

R ) r )

1 .dx = Ln(1 + ) γ

Uk=f(pr,R/r)

no

r

ri.

Uk

tla

E( x ) =

rs

em

de

15

R R B ( ).p.r .Ln ( ) ⎤ ⎡ B.p.r.Ln ( Rr ) r r − − 1 A Uk ⎢ ⎥ Uk Uk = + e e Ln ( 1 ) − ⎥ γ B Ln( R ) ⎢ ⎥ ⎢ ⎦ r ⎣

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

w

Uk

Az düzgün

w

w

Düzgün olmayan

r/R 0

0.3 Uk nın r/R göre değişimi

1.0

16

107

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

tla

ri.

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 :

rs

no

k ⎤ ⎡ (E k ) MAX = k1.δ.⎢1 + 2 ⎥ r.δ ⎦ ⎣

em

de

17

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

w

w

k ⎤ ⎡ (E k ) MAX = k1.δ.⎢1 + 2 ⎥ r.δ ⎦ ⎣ δ: (Bağıl Hava Yoğunluğu) ⇒

δ = 0.386

p T

w

[r] : (Yarıçapı küçük olan elektrodun yarıçapı, cm) k1,k2 :elektrot sistemi bağlı sabitler.

18

108

Az Düzgün Elektrik Alanda Delinme Olayı

R1

R2

η

2 a + r + r

tla

Elektrot Şekli

ri.

Uk=(Ek)MAX.a.η (Korona gerilimi) η : Elektrot sisteminin verimi

27.2

0.54

Paralel Eksenli İki Silindir

30

0.301

2 r Ln a

31

0.308

r . Ln

rs

no

Eş Yarıçaplı Yanyana İki Küre

Eş Eksenli İki Silindir

(

r a + r r + a ) r

( R / r ) R − 1

em

de

19

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

w

.e

Yüksek Gerilimde Kullanılan Delinme Dayanımı Yüksek Gazlar

w

w

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

Karbon Tetraklorür (CCl4) Selenyum Fluorid (SeF4) Etil İyodid (C2H5I) Diflour-Diklor Etilen (CCl2-F2) (FREON-12) Kükürt Heksafluorid (SF6) (ELEGAZ)

Bağıl Delinme Dayanımı

Sıvılaşma Sıcaklığı (°C)

6.3 4.5 3.0 2.4-2.6

76 49 72 -30

2.3-2.5

-62

En önemlileri FREON ve ELEGAZ dır.

20

109

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI Yüksek Gerilimde Kullanılan Delinme Dayanımı Yüksek Gazlar

tla

ri.

*İşletmede meydana gelebilecek sıcaklıklarda ve yüksek basınçlarda Sıvılaşmamalıdır. *Diğer gazlarla teması halinde reaksiyona girmemelidir. *Elektriksel deşarj olaylarında mümkün olduğu kadar özelliğini kaybetmemelidir.

em

de

21

w

.e

SF6 Gazının Üstünlükleri

w

w

rs

no

Bu gazlar içinde en uygunu ELEGAZ yani SF6 gazıdır.

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI -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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI SF6 Gazının Üstünlükleri

-2-

rs

no

tla

ri.

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.

em

de

23

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

.e

KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)

w

Şimdiye kadar anlatılan Towsend Boşalma Teorisi ile bazı olayları özellikle de yüksek basınç ve büyük elektrot açıklıkları olan yıldırım gibi olaylarda yetersiz kalmaktadır.

w

w

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

KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)

1.Düzgün Alanda Kanal Deşarjı

E1

+

no

-

-- - - -

tla

ri.

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 +++++ - ---+ + + + ++ ++

-----

+ + + + + + + ++ - - - - - +++

-- - - - -

E0-E1=ΔE

-- - - -

em

de

rs

E0 : Elektrotlar arasındaki gerilimden dolayı oluşan alan. E1 : Negatif elektron bulutu ile + yüklü iyonlar arasındaki alan.

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

w

.e

KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)

w

w

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

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

KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi) Kanal deşarjı üç evreden oluşmaktadır....

: Başlangıçta oluşan, serbest elektronların or çıktığı evre.

ri.

Çığ Evresi

tla

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

no

-

etkin açıklık

+

em

de

rs

Ana Boşalma Evresi : Plazma evresi tekrarlanarak mesafe  uygun aralığa gelir ve kuvvetli bir deşarj başlar.

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

w

.e

KANAL DEŞARJI (Kanal Boşalma Teorisi)

w

w

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

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 bulutları nasıl oluşur.? Yapılan araştırmaların hiç birisi kesin bir sonuç vermemesine rağmen en çok bilinen iki teori şunlardır.

tla

ri.

-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

rs

-

+

no

-

em

de

YERYÜZÜ

w

.e

Yıldırım Teorileri

w

w

co m

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

ri.

-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.

tla

Lab ortamında hafif su damlacıklarının ‘-’, ağır su damlacıklarının ‘+’ yüklü olduğu görülmüştür.

no

ANCAK ; Yıldırım bulutlarının negatif olduğu bilinmektedir ve bu teori yükleri Açıklayabilirken, yıldırım bulutlarının negatif olmasını açıklayamamaktadır.

em

de

rs

Sonuç : Yıldırım bulutlarının oluşması ve dolayısıyla yıldırımın oluşması pek çok parametreye bağlıdır.

Yıldırım Boşalması

w

.e

-- - - - - - - - - -

w

w

co m

Yıldırım Teorileri

-- - - - - - - - - -

-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - -

-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - --- - - - - - - - - - - - -

Yeryüzü

Çığ aşaması -- - - - - - - - - -

Yeryüzü

Plazma aşaması -- - - - - - - - - -

-- - - - -- - - - - - - -- - - - - -- - - - - - -

+++++++ +++++++

Yeryüzü

Ana Deşarj Aşaması

- -- - - - - - - - - -- - - - -

+++++++ +++++++ +++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++ ++++++++++

Yeryüzü

İlerleyen Ana Deşarj Aşaması

115

w

co m ri. tla no rs de em

w

w

.e

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

co m

ri.

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.

rs

no

tla

Eğrilik yarıçapı Hatlar arası açıklık İletim hatlarının yüzeylerinin pürüzlülük durumu Sıcaklık Nem Basınç gibi etkenler korona gerilimine etki ederler.

em

de

KORONA DEŞARJI

UO : İyonizasyonun başladığı gerilim UK : Korona gerilimi Ud : Delinme gerilimi

i

w

w

w

.e

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

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

co m

tla

ri.

0.301 U K = U O .m.δ.(1 + ) r.δ 0.301 E K = E O .m.δ.(1 + ) r.δ

rs

no

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.

em

de

KORONA DEŞARJI

Alternatif Gerilimde Korona Gerilimi Hesabı :

w

w

w

.e

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

PEEK FORMÜLÜ

241 r (f + 25) ( U f − U fo ) 2 .10 −5 kW/km, faz δ a

ri.

PFK =

: 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.

no

tla

PFK δ f r a Uf Ufo

a a U fo = E O .r.Ln ( ) = 21,2.m.m1.δ.r.Ln( ) r r

rs

a U f = E.r.Ln ( ) r

em

de

KORONA DEŞARJI

Alternatif Gerilimde Korona Kayıpları Hesabı :

w

.e

PETERSON FORMÜLÜ

w

w

co m

Alternatif Gerilimde Korona Kayıpları Hesabı :

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

co m

GAZLARDA DEŞARJ OLAYLARI

tla

ri.

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.

no

Nasıl Önlenir ? -1- Yüzeysel direnç büyültülür. İzolatörde olduğu gibi yüzey şapkalı görünümde yapılır. (Fincana benzer)

rs

-2- Alan zayıflatılır. Bunun içinde yüzeyin üzeri ince bir iletken ile Kaplanır yada izolatörlerde olduğu gibi iletken halka kullanılır.

w

w

w

.e

em

de

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

co m ri.

em

de

rs

no

tla

SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI

w

w

w

.e

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

Delinmeye Etki Eden Faktörler.....

em

de

rs

no

tla

ri.

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

w

.e

Delinmeye Etki Eden Faktörler.....

w

w

co m

SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI

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

Delinmeye Etki Eden Faktörler.....

Ud(kV)

2

+

-

+

+

-

no

tla

1

3

-

ri.

9. Elektrotların Biçimi ve Kutuplanma Türü :

rs

a (cm)

4

em

de

a1

SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI

w

.e

DELİNME TEORİLERİ

w

w

co m

SIVI YALITKANLARDA DEŞARJ OLAYLARI

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

ri.

-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.

rs

no

tla

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.

w

.e

em

de

Yağların YGT’de Kullanım Nedenleri

w

w

co m

YALITKAN YAĞLAR

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

co m

YALITKAN YAĞLAR

Saf, madensel olması, katkı maddesi veya yabancı madde içermemeli.

ri.

Alevlenme noktası yüksek olmalı.

Yalıtkanlı (delinme dayanımı) yüksek olması. Ed>200 kVcm olmalı.

tla

Akıcılık özelliğinin soğukta düşük olmamalı. Arkı söndürmesi için akıcılığı uygun olmalı.

no

Paslanmamalı, oksidasyona dayanıklı olmalı. Neme dayanıklı olmalı.

rs

İçerisinde su, gaz, nem gibi yabancı maddeler bulunmamalı.

KATI YALITKANLAR KATI YALITKANLARDA BOŞALMA OLAYLARI

w

w

w

.e

em

de

Yağlarda Olması Gereken Özellikler

125

co m

KATI YALITKAN MADDELER

rs

no

tla

ri.

PORSELEN CAM KAĞIT MİKA TERMOPLASTİK MADDELER* KAUÇUK LAK

em

de

* PVC (Poli Vinil Klorid), Polietilen, Polistrol

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.

w

w

w

.e

KATI YALITKAN MADDELER

126

Delinme Teorileri

ri.

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.

no

tla

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. λ k d .β

Kritik gerilim, formüldeki sabitler malzemeye bağlı, possion kısmi dif denklemindeki kullanılan ifadeler.

w

.e

em

de

rs

U KRT = 0.938

w

w

co m

KATI YALITKAN MADDELER

YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ

8

127

em

de

rs

no

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.

w

.e

YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ

w

w

co m

tla

ELEKTRİĞİN TEHLİKELERİ NELERDİR ? Yangına sebep olması İnsan ve hayvanları çarpması

ri.

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

İnsan vücudu direnci yönetmeliklerde belrtildiği gibi genellikle 1.000 ohm olarak ele alınır. Ohm kanununa göre vücuttan geçecek akım değeri..

no

tla

ri.

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.

em

de

rs

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

w

.e

ELEKTRIK ÇARPMALARINA KARŞI GÜVENLİK TEDBİRLERİ:

w

w

co m

YÜKSEK GERİLİMDE İŞ GÜVENLİĞİ

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

co m

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ri.

YG Enerji Tesislerinde Alınacak İş Güvenliği Tedbirleri…

130

co m ri. tla no rs

Elektrik Arkı 35,000 °F

Erimiş Metal Basınç Dalgaları

w

w

w

.e

em

de

*** GÜVENLİ YOL EN İYİ YOLDUR…….

Ses Dalgaları

Bakır Buharı:

Parçalar Sıcak Hava-Hızlı Genleşme Yoğun Işık

131

co m ri. -Devam Şartını Sağlayamayanların Listesi Finallerden Önceki Hafta İlan Edilecektir. -Devam şartını sağlamayanlar final sınavına girse bile DS ile kalacaklardır.

w

w

w

.e

em

de

rs

no

tla

ELEKTRİK KAZALARI

132