YÜKSEK GERİLİM İZOLATÖRLERİNDE YÜZEY KAÇAK AKIMLARININ ÖLÇÜLMESİ

Transkript

1 FIRAT ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK TESİSLERİ LABORATUVARI YÜKSEK GERİLİM İZOLATÖRLERİNDE YÜZEY KAÇAK AKIMLARININ ÖLÇÜLMESİ 1. DENEYİN AMACI Bu deneyin amacı; yüksek gerilim izolatör test yöntemlerini öğrenmek, kirlenme atlaması hakkında bilgi sahibi olmak ve kuruda ve yaşta izolatör yüzeyindeki kaçak akımları incelemektir. 2. TEORİ İzolatörler, elektrik hava hatlarında ve tesislerinde iletkenleri taşımaya ve elektriksel izolasyonu sağlamaya yarayan porselen, cam veya epoksi reçineden yapılmış araçlardır. İzolatörler, deşarj ve atlamalar sonucu ortaya çıkan termik zorlanmalara, açık hava tesislerinde kar, buz ve rüzgarın neden olduğu mekanik kuvvetlere, kirlenme neticesi sis ve çiğin sebep olduğu elektriksel izolasyon zayıflamasına maruz kalırlar. Bu nedenle izolatörler üzerinde yapılacak testlerle bu özellikler bakımından yeterli nitelikte olduklarının kontrol edilmeleri gerekmektedir. İzolatör testleri çeşitli ülkeler ve milletlerarası kuruluşlarca kabul edilen standartlarda tarif edilmişlerdir. Bu testlerin ortak amacı, izolatörün servis şartlarında karşılaşacağı elektriksel, mekanik, termik vb. zorlanmaları en iyi şekilde laboratuvar ortamında temsiledebilmektir. İzolatörler üzerinde yapılan standart testler imalat ve kalite kontrol vazifesi yanında yeni tiplerin geliştirilmesine de yardımcı olmaktadır. İzolatörler üzerinde genellikle aşağıda açıklanan standart muayene ve testler yapılmaktadır Yüksek Gerilim İzolatör Testleri İmalat Testleri Mekanik Test Zincir izolatörleri en az 10 saniye süre ile 24 saatlik mekanik dayanıklılık test yükünün %60 ına eşit bir germe yükü altında tutulur. Tek parçalı izolatörlerin testinde ise bu yük 24 saatlik mekanik dayanıklılık test yüküne eşit olarak alınır ve 1 dakika süre ile uygulanır Yüksek Frekans Testi İzolatörler 10 saniye süre frekansı ( ) khz olan bir alternatif gerilime maruz bırakılır Şebeke Frekanslı Test Bu testte izolatörlere şebeke frekanslı ( Hz) gerilim uygulanır. Gerilim, zincir izolatörlerin metal parçaları arasına uygulanır. Fakat istenirse izolatörler baş aşağı olarak ve içinde yan iletken yuvasını örtecek kadar derinlikte su bulunan bir metal kaba yerleştirilir. Gerilim kap ile izolatörün tespit yuvasının hemen hemen tepesine kadar doldurulmuş olan su arasına uygulanır. Porselenin elektriksel dayanımını azaltmamak kaydıyla, su yerine metal elektrotlar da kullanılabilir.test gerilimi, izolatörlerden bir tanesinde her 4 veya 5 saniyede bir atlama meydana getirecek değerde olmalıdır. Bu gerilim en az 5 dakika süre ile ve devamlı olarak test edilecek izolatörlere uygulandığında delinme meydana gelmemelidir Tip Testleri Tip testlerinin amacı; izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özelliklerini tespit etmektir.her tip izolatör için bu tipe ait partide bulunan izolatörler arasından ayrılan sınırlı sayıda izolatörlere uygulanan testlerdir. Bu testlerin sonucuna göre partideki izolatörlerin tümü hakkında karar verilir. Tip testleri iki grup halinde uygulanır. Birinci gruba giren testlerle izolatörün şekil, büyüklük ve teçhizatının özellikleri; ikinci gruba ait testlerle de bunun dışında kalan özellikleri ve kullanılan malzemenin niteliği doğrulanır Birinci Grup Testler Bu gruba giren testler, darbe atlama gerilimi testi ile bir dakikalık şebeke frekanslı gerilime dayanma testinin kuru ve yaşta yapılmasından ibarettir.testlerden önce izolatörler temiz ve kuru olmalıdır. Test için izolatörün tespiti, ya kullanılacağı yerdeki normal çalışma şartlarına ya da standartlarda belirtilen testlerin yapılmasını sağlayacak özel şartlara uygun olmak üzere iki yöntemle yapılır. Birinci yöntemde, zincir izolatörlerden taşıyıcı izolatör zincirleri normal çalışma şartlarına uygun olarak metal parça ve kısımları takıldıktan sonra metal bir konsola düşey durumda asılır. Konsol, izolatör zincir boyunun an az 1.5 katı ve zincir ekseninden her iki tarafta bir metreden az olmayan uzunlukta bulunmalıdır. 1

2 Başka bir cisim, izolatör zincirine bir metreden az olmamak kaydıyla izolatör boyunun 1.5 katı kadar bir mesafeden daha yakında olmamalıdır. Zincirin kullanılacağı işletmedeki iletken çapına yakın çaptaki bir iletken, yatay düzlemde ve ekseni konsol ile 90 0 lik bir açı yapacak şekilde tesbit edilir. Bu iletken, en az izolatör zincir uzunluğunun 1.5 katı boyunda olmalı ve zincir ekseninden her iki tarafa en az birer metre uzanmalıdır. İletkenin uçlarından konsola atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmış olmalıdır. Bu durumda test gerilimi iletken ile konsol arasına uygulanır. İkinci yöntemde, zincir izolatörü ve izolatör zincirleri mesnetlerine düşey olarak en az bir metre uzunluğunda topraklanmış tel halat veya uygun bir iletkenle asılır. İzolatör zincirine başka cisimlerin uzaklığı, bir metreden az olmamak üzere zincir boyunun 1.5 katından daha yakın olmamalıdır. İzolatör zincirinin iletken bağlanacak tarafına yatay düzlemde tesbit olunacak boru veya çubuk şeklindeki iletkenin üst yüzeyinden alt izolatörün en yakın kenarına kadar olan mesafe, alt izolatör çapının %50 'si ile %70 'i arasında olmalıdır. İletkenin çapı kuruda ark mesafesinin %1.5 'i civarında ve en az 25 mm olmalıdır. İletken uzunluğu, izolatör veya zincir boyunun 1.5 katından küçük olmamak üzere, izolatör ekseninden her iki tarafa en az birer metre uzanmalıdır. İletkenin uçlarından herhangi bir atlama olmaması için gerekli tedbirler alınmalıdır. Test gerilimi iletken ile toprak arasına uygulanır. a) Darbe atlama gerilimi testi : Darbe gerilimi testi, darbe generatörü ile yapılır. Test, tercihen normal rutubetli (beher m 3 havada 11 gram su) atmosferde yapılmalıdır. Bunun mümkün olmadığı hallerde rutubet düzeltme katsayısı hesaba katılmalıdır. İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü yukarıda bahsedilen şartlar altında kuru olarak testten geçirilir. Darbe generatörü 1.2/50 pozitif yarı dalga verecek şekilde ayarlanır ve gerilim %50 darbe atlama gerilimi değerine yükselinceye kadar artırılır. Bu değer en az 20 darbe uygulanarak doğrulanır. Gerilim ölçüldükten sonra polarite değiştirilerek yukarıdaki işlem tekrarlanır. İzolatörler bu teste, delinme veya kırılma gibi herhangi bir hasar göstermeden dayanabilmelidir. %50 atlama geriliminin standart atmosfer şartlarına irca olunan pozitif ve negatif polarite değerlerinin, beyan edilen değerlerinin altında olup olmadığına bakılır. b) Şebeke frekanslı test : Test geriliminin frekansı Hz arasında bulunmalı ve gerilim dalgasının şekli yaklaşık olarak sinüs eğrisi biçiminde olmalıdır. Gerilim değeri, küresel elektrodlar kullanılması yoluyla veya bu yolla bulunan değere göre %3 'den fazla fark göstermeyen başka bir yöntemle tesbit edilir. Gerilimin bu suretle tesbit olunan tepe değerini ye bölmekle bu test için gerekli gerilimin efektif değeri bulunur. Testler tercihen normal rutubet (beher m 3 havada 11 gram su) şartlarındaki atmosferde yapılmalıdır. Rutubet şartları değişik bulunduğu takdirde, normal değere irca edilmelidir. Endüstriyel frekansta kuruda atlama testi havanın nisbi rutubeti %55 'i aştığı zaman yapılmamalıdır. İzolatör kısa devre durumunda iken ve devrede önceden tesbit olunan test gerilimi meydana geldiği zaman, devreden geçecek alternatif akımın değeri 0.1 amperden az olmayacak şekilde transformatör ve test devresi ayarlanmış olmalıdır. c) Kuruda bir dakikalık test : İzolatöre kuruda bir dakika süre ile uygulanacak test gerilimi, kuruda bir dakikalık beyan edilen normal frekanslı test geriliminden atmosfer şartları gözönünde bulundurularak elde edilir. Bulunan test geriliminin yarı değeri ani olarak izolatöre uygulanır ve 10 saniyeden az olmayan bir süre içerisinde bu gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Bu değerdeki test gerilimi bir dakika süre ile izolatöre uygulanır. İzolatörde herhangi bir atlama meydana gelmemelidir. d) Yaşta bir dakikalık test : İzolatör zinciri, zincir izolatörü veya mesnet izolatörü düzeltilmiş test gerilimi altında, gerilim uygulanmasından önce 5 dakika süre ile ve teste başlandıktan sonra test süresince suni yağmur altında bırakılarak yaşta bir dakikalık şebeke frekanslı testten geçirilir.suni yağmur izolatörden en az 3,5 m uzaklığa yerleştirilen ve suyu izolatörün üzerine yağdıran püskürtücüler yardımı ile sağlanır. Suni yağmurun yağış şiddetini ölçmek için cm çapındaki yağış ölçme kabı veya yağmur şiddetini ölçme cihazı kullanılır. Ölçü kaplarının ağzı izolatör veya izolatör zincirinin ortasından geçen yatay düzlemde bulunacak tarzda yerleştirilir. Atmosferik şartlara göre düzeltilerek bulunan test geriliminin yarı değerine eşit bir gerilim izolatöre uygulanır ve sonra 10 saniyeden az olmayan bir sürede bu gerilim test gerilimi değerine yükseltilir. Test gerilimi bir dakika süre ile izolatöre uygulanır.izolatör yaşta atlama gerilimi, yaşta bir dakikalık test geriliminin %75 'inin 5-30 saniye içerisinde ve değişmeyen bir hızla atlama gerilimine yükseltilmesi suretiyle elde edilir. Yaşta atlama gerilimi, atmosfer şartlarına göre düzeltilmek suretiyle birbirini izleyen 10 gerilim değerinin okunması ve kaydedilmesi suretiyle tesbit olunur İkinci Grup Testler İmalat testlerinde olumlu sonuç alınan izolatörlerden ayrılacak numuneler sırayla; boyutların doğrulanması, sıcaklık değişimi, 24 saatlik mekanik dayanıklılık, kısa süreli elektromekanik kırılma yükü, mekanik kırılma yükü, delinme, gözeneklilik (porozite) ve galvanizlenme niteliği testlerine tabi tutulur. Zincir izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte üç kısma bölünür. Bunların hepsine 2

3 boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişimi testleri uygulanır. Bundan sonra birinci kısma 24 saatlik mekanik dayanıklılık ve kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testleri, ikinci kısma mekanik kırılma yükü ve gözeneklilik testleri, üçüncü kısma delinme ve galvanizlenme niteliği testleri uygulanır. Mesnet izolatörlerinden alınan numune grubu birbirine yakın eşitlikte iki kısma bölünür. Her iki kısma boyutların doğrulanması ve sıcaklık değişim testleri uygulandıktan sonra, birinci kısma mekanik kırılma yükü ve gözeneklilik testleri, ikinci kısma delinme ve galvanizli parçalar varsa galvanizleme niteliği testleri uygulanır. a) Boyutların doğrulanması : Gerekli ölçü aletleri ile izolatör numuneleri boyutlarının ait oldukları imalat resimlerindeki boyutlara uyup uymadıkları kontrol edilir. b) Sıcaklık değişimi testi : Zincir izolatörleri sabit metal kısımları ile birlikte, mesnet izolatörleri ise iletkensiz ve tesbit demirsiz olarak, musluk suyu sıcaklığından 70 0 C daha fazla bir sıcaklıktaki su banyosuna, başka bir ara kap kullanılmaksızın hızla tamamen daldırılır ve bu suyun içinde bekletilir. Daha sonra hızla çıkarılan izolatör bekletilmeden, içinde musluk suyu bulunan soğuk banyoya tamamen daldırılır ve belirli bir süre bekletilir. Bu ısıtma ve soğutma işlemi arka arkaya beş defa tekrarlanır. Bir banyodan diğer banyoya geçiş süresi 30 saniyeyi aşmamalıdır. Banyolardaki su miktarı izolatörün tamamının daldırılmasına ve su sıcaklığının 5 0 C 'den fazla değişmemesine yetecek kadar bol olmalıdır. İzolatörler, 5. defa soğuk banyodan çıkarıldıktan sonra muayene edilerek çatlamadıkları ve sırlarında herhangi bir bozulma olmadığı tesbit edilmelidir. İzolatörler, porseleni veya sırı çatlamadan, delinme olmadan ve mekanik kırılma meydana gelmeden bu testlere dayanmalıdır. c) 24 saatlik mekanik dayanıklılık testi : Bu test sadece zincir izolatörlerine uygulanır. İzolatörler 24 saat süre ile eksenlerine uygulanan "24 saatlik beyan edilen mekanik test yükü" ne eşit bir gerilme yüküne tabi tutulur. Bu testten sonra izolatörler, bir dakika süre ile imalat testlerinden, endüstriyel frekans testine delinmeden ve kırılmadan dayanabilmelidir. d) Kısa süreli elektromekanik kırılma yükü testi : Bu test sadece zincir izolatörlere uygulanır. İzolatörlerin metal kısımları arasına şebeke frekanslı gerilim ile mekanik gerilme yükü aynı anda uygulanır. Uygulanan test gerilimi, test şartları altında kuruda atlama geriliminin %90 'ına eşit olup bu değer bütün test süresince muhafaza edilir. Gerilme yükü, beyan edilen elektromekanik kırılma yükünün %20 'si oranında ve düzgün bir hızla, izolatörde hasar veya kırılma meydana gelinceye kadar artırılır. Beyan edilen yükten daha aşağı bir değerde delinme veya kırılma meydana gelmemelidir. e) Mekanik kırılma yükü testi : Zincir izolatörlerine beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir gerilme yükü uygulanır. Bu gerilme yükü metal kısımlar arasına uygulanarak dakikada beyan edilen mekanik kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma hasıl oluncaya kadar artırılır.mesnet izolatörleri; test sırasında uygulanan yükle, farkına varılabilir bir şekil değişmesi meydana gelmeden dayanabilen sabit bir mesnede tesbit edilmelidir. Beyan edilen mekanik kırılma yükünün yarısına eşit bir yük, mesnedin eksenine dikey olarak, izolatörün yan iletken yuvasının yüzeyinde bu yuvayı saran bir tel halat ile uygulanır. Bu gerilme yükü, dakikada beyan edilen mekanik kırılma yükünün %20 'si oranında, düzgün bir hızla kırılma oluncaya kadar artırılır. f) Şebeke frekanslı delinme testi : İzolatörler temizlenip kurutulduktan sonra, atlamayı önleyecek uygun bir yalıtkan madde ile dolu kabın içerisine tamamen daldırılırlar. Kap metal ise, bu kabın boyutları, izolatörün herhangi bir parçası ile kabın yan yüzeyleri arasındaki en kısa mesafe, izolatörün en büyük siper çapının 1.5 katından az olmayacak büyüklükte seçilmelidir.test gerilimi, zincir izolatörlerinde metal bağlantı parçaları arasına, mesnet izolatörlerinde ise metal mesnet ile izolatörün iletken yuvasına bağlanan iletken arasına uygulanır. Gerilim hızla, beyan edilen kuruda 1 dakikalık şebeke frekanslı test gerilimine çıkarılır. Sonra saniyede 1000 V 'luk düzgün bir artışla izolatör delininceye kadar bu gerilim yükseltilir. g) Havada aşırı gerilim darbesi testi : İstenildiği takdirde şebeke frekanslı delinme testi yerine bu test yapılabilir. İzolatör devreye bağlanmadan önce, darbe generatörü, cephesi beyan edilen diklikte bulunan pozitif bir gerilim dalgası verecek şekilde ayarlanmalı ve bu dalganın tepe değeri beyan edilen darbe gerilimi değerine eşit olmalıdır. İzolatöre 20 darbe uygulanmalı ve bu test sırasında izolatör delinmemelidir. h) Gözeneklilik (porozite) testi : İzolatör kırıkları, etil alkolçözeltisinde hesaplanacak süre kadar bekletilir. Bu şekilde bekletilen izolatör kırıkları, yıkanıp kurutulduktan sonra tekrar kırılarak renkli fuksin çözeltisinin porselen içine veya sır ile porselen arasına sızıp sızmadığı, rengin yayılıp yayılmadığı kontrol edilir. i) Galvanizlenme niteliği testi : İzolatörlerin metal kısımları benzin veya diğer uygun yağ eriticilerine daldırılarak temizlenir, temiz ve yumuşak bir bezle kurulanır. Sonra %2 sülfürik asit çözeltisine daldırılarak 15 3

4 saniye bekletilir. Bu metal parçalar temiz su ile iyice yıkanıp, yumuşak bir bezle kurulanır.daha sonra her metal parça, filtre edilmiş ve yoğunluğu 20 0 C 'de 1,170 0,01 olan bakır sülfat çözeltisine 4 defa birer dakika süreyle tamamen daldırılır. Bu testte çözelti ve metal parçalar hareket ettirilmemelidir. Her daldırıştan sonra numune yıkanmalı ve akar su altında fırçalanmalıdır. Son daldırış hariç olmak üzere dikkatlice kurulanan bu parçalar çözeltiye tekrar batırılmalıdır. Dördüncü daldırıştan sonra deney parçaları yüzeyine yapışmış ve su altında fırça ile giderilmeyen kırmızı metal bakır kalıntıları bulunmamalıdır İzolatörlerde Fiziksel Kirlenme ve Kirlenme Atlaması Kirlilik teriminin izolatör yönünden özel bir anlamı vardır. Çünkü kirlilik, izolatör yüzeyinde iletkenliği artırarak izolatör performansını düşüren ve zaman zaman arızalara yol açan bir etkidir. Atlamaya yol açacak kadar fazla deniz orjinli kirle kaplı izolatörler çok yakından bakılsa bile temiz görülebilir. Bununla birlikte endüstriyel tozlar veya çimento ile ağır biçimde kirlenmiş izolatörler, elektriksel bakımdan yeni izolatör gibi davranabilir. Bunun nedeni atlamaya sebep olan yüzey iletkenliğinin miktar yönünden önemsiz olmasıdır. Atlama, tuz ya da endüstriyel asit gibi kirlerin suyla çözünmesiyle meydana gelir.izolatör yüzeyindeki artıklar performansı önemli ölçüde etkiler. Deniz ve göl tuzları, petrokimya endüstrisi artıkları ve asit üreten tesis artıkları gibi suda çözünen kirler daha önemlidir. Hem çözünen, hem de çözünmeyen kirler harekete geçmek için su gerektirirler. Bu nedenle sis, çiğ ve kırağı kirlenme atlaması yönünden önemli artıklardır. Karbon, bazı metal oksitler veya metal içeren tozlar su yok iken dahi iletken hale gelebilirler. Maddeleri izolatör yüzeyine taşıyan temel etkiler; yerçekimi kuvveti, yüklü parçacıkların elektrostatik çekimi, yüksek permitiviteli parçacıkların büyük elektrik alan yoğunluklu bölgelere göçü, çözelti veya süspansiyonların buharlaşıp aerodinamik olarak tutulmaları şeklinde sayılabilir. İzolatör yüzeyinin kirlenmesinde, aerodinamik tutulma en önemli etkidir. Havada asılı parçacıklar, izolatör yüzeyine aktığında izolatör şekline bağlı olarak özellikle akışın ikiye ayrıldığı noktalarda oluşan durgun bölgede ve daha ağır olan parçacıklar girintilerde tutulurlar. Rüzgar tünellerinde yapılan kirlenme deneyleri ile kirletilen bazı izolatörlerin kir dağılımı Şekil 1 de verilmiştir. Şekiller üzerindeki harfler kir yoğunluklarını göstermektedir (H:Ağır M:Orta L:Hafif Z:Sıfır ). Şekil 1 den görülebileceği gibi kir, rüzgarın doğrudan çarptığı yüzeylerde ve girintilerde daha çok olmaktadır. Farklı yapıdaki izolatörlerin kir tutma miktarları çok değişmektedir. Üst yüzeylerde az kir toplanmakla beraber, özellikle endüstriyel bölgelerdeki karbon ve bazı metal tozları bu yüzeylerde alt kısımlara göre daha fazla bir iletkenlik oluşturabilir. Şekil 1. Kir tutulmasının şekille değişimi Yüksek gerilim izolatörleri; kıyıya yakın bölgelerde tuzdan, endüstriyel alanlarda toz ve kimyasal artıklardan dolayı kirlenmeye maruz kalırlar. Böyle bir izolatör kuru iken çok küçük bir kapasitif kaçak akım geçer ve gerilim dağılımı basit olarak elektrostatik alanla tanımlanır. Kir tabakasının yağmur, sis, rutubet vb. etkenlerle ıslanması sonucu iletken hale gelen kirli yüzey boyunca akan kaçak akımlar yüzeyde enerji kaybına sebep olurlar. Enerji kayıp yoğunluğunun büyük olduğu, özellikle izolatörün dar kısımlarındaki kirli bölgeler daha fazla ısınarak kurur ve "kuru band" denilen kısımların oluşmasına yol açarlar. Bunun sonucunda yüzey boyunca gerilim dağılımı bozularak, homojen olmayan bir yapıya dönüşür. Kuru band bölgelerindeki gerilim düşümü havanın dayanımını aşınca ön deşarjlar oluşur. Ön deşarjlar çoğunlukla söner; bazı şartlarda ise, yüzeye yayılarak kısa devre ile sonuçlanan atlama olayını meydana getirirler. Atlama sonucu meydana gelen yüksek akımlı ark enerjinin kesilmesine, birçok izolatörün tahrip olmasına ve hatta enerji nakil hattının eriyerek kopmasına sebep olabilir. Bir yüksek gerilim izolatöründe kirlenme atlaması için üç ana şart veya beş kademe gereklidir. 4

5 1- İzolatör yüzeyinde iletken kir filminin teşekkülü a) İzolatör yüzeyinin kir tabakası ile kaplanması b) Kir tabakasının rutubet tesiri ile ıslanması 2- Kirli izolatör yüzeyinde ön deşarjların teşekkülü a) Kuru bandların oluşması b) Kuru bandlar boyunca ön deşarjların tutuşması 3- Ön deşarjların yüzey boyunca yayılması ve kısa devre Eğer bu beş kademeden herhangi biri tamamen kontrol altına alınabilirse, kirlenme atlaması problemi kesin olarak çözülecektir. Pratikteki gözlemlerden izolatör yüzeyinde kaçak akımın ma değerine ulaşması halinde atlamanın meydana geldiği görülmüştür. Ancak sızma akımının değeri ile atlamanın meydana gelip gelmeyeceği arasında kesin bir bağıntı kurmak mümkün değildir. İzolatör yüzeyi üzerinden atlama, yani yüksek iyonizeli bir arkın oluşumu, Şekil 2 de gösterilen birkaç aşama sonucunda gerçekleşir. Atlama aşamaları şunlardır: 1. Yüzey tabakasının ısınması, iletkenlik ve akımın artmasına sebep olur (Şekil2.a). 2. Devam eden ısı, yüzey tabakasında kısmi kurumalara yol açar (Şekil 2.b-c). 3. Daha fazla ısınma, kuru bandlar oluşturur (Şekil 2.d). 4. Kuru bandlar üzerinde düzensiz alan şiddeti dağılımı nedeniyle kısmi arklar başlar. Yerel ısı konsantrasyonu, kısmi arkların pozisyonlarını kuru bandlar boyunca yana doğru değiştirmelerine sebep olur (Şekil 2.d-e-f). Ark sönümü, parıltı başlangıcı ve kuru bölgeler üzerinde hareketli deşarjların başladığı yerler, en yüksek gerilim değişimlerine sahiptir. Bu safha kirli izolatörlerden yayılan yoğun radyo gürültülerinin sebebi olup, şekilde gösterilmemiştir. 5. a) Birçok kısmi arkın birleşmesiyle, izolatörü kaplayan bir tek büyük ark oluşur. Bu ark ısıl etki ile değişik yönlerde yayılır (Şekil 2.i). Bu arada ark sönümü ve dolayısıyla ikinci safhaya dönüş olabilir. b) Ark uçlarının ıslak iletken tabaka boyunca hızlı süpürme hareketi, arkın tamamlanmasına ve atlamaya götürebilir (Şekil 2.m). Sızma aralığının köprülenen son kısmı kuru bir yol izlemez. İlk dört safha kolayca anlaşılır. Çünkü dakikalar veya saatlerce sürebildiklerinden gözlenmeleri kolaydır. Son safha ise, her cm için birkaç yüz voltluk gerilimlerde sızma aralığı boyunca istenmeyen atlamalara sebep olur. Kaçak yolu (sızma aralığı) boyunca izolasyon dayanımını V/cm ye düşüren de bu son safhadaki ark uçlarının hızlı süpürme hareketidir. Son safha elektrotlar arasındaki ark nedeniyle izolasyon şiddetinin düşmesinin sebebidir. kaçak akım hatları a) g) b) h) c) i) d) k) e) l) f) m ) Şekil 2. Kirlenme atlamasının safhaları 5

6 2.3. İzolatör Yüzey Kaçak Akımları Porselen İzolatörler İçin Kaçak Akımların Önemi İzolatörlerdeki kaçak akımlar, daima tehlikeli bir durum oluşturmazlar. Bununla beraber, iletim hatlarının kurulumu ve tasarımında hesaba katılması gereken en önemli faktörlerden biridir. Bir izolatörün içinden akım akmaz, fakat izolatör yüzeyinde Şekil 3 de görüldüğü gibi nispeten düşük dirençli bir yol mevcuttur. Bu yol aslında izolatör yüzeyi ile hava arasındaki ara yüzdür. Bu yolun direnci izolatörün etrafındaki havanın direncinden daha düşüktür ve bunu yüzey kaçak akım yolu olarak isimlendirmek daha doğrudur. Bu yol üzerinde daima küçük miktarlarda kaçak akımlar akar ve bu akımlar hiçbir şekilde tamamen ortadan kaldırılamaz. Bununla beraber, modern izolatörlerin tasarımıyla kaçak akım seviyeleri çok küçük değerlere indirilmiştir. Şekil 3. Porselen izolatörler ve yüzey kaçak akım yolu Yüksek gerilim izolatörlerinin, Şekil 4 de gösterildiği gibi farklı çap ve boyutlarda diskler şeklinde yapılması daha kullanışlıdır. İletim hattında kullanılacak zincir tipi izolatörlerin sayısı, gerilim seviyelerine göre belirlenir. Böylece oluşturulan yüzey, kaçak yolu mesafesinin ve dolayısıyla kaçak yolu direncinin yükselmesi anlamına gelir. Kaçak yolu direnci, izolatörün enerjili ucundan topraklı ucuna kadar olan yüzey uzunluğuyla doğrudan orantılıdır. Kaçak yolu direncinin artmasıyla kaçak akım miktarı azalır. Eğer böyle oluklu yapılar kullanılmazsa, o zaman daha fazla disk ekleyerek izolatör dizisinin tüm uzunluğunu arttırma zorunluluğu ortaya çıkar. Bu maliyet açısından uygun bir yaklaşım değildir. Fakat bunun oluşturacağı daha büyük problem, izolatör dizisine bağlanan iletkenlerin salınımındaki artıştır. Bu durum, iletkenlerin daha şiddetli titreşim yapmalarına ve hatta kopmalarına sebep olabilir. İzolatörün üst kısmında oluk yapısı kullanıldığında, bu oluklarda şiddetli kir biriktiği, toz ve tuz kirlerinin kolayca oluklara dolduğu ve yağmurla asla yıkanmadığı görülmüştür. Bu nedenle günümüzde, üst kısmı oluklu porselen izolatör imal edilmez. Şekil 4. Zincir tipi izolatör elemanı Şekil 4 de gösterilen biçim, pek çok araştırma ve saha deneyimlerinden sonra ortaya çıkan sonuçtur. Kir birikiminin artmasından dolayı kaçak akım tüm porselen izolatörlerde zamanla artar. Bu artış, bakım zamanına ulaşıncaya veya atlama ile hasar oluşuncaya kadar devam eder. Bakım, izolatörü güvenli seviyede tutmak için her zaman gereklidir. Kaçak akım; yağmur, nem, sıcaklık gibi çevresel etkilerden dolayı değişkendir. Fakat bu değişimler, kir birikimi çok yükselmedikçe dikkate almayı gerektirmez. 6

7 Silikon Kompozit (Polimer) İzolatörler İçin Kaçak Akımların Önemi Silikon kompozit izolatörler için kaçak akım, hesaba katılması gereken önemli bir faktördür. Bununla beraber, bu izolatörler tasarlanırken yüzey kaçak direncinin çok büyük olduğu varsayılır. Bu yapı, ana destek elemanı olarak fiberle desteklenmiş, dışı polimerik kauçukla kaplanmış bir çubuğa sahiptir. Tüm yapı, tek parça bir izolatör yapmak için iki uçtan birleştirilerek bağlanır. Şekil 5 de gösterildiği gibi tüm izolatör tek parça olduğundan kompozit izolatör olarak adlandırılır. Şekil 5. Kompozit izolatörler Genellikle bir kompozit izolatör, bir esas malzemeden, bağlantı elemanından ve bir kauçuk yalıtkan gövdeden oluşur. Esas malzeme, çekme gücünü dağıtmak için fiberglas ile kuvvetlendirilmiş plastiktir (FRP). FRP de kullanılan güçlendirilmiş fiber, cam ve epoksi reçinedir. Kablolara ve direklere gerilmeyi ileten bağlantı elemanı, dövülmüş çelik, dövülebilir dökme demir veya alüminyum gibi malzemelerden yapılır. Kauçuk gövde elektriksel yalıtımı sağlar ve FRP yi doğa şartlarından korur. Şekil 6 da orta ve yüksek gerilimlerde kullanılan kompozit izolatörlerin yapısı gösterilmiştir. Şekil 6. Orta ve yüksek gerilim kompozit izolatörlerin yapısı Silikon kompozit izolatörler, seramik izolatörlerle karşılaştırıldığında önemli üstünlüklere sahiptir: Hafif ağırlık-daha düşük yapı ve nakliye maliyetleri Çok yüksek direnç Ağırlığa yüksek dayanım oranı Daha iyi kirlenme performansı Geliştirilmiş iletim hattı estetiği 7

8 kalır. Kompozit polimer izolatörlerin başlıca olumsuz yanları ise şunlardır: Kuru band arklarından ve hava ile temasından dolayı yüzeyinde kimyasal değişimler meydana gelir. Erozyona ve sonunda izolatörün kullanılamaz hale gelmesine yol açabilecek izlerin oluşmasına maruz Ortalama ömrünü hesaplamak zordur. Uzun süre güvenirli olup olmadığı bilinmez. Arızalı izolatörün tespiti zordur. Sonuç olarak kompozit izolatörlerin kullanımı faydalarına göre değişir. Fakat yaygınlaşmasının en önemli nedenlerinden biri, ağırlığının düşük olmasıdır. Kompozit izolatörün ağırlığı eşdeğer porselen ve cam tipinin sadece %10 u kadardır. Kompozit izolatörler daha hafif direk tasarlamaya veya mevcut hatları yükseltmeye imkan verir. Silikon kauçukların, yağmur sularını damla halinde tutabilme kapasitelerinin yüksek olması, kompozit izolatörleri cam ve porselene göre daha avantajlı hale getirir. Çünkü bu hidrofobik özellik, izolatör yüzeyinden hızlıca su akışını ve dolayısıyla iletkenlik artışını engellemek suretiyle, yalıtım sisteminin yalıtkanlık düzeyinin aniden düşmesini önler. Böylece daha düşük hat kayıpları ve iletim hatlarında kararlı atlama değerleri sağlanmış olur.polimer izolatörlerin hidrofobik özelliği özellikle ıslak ve kirli şartlar altında izolatörün performansına etki edebilir. Hidrofobik özelliğin kaybolmasına, iz ve erozyon oluşumuna ve en sonunda atlamaya yol açan yaşlanma, polimer izolatörlerin başlıca problemidir. Her ne kadar kaçak akım, yaşlanmanın sebebi olsa da yüzey bozulmasının bir göstergesi olarak kullanılabilir. Bu yüzden, kaçak akım dalga şekillerinin parametreleri genellikle polimer izolatörlerin performansının belirlenmesinde kullanılmıştır. Kaçak akım parametreleri ile kir seviyesi ve yüzey bozulmaları (hidrofobik özelliğin kaybolması, kuru band atlamaları ve erozyon gibi) arasındaki ilişkiyi kurmak için birkaç deneme yapılmıştır. Hidrofobik kaybın oluşmasından ve gövdenin zarar görmesinden önce kaçak akım düzeyinin belirlenmesi önemlidir İzolatör Yüzey Kaçak Akımlarının Özellikleri Tablo 1 ve Şekil 7 de, farklı deşarj şartları için dalga şekilleri ve frekans dağılımları verilmiştir. Tablo 1. Farklı deşarj şartları için kaçak akımların dalga şekli ve frekans dağılımları 8

9 Şekil 7.a, izolatör yüzeyinde deşarj oluşmadığı durumda, kaçak akımın değişimini göstermektedir. Dalga şekli sinüzoidal bir yapıya sahiptir. İzolatör yüzeyinde zayıf deşarjlar görünmeye başladığı zaman akan kaçak akımın dalga yapısı Şekil 7.b de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi bu durumda dalga şekli bozulmuştur. Şekil 7.c, kuvvetli arklar oluştuğu zaman akan kaçak akımın dalga şeklidir. Burada kaçak akımın genliği birkaç yüz miliamperler seviyesindedir. Şekil 7.d, atlama oluştuğu andaki kaçak akım şeklidir. Kaçak akım atlamadan önce hızlıca yükselir. Atlama meydana geldiği zaman kısa devre akımı gözlemlenir. (a) (b) (c) (d) Şekil 7. Kaçak akım dalga şekilleri 3. DENEYİN YAPILIŞI 3.1. Deneyde Kullanılan Elemanlar Y.G. trafosu (2x50 kv) Y.G. direnci (850 kω) Omik gerilim bölücü Zincir tipi izolatör Nem ölçer Isıtıcı Veri toplama cihazı (NI 6210) 3.2. Deneyin Yapılışı Deney sistemine ait şema Şekil 8 de görülmektedir. Her biri 50 kv luk iki adet YG transformatörü kaskat bağlanarak 100 kv a kadar gerilim elde edilebilmesi sağlanmıştır. Transformatör çıkış gerilimi, seri bağlı 850 kω luk bir koruma direnci üzerinden izolatöre uygulanmaktadır. Yüzey kaçak akımına ait dalga şekilleri izolatör çıkışına bağlanan 500 Ω luk direnç üzerinden gerilim bilgisi olarak alınmaktadır. Sistemde oluşabilecek herhangi bir arıza nedeni ile ölçüm cihazlarının zarar görmesine engel olmak için, bir aşırı gerilim koruyucu kullanılmıştır. İzolatörde atlama oluştuğunda, transformatörün sekonderine bağlı olan koruma direnci zarar görür ve izolatör üzerinden büyük bir akım akarsa, 500 Ω luk dirençte düşen gerilim yüksek değerlere çıkar. Bu durumda, dirence paralel bağlı aşırı gerilim koruyucu kısa devre özelliği göstererek osiloskop ve veri toplama cihazını (NI 6210) korur. Sistemde kullanılan gerilim bölücü yardımıyla transformatör çıkışındaki gerilim ve ayrıca akım değerleri kontrol ünitesi üzerinden izlenebilmektedir. Deneyler için gerekli nem değerlerini oluşturmak için test odasına bir su ısıtıcısı konulmuştur. Ayrıca elektrikli bir ısıtıcı yardımıyla da oda sıcaklığı istenen seviyede tutulmuştur. Sis odasına yerleştirilen bir vantilatör yardımıyla, oda içerisindeki ısı ve nemin homojen dağılımı sağlanmıştır. 9

10 Koruma Direnci İzolatör Kaskat Bağlı YG Gerilim Trafosu (2*50 kv) Gerilim Bölücü Sis Odası 500 Ω Aşırı Gerilim Koruması Osiloskop Şebeke Isıtıcı Buhar Kaynağı Vantilatör Bilgisayar Kontrol Ünitesi Şekil 8. Deney düzeneği 1- Temiz izolatöre kuru şartlarda 5 kv luk alternatif gerilim uygulayınız. 2- Sis odasının nem değerini ölçünüz. 3- Veri toplama cihazı yardımıyla gerilim değerlerini kaydediniz kv ve 15 kv için de gerilim değerlerini kaydediniz. 5- Sis odasındaki su ısıtıcısını çalıştırarak nemin yükselmesini sağlayınız ve nemi ölçünüz. 6-5, 10 ve 15 kv için gerilim değerlerini kaydediniz. 4. RAPORDA İSTENENLER 1- Deneyde gözlemlediğiniz sonuçları grubunuzla tartışınız. 2- Veri toplama cihazı yardımı ile bilgisayara kaydettiğiniz verileri kullanarak, her durum için ayrı ayrı gerilim ve akımın zamana bağlı grafiklerini çiziniz. 3- Çizilen grafikleri yüzey kaçak akımları açısından yorumlayınız. 10