. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele YÜKSEK GEİLİM TEKNİĞİ efeansla. Yüse Geilim Teniği, Pof.D. Muzaffe ÖZKAYA, Cilt, Bisen Yayınevi, 996.. Yüse Geilim Teniğinin Temellei, Pof.D.Sefa AKPINA, Tabzon, 997.. Çözümlü Poblemlele Yüse Geilim Teniği, Özcan KALENDELİ, Celal KOCATEPE, Otay AIKAN, Bisen Yayınevi, 005. 4. High Voltage Engineeing, E. KFFEL, W. S. ZAENGL, Pegamon Pess, 99. 5. High Voltage Engineeing, nd Edt., M. S. NAID, Mc. Gaw Hill Text, 995. 6. Yüse Geilim Eleti Malzemelei ve Testlei, Halil LSOY, Bisen Yayınevi, 99. 7. Hochspannungstechni, Andeas KÜCHLE, VDI Velag, 996. 8. High voltage, Measuement, Testing& Design, T.J.GALLAGHE, A.J.Peamain, John Wiley&Sons, 984.. YÜKSEK GEİLİM TEKNİĞİNİN GELİŞİMİ Yüse geilim teniğinin gelişiminde olana sağlayan en önemli eten, bu sayede büyü mitada enejinin bi notadan diğeine eonomi bi biçimde taşınabilmesidi. Günümüzde yüse geilim teniği yalnızca eneji taşımasıyla sınılı almamış, eleti mühendisliği ve biliminin diğe alanlaında da geniş uygulama alanı bulmuştu. Bunlaa öne olaa fabialadai gazlaın filte edilmeleini sağlayan eletostati çöeltilei, şehi atılaının çıadığı ötü oulaın gideilmesine olana sağlayan yüse geilim ozon üeteçleine, sanayide ullanılan spey boyayı, toz aplamayı, öntgen cihazlaını ve eleton miosoplaını sayabiliiz. Ayıca günümüz moden tenolojisi yüse geilimi yaı ileten malzemelee iyon sağlayıcı olaa, televizyon cihazlaında, osilosoplada ullanmatadı. Göüldüğü üzee yüse geilim teniğindei gelişmele yalnız eleti mühendisliği değil, aynı zamanda diğe endüsti dallaını da yaından ilgilendimetedi. Fizisel ve imyasal olayla izolasyon malzemeleinin eletisel özellileini beliledilei için yüse geilim teniğinde önemli ol oynala. Günümüzde cihazlaın güvenililiğini belileyen etenlein aasında beli de zinciin en zayıf halası olaa izolatöle gösteilmetedile. 970 yılında luslaası Eletoteni Komisyonu (IEC) 000V dan yüse olan AC geilimlei ve 00V dan yüse DC geilimlei yüse geilim olaa beliledi. Anca
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele günümüzde geilim seviyeleinin MV la düzeyine ulaşması, bu tanımlamalada bazı düzenlemele yapılamasını geeli ılmıştı. Tablo. Geilim seviyelei GEİLİM SEVİYESİ AVPA (50 Hz) AMEİKA (60 Hz) 0/40 0 Düşü (LV) 80/45 08 650 600 000 Ota (MHV) V 5 66 V.4 6.9.47 4.5 69 0 5 Yüse (HV) 8 56 6 0 0 75 87 Esta Yüse (EHV) 80 45 400 500 800 765 lta Yüse (HV) 000-600 Diat edilece olusa tablodai değele he aşamada at atmatadı. Bu atışın teoi sebeplei olmamala bilite, patite bazı nedenlei olduğu düşünülebili.. Bilgi ve deneyimleine dayanaa tasaım mühendislei he sefeinde uygulanaca olan yeni geilimi at attımayı yetei deecede güvenli bulmuşladı.. 960 lı yıllaa ada eleti tüetimi sanayileşmiş toplumlada he 0 yılda bi atına çımıştı. Bu talebi aşılayabilme için yüse geilimlede iletim yapma zounlu hale gelmişti.
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele Eonomi açıdan düşünece olusa, belili bi güç için (PV*I), ne deece yüse geilim ullanılısa aım da o deece üçü olacatı. Bu da aıma dayalı gidelein (düşü ileten esiti, düşü baı ayıplaı) azalmasına olana sağla. Bu gidelein, tüm gidelein %-4 % ünü oluştuduğu gözönüne alınısa yüse geilim seviyeleinde iletim yapmanın önemi daha beligin hale geli. İletim ve dağıtım hatlaını inceleyece olusa il yıllada güç iletiminin DC aımla yapıldığını göüüz. Tansfomatölein ullanımıyla bilite DC sistemle, yüse geilimlein daha eonomi bi şeilde iletimine olana sağlayan AC sistemlele değiştiilmişledi. Anca esici develede göülen ilelemele, AC-DC, DC-AC çeviiminin olaylaşması, vb. 980 leden itibaen HVDC iletimini yeniden popüle hale getimişti. Bu sistemin en büyü dezavantajı üetilen eneji diet olaa geneatöden yüe ulaştııldığı için, hat boyunca gücü esmete yaşanı. Ayıca he ne ada yeine ablonun ullanılması hat masaflaını azaltmataysa da, DC iletim için ullanılan çeviici elemanla hem omplie, hem de pahalıdıla. Sonuç olaa DC iletimin AC ye oanla daha eonomi olabilmesi için belili bi iti uzalı hesaplanabili. Tistö tasaımındai yeni gelişmele sayesinde bu mesafe 500 m ye ada inmişti.. ELEKTİK İZOLASYON MALZEMELEİ Yüse Geilim lede çalışan eletisel cihazlaının üetiminde ullanılan malzemele başlıca sınıfa ayılı:. İletenle (baı, demi, vb. manyeti aıyı ve aımı taşımata ullanılıla.). Soğutucula (gaz veya liit halde olula, oluşan sıcalı atışını gidemede ullanılıla.). Yüse geilim ve aımlaın azu edilen yönlede dağıtımına olana sağlayan izolatöle İZOLATÖ: İzolatö yada dieleti, genel anlamda eletiği iletmeyen (yalıtan) malzemelee veilen isimdi. Kususuz bi izolasyon malzemesi yotu, anca patite eleti aımını belili bi değein altında, ço üçü değelee sınılayan malzemele izolatö olaa adlandıılıla. Malzeme Dieleti dayanılılı (MV/m) Dienç Ώm Hava - Baalit 4 > Selüloz ağıt 0 >0^ Mia 00 >0^6 Yağ 0 >0^4
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele Pespex 40 >0^ Poselen 0 >0 Cam 7 >0 Göüldüğü üzee mia, cama oanla milyon at daha fazla bi dience sahipti. Buna aşın cam izolasyon tenolojiside geniş ullanım alanı bulmuştu. Buna başlıca sebep iletim ablolaının topalanmış taşıyıcıladan ayılmalaında cam izolatölein meani ve fizisel açıdan üstün pefomans göstemeleinden aynalanmatadı. Maalesef genelde belili bi açıdan üstün pefomans gösteen malzemele bi diğe açıdan olduça yetesiz özellilee sahiptile. Cam ve seami izolasyon malzemelei bi ço eletisel uygulama için ideal olmala bilite ıılganlılaından dolayı (esne değil) bi ço alanda güvenli bi biçimde ullanılamazla. Diğe bi soun da iyi izolatölein genelde sıcalı iletiminde zayıf almalaından aynalanmatadı. Sonuç olaa ısı hızlı bi şeilde dağıtılamaz ve izolasyon üzeinde yüse sıcalı bölgelei oluşu. İzolasyon malzemeleinin seçimi aşamasında eletisel olduğu ada meani, fizisel, ısıl ve imyasal özellileinde diate alınması geei. Bu sebepten iyi bi izolasyonda atı, sıvı ve gaz izolatölein aışımını bulma mümündü (tafo gibi). Aalaında büyü benzelile olduğu halde gazlaın, sıvılaın ve atılaın izolasyon özellileini belileyen önemli fatöle vadı.. KATI İZOLATÖLE Katı izolatölein geçmişi 9. y.y. a ada uzanı. Selüloz ağıt, zift, enevi ve doğal eçine o dönemlein önemli izolasyon malzemelei aasında ye alıyodu. Bu malzemele 90 laa ada yaygın olaa ullanıldıla. Daha sonalaı mineal maddelein (mica, asbest, mangane, vb.), seami, hayvansal maddelein (doğal ipe, peyni özü, balı tutalı, vb.) ve selülozi üünlein (yün, pamu, vb.) populaitesi attı. Yalıtım geniş bi onudu ve günümüzde bi ço izolasyon maddesi çeşitli özellilele piyasaya sunulmuştu. Genelde bi izolatö oluştuulmadan ve seviste ullanılmadan önce diat edilmesi geeen başlıca nota vadı. Bu özellilei şöyle sıalayabiliiz:. Kötü ve ili hava oşullaında veimli çalışabilme,. İzolatö yapımında ullanılan malzemelein özellilei,. Fiyat 4
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele.. OGANİK İZOLATÖLE Genelde hayvansal yada bitisel aynalı ogani maddele bibiine benze izolasyon özellilei gösteile. Bu tip malzemele olaylıla cihazlaa monte edilebilile ve esasında olduça iyi yalıtanladı. En büyü dezavantajlaı 00 C den daha yüse sıcalılada meani ve eletisel özellileinin hızla bozulmasıdı. Bu guba dahil olan maddelein çoğu emici atı malzemeledi. Buada emdiilmiş teimi ile astedilen, bu malzemelein yağ emdiilditen sona cilalanaa izolatö olaa ullanılmalaıdı. Sonuç olaa bu tip yağ emdiilmiş ağıt yada muavvala, ablo, apasito yada tafo gibi yağ içeen cihazlada güvenle ullanlıla... İNOGANİK İZOLATÖLE Poselen ve cam bu ategoiye ait en önemli izolasyon malzemeleidi. Poselen çeşitli tiplede istal paçacıladan ve oijinal malzemenin belili mitaı çözülmüş çeideleinden oluşu. Eletisel cam ise cam fomundai siliat malzemelein aışımından oluşu. Patite daima yapısal usu olaa gaz balonculaı ve olay işlenemez yabancı madde paçacılaı içei. Silion ve osijen moleüllei aasındai eletostati bağla inogani izolatölein yüse meani dayanıma ve imyasal olaylaa aşı dienç göstemesine olana tanı. Bu tip izolatöle eletisel ve meani özellileini 50 С çalışma sıcalığına ada ouyabilile. Genelde inogani maddele iyi yalıtanladı, anca bu tip izolatölein yapımı olduça zodu. İnogani izolatöle aasında poselen önemli bi ye tuta. 880 de il güç iletim hattında poselen izolatö ullanılmıştı. Yüse eleti ve meani gücü, fizisel özellileini uzun süele boyunca ouyabilmesi ve aça sızıntı aımlaına aşı dayanılı olması bu tip malzemelein populaitesini attımıştı. Lain poselen multifaz bi seami maddedi ve aluminyum siliatın ısıtılmasıyla elde edili. Elde edilen bu madde (mullite) gözenelidi, bu da doğal olaa izolatöün meani özellileini negatif etile. İzolatöün yüzeyinin yüse sıcalıta eiyen cam ile aplanmasıyla yaılaın etisi azaltılıp meani dayanım attıılabili. Poselen, aşınım eozyon gibi izolatölein ullanım süeleini ısıtlayan etenlee aşı olduça diençlidi. Ayıca su (su buhaı) sızdımama özelliğinden dolayıda izolasyon malzemeleinde aplama olaa ullanlıla. Cam, meani açıdan poselen ada sağlam bi madde değildi. Bunun başlıca sebebi yüzeyinde bulunan ve belili bi iti büyülüğe eiştiten sona tüm ütleyi etileyen miosobi çatlaladı. Cam izolatölede olduça yüse bi eneji, yüzeyin altında geilip sııstıılmış bi halde bulunu. Hehangi bi sebeple meydana gelen bi çatla bu enejinin ve dolayısıyla bütün ütlenin übi paçacıla halinde dağılmasına sebep olu. 5
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele... SENTETİK İZOLATÖLE Senteti yada polime izolatöle endisini tea eden uzun moleül zincileinden oluşula. Genelde tüetildiği monomein başına poly elimesinin gelmesiyle isimlendiilile. İl olaa 960 lada çeşitli dolgu malzemelei ile aıştıılmış polimelein ağılı ve hacim açısından alışılagelmiş izolasyon maddeleine üstün oldulaı gözlenmişti. Poselen izolatölede olduğu gibi, senteti izolatölein seçiminde de göz önüne alınması geeen bazı önemli fatöle vadı. Bunla: izolasyon apasitesi aşınma dienci (eletisel boşalım sıasında) güvenili uzun dönem meani pefomans İl dolgu izolatöle, cam fibelein eposi eçine içeisine yeleştiilmesi ile oluştuulmuştu. Bu izolatölein başlıca dezavantajlaı : süeli aşınım sonucu dolgu malzemenin yüzeyinde eletisel bozulmaya sebebiyet veen ileten yollaın oluşumu. fibe cam malzemenin veya bağlantı notalaının meani bozulması olduça pahalı üetim maliyeti Bütün bunlaa aşın, özellile 970 leden sona dolgu izolatöledei meani hatala gideilmiş, yeni ve gelişmiş malzemele (eposi eçine aışımlaı, polyeste esaslı polimele, silion, EPDM (Ethylene Popylene Diene Monome), vb.) üetilmişti. Bu maddele yüse meani dayanılılığa sahip olup, çeve ililiği aşısında iyi bi pefomans gösteile. Ayıca poselen izolatölele ıyaslandılaında %90 oanında daha hafiftile. Koozyona aşı diençli olmalaı, süeli baıma ihtiyaç duymamalaı, olayca imal edilebilmelei, göünümlei ve dayanılı olmalaı diğe avantajlaıdı. Eletisel açıdan baaca olusa, senteti izolatöle üçü yüzey alanına ve uzun aça aım yoluna sahip olabilece şeilde üetilebildilei için ısla ve ili hava oşullaında izolasyon apasitelei alışılmış poselen malzemelee oanla daha iyidi. Ayıca dış yüzeyi içinde bulunan hidojen atomu sayesinde nem ve ililiğe aşı poselen malzemelee oanla daha diençlidi. Bu avantajlaına aşın bazı poblemle son 5 yıldı üeticilei yeni gelişmiş izolatöle tasalamaya yöneltmişti. ayııcılaın çizilmesi, ilenmesi çubu-ayııcı aası bağlantı hatası, eleti atlaması ayııcıla ve senteti voltaj ontol cihazlaında oona oluşumu, eletisel aıza ve su sızıntısı 6
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele madeni eşya ayımı, hatlaın opması ve düşmesi Senteti malzemelei ana başlı altında toplayabiliiz:. Temoplasti. Temoset. Lasti Lasti, uygulanan uvvetle bilitye geilmeye (uzama) uğa, uvvetin aldıılması ile bilite esi haline döne. Kuvvet uygulandığı tadide moleülle yanlaa ayaa ye değiştiile, anca çapaz bağlantı alıcı defomasyonu önle. Temoplasti polime malzemele düşü eime sıcalığına sahipti (00 С 0 С). Moleüle açıdan çapaz bağlı olmadılaı için, eime sıcalılaı altında çeşitli alıplaa soulabilile. Başlıca ategoiye ayıma mümündü soğuen istalize olanla istal hal almayanla Temoset polime malzemele ısıya bağımlıdıla, yani sıcalığın atması ile bilite ayda değe oanda meani güçleini attıı ve setleşile. Polimein içeisine atalizö malzemenin aıştıılması ile bilite aışım istenilen şele veya alıba döülebili. Bazı duumlada atalizö oda sıcalığında bile çapaz bağ oluşumunu başlatsa da genelde bu easiyonun başlatılması için ısıtılması geei. Bu tip polimele stabil olup yüle bilite şeil değiştiemezle. Senteti polimelein meani dayanılılığı sabit değildi. Zamanla uygulanan yüte bi atış olduğunda veya izolatö abul edilemez oanda youlmaya (vibasyon) mauz aldığında meani açıdan zayıflama göülü. Ayıca atomi yapı açısından düzensizli gösteile. En büyü dezavantajlaı ise temel yapıyı oluştuan abonun bağımsız halde ien olduça iyi bi ileten oluşudu. Özellile yüse sıcalılada daimi boşalımla sonucunda yüzeyde ileten abon yolla oluşabili..4 SIVI İZOLATÖLE Sıvı yalıtanla madeni, eçineli, lolu ve silionlu yağla olma üzee biço tülee ayılıla ve yüse geilim teniğinde ço önemli bi ye tutala. Bu tip yalıtanlaın eletisel dayanımlaı gazlaa göe daha yüseti ve ısısyı onvesiyon yolu ile iletile. Ayıca atı yalıtan maddelein yüzeyini havaya ve neme aşı da oula. Sıvı yalıtanla ayıca aışan özellite oldulaından, atı yalıtanlaa göe daha alın tabaala halinde ullanılabilile ve dieleti atsayılaı ço büyü olmadığı için atı yalıtanlaın eletisel zolamalaını azaltıcı yönde ol oynala. Sıvı yalıtanlaın en önemli eletisel özellilei delinme dayanımı, iletenli 7
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele ve dieleti ayıpladı. Bu özellilei sıvı içeisinde bulunan nem,yabancı maddele, gaz abacılaı ve hava boşlulaı büyü ölçüde etile. Yağla hava ile ıyaslandılaında oluşan ısının gideilmesinde (tafo sagılaı) 0-0 at daha etilidile. Ayıca atıladan falı olaa hehangi bi boşalma olayından sona eletisel özellileini gei azanabilile. sıvı cihaz bağıl fiyat petol bazlı yağla he tü senteti hidoabon ablo, apasitö - asael (cloinated hidoabon) tafo, apasitö 8 halogen hidoabon eletoni 0-40 silion tafo 0.4. TAFO YAĞI Diğe yağla içeisinde petol bazlı tafo yağlaı en ucuz ve en yaygın ullanılanıdı. Yağ emdiilmiş muavvalada ve ablolada ullanılabilile ve dieleti sabiti attıdılaı için atı izolatöün ütlesini, hacmini ve fiyatını düşüüle. Tafo yağlaı aynağına bağımlı olaa ensiz yada açı saı ente olabili. Kimyasal olaa paafin, isopaafin, naftalin gibi maddelei içeen hidoabonlaın aışımından oluşula. Sevis süesi boyunca daimi olaa yüse sıcalılaa (95 C) mauz alabilile. Bu duum da zamanla yaşlanmaya sebebiyet veebili. Önce yağın engi oyulaşı ve daha sona sıvının içeisinde asit ve eçine oluşumu başla. Oluşan bu asitleden bazılaı atı izolasyon malzemesine de zaa veip, metal paçalaın oozyona uğamasına sebep olabilile. Ayıca oluşan sulu çamu bobinlee zaa veee, yağ dolaşımını yavaşlatı ve soğumayı engelle. Ayıca yaşlanmanın hızlanmasında atalizö göevi de üstleni..4. SENTETİK YAĞLA Senteti yağla içeisinde poybutane uzun süeden bei ablolada ve yağ emdiilmiş ağıt ile aplanmış apasitölede ullanılmatadı. Senteti yağla doğal mineal yağlaa oanla eletisel özellile (dieleti dayanım) açısından üstündüle. Floaabon ve silion yağla da özel amaçlı bazı uygulamalada ullanılıla..5 GAZ İZOLATÖLE Gazla, diğe yalıtan malzemelele ıyaslandığında olduça basit ve olay bulunan izolatöledi. Günümüzde biço cihazda hava temel yalıtan malzeme olaa ullanılmala bilite, nitojen (N ), cabon-diosit (CO ), feon (CCl F ) ve sülfü-hexafloid (SF 6 ) bazı 8
. Yüse Geilim Teniği nin Gelişimi ve Yalıtan Malzemele alanlada geniş ullanım amanı bulmuşladı. Gaz yalıtanlada geilimin uygulanması ile bilite iç yapıda çeşitli easiyonla meydana geli. Eğe uygulanan geilim seviyesi düşüse, eletodla aasında üçü çapta aım gözleni; anca yalıtan madde dieleti özelliğini aybetmez. Buna aşın eğe uygulanan geilim yüsese, yalıtan gazdan aan aım aniden yüse değelee ulaşı ve eletisel delinme meydana geli. Delinme esnasında olduça güçlüileten bi boşalım oluşu ve bu da ii eletodu ısa deve ede. Delinme aşamasında uygulanabilece masimum geilime delinme geilimi adı veili. Gazlada meydana gelen eletisel boşalmala başlıca ii tiptedi. Ø atılımsız boşalım Ø daimi boşalım Kıvılcım delinmesi olaa da nitelendiilen gazladai delinmele, aslında atılımsız boşalımdan, daimi boşalıma geçişti. Delinme aşamasında oluşan yüse aımla iyonize olma olayı ile açılanmatadı. İyonizasyon, eleton ve iyonlaın nöt atom ve moleülleden oluşmalaı ve topluca anot ve atoda haeet edee yüse aımla oluştumalaıdı. Günümüzde gaz yalıtanladai delinme olaylaını açılayan başlıca ii teoi vadı. Ø townsend teoisi Ø anal boşalma teoisi Gazlada basınç, sıcalı, eleti alan yapısı, eletod yüzeylei ve ileten patiülle iyonizasyonu etileyen başlıca fatöledi. 9
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla. ELEKTİK ALANLA Yüse geilim teniğinde genelde hehangi bi değişen manyeti alanın etisi altında olmadan sadece eletisel bi yü taafından oluşan eletisel alanla inceleni. Bu aşamada ullanılan başlıca fonsiyon vadı. Bunladan biincisi otasyonel (ot) adını alıp, vetöel bi fonsiyonu yine vetöel bi büyülüğe çevimete ullanılı. ot E 0 ifadesi alanın hehangi bi manyeti değişen alana mauz almadığını ve belili bi notada ölçülen x geiliminin taip edilen yoldan (şeil.) bağımsız olaa sabit bi değede olduğunu beliti. Şeil. İi nota aasındai potansiyel faı gidilen yoldan bağımsızdı E dl 0 ve dl Edl I E 0 II olup,buadan E dl Edl I II sonucuna ulaşılı. x Kullanılan iinci fonsiyon gadyen (gad) adını alı ve sala bi büyülüğü vetöel bi büyülüğe çevimete ullanılı. E gad veya E Vetö E eleti alanın hehangi bi notasında geilimindei masimum azalmayı göstei, yani biim mesafede geilimindei azalmaya eşitti. Son olaa divejans (div) ifadesi ise, vetöel bi büyülüğü sale bi büyülüğe çevimete ullanılmatadı. div D ρ veya D ρ Buada ρ biim yüü, D ise aı yoğunluğunu göstemetedi ve pemitivite () ile eleti alanın sale çapımına eşitti. 0
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla D E Aı yoğunluğunun yüzeysel integali alındığında bu alanı oluştuan yü mitaı belileni. D n da q q D A q E A Eğe q0 olusa, bu duumda yüzeye gien ve yüzeyden çıan alan çizgilei sayısı aynıdı, asi tatide (q 0) q yüünden (şeil.) dışaıya doğu yeni eleti alan çizgilei oluşu. Şeil. Cismin içeisinde bulunan q yüü nedeniyle oluşan alan çizgilei D E ρ ve E olduğuna göe, denlemle yeniden düzenlenise, ρ veya q Bu eşitli Poisson denlemi olaa bilinmetedi. Hehangi bi yüün olmadığı duumda denlemin sağ taafı ( 0) sıfı değeini alı ve bu duumda eşitli Laplace denlemi olaa anılı.. EŞ POTANSİYEL ÇİZGİLE VE ALAN ÇİZGİLEİ Eleti alanla eşpotansiyel çizgile ve bunlaa di olan alan çizgilei (şeil.) ile temsil edilile. Eşpotansiyel çizgile geiliminin sabit olduğu notalaı gösteen çizgiledi. Alan çizgilei ise haeet etme imanına sahip üçü bi yüün taip edeceği istiameti ve yönü belile. Şeil. Eleti alan ve eşpotansiyel çizgilei
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla. ALAN HESAPLAI Eletodla aasındai alanlaın eşpotansiyel dağılıma uygun olduğunu göz önüne alaa eletostati alanlaın hesabını Laplace denlemini ullanaa yapma mümündü, anca bu yöntemle başlıca adet falı eletod onfigüasyonuna sahip alanla yeteince hassasiyetle hesaplanabili... SONSZ ZNLKTA PAALEL PLAKALA Müemmel simetiden dolayı eleti alan ( E ) onumdan bağımsız olup, he notada plaalaa diti (şeil.4). Şeil.4 İi paalel eletot aasındai eleti alan Ed x Ed olup, eleti alan E d olaa gösteili. Geçete plaalaın sonlu olmasından dolayı bitiş notalaında alan çizgileinde yoğunlaşma göülüse de, genelde yuaıdai fomül ile hesaplanan alan şiddetinin doğu olduğu abul edili. Eletotla aasında biden fazla (şeil.5) falı dieleti sabitine sahip yalıtanla olduğu halde yine aynı fomülü ullama mümündü. Bu duumda A yüzeyinden geçen aı yoğunluğu he bi yalıtanda aynı olup, meydana gelen eleti alanla aasında fa vadı. D A D A D A q E E E Şeil.5 İi ileten plaa aasına yeleştiilmiş falı dieleti özellilee sahip yalıtanla
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E d + + Ed Ed Yuaıda belitilen ifadele denlemine yeleştiilece olusa, biinci yalıtandai eleti alan, E d + d + d Denlem sayılı yalıtana göe yazılaca olusa, E d + d + d +... Pati öne: Üetim aşamasında çeşitli nedenleden dolayı yalıtan malzemelein içinde hava boşluğu alma ihtimali vadı ve bu boşlula yalıtanın eletisel dayanımı onusunda önenmli ol oynala. Şeilde.6 da göüldüğü gibi, ii eletot aasına yeleştiilmiş ve içinde boşlu olan bi yalıtanı, falı dieleti atsayılaa sahip ve aa aaya bağlanmış adet yalıtan şelinde düşünme mümündü. Bu duumda ota tabaadai içi hava dolu bölgenin dieleti sabitinin ve yalıtanın dieleti sabitinin olduğu diate alınaa E hesaplanaca olusa, E d + d + d olaa bulunu. Yalıtan içeisindei boşluğun genişliği, alan yalıtana göe ihmal edilebilece düzeyde olduğu için ( d 0), denlemi E d şelinde yazma mümündü. Yalıtanın alan ısmına eti eden alan şiddeti ise, E E d Şeil.6 İçeisinde hava boşluğu bulunan bi yalıtan Sonuç olaa boşluğa eti eden alan şiddeti, yalıtanın alan atı ısmına eti eden alan şiddetinin atına eşitti. Benze olay ii eletod aasına sııca yeleştiilmemiş ve aada bi ısım hava boşluğu bıaılmış olan düzenele için de geçelidi.
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla.. EŞMEKEZLİ SİLİNDİLE Meezde bulunan bi q yüünün (şeil.7) meezden x mesafesi uzalıta A yüzeyinden geçidiği aı yoğunluğu D ile gösteilece olusa, bu duumda q E D da Dlπx q πlx Şeil.7 Eşmeezli silindile aasındai eleti alan Oluşan potansiyel faını hesaplayabilme için eleti alanın dış silindiden, iç silindie ada olan bölge boyunca integali alınısa, Edx q πlx dx q ln πl q Yuıaıdai ifadede yeine Ex ifadesi onulaa buadan E hesaplanaca olusa, πl E x ln olaa bulunu. En yüse eleti alan içeidei silindiinin üzeinde meydana gelmetedi. E ln Eğe eletotla aasında falı dieleti atsayılaa sahip yalıtanla bulunuyosa bu duumda eleti alan, D da E πxl 4
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E x ln + ln + ln 4 +... Pati öne: Kablo veya benzei tasaım aşamasında ye aygısıyla dış iletenin yaıçapının () değiştiilemediği duumlada, iç iletenin yaıçapı değiştiilee () izolasyona eti edece minimum eleti alanın (E) oluşumuna özen gösteili. Bu aşamada eleti alanının değişenine göe tüevi alınaa sonuç sıfıa eşitlenise, de (ln( ) ) 0 0 d ln( ) opt e Biinci atmanın ince bi hava boşluğundan oluştuğu bi abloda ( ) ve ( ) E hava ln+ ln( ) E hava ln( ) Bu sonuçtan da göülebileceği gibi ablolaın içeisinde alan hava boşlulaında yalıtanın alan ısmına eti edenin atı ada bi alan şiddeti oluşmatadı... EŞMEKEZLİ KÜELE Eş meezli ii üenin meezinde bulunan bi q yüünün (şeil.8) meezden x mesafesi uzalıta A yüzeyinden geçidiği aı yoğunluğu D ile gösteilece olusa, bu duumda q D da E 4πx Şeil.8 Eşmeezli üele aasındai eleti alan Oluşan potansiyel faını hesaplayabilme için eleti alanın dış üeden, iç üeye ada olan bölge boyunca integali alınısa, Edx q 4πx dx 5
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla q 4π q Yuaıdai ifadede yeine Ex ifadesi yeleştiilee buadan E çözülüse, 4π E x olaa bulunu. En yüse eleti alan içeidei yaıçaplı üenin üzeinde meydana gelmetedi. E Pati öne: Tasaım aşamasında ye aygısıyla dış iletenin yaıçapının () değiştiilemediği duumlada, iç iletenin yaıçapı () değiştiilee minimum eleti alanın (E) oluşumuna özen gösteili. Bu aşamada eleti alanının değişenine göe tüevi alınaa sonuç sıfıa eşitlenise, de ( ) 0 d ( ) opt E Düzlemsel plaala Eşmeezli silindile Eşmeezli üele x E x d E x : sabit x d linee potansiyel değişimi d + d +... E x x ln E x : çift taaflı logaitmi ağıtta eleti alan düz bi çizgi E x ile gösteili ln ln x ln ln te taaflı logaitmi ağıtta potansiyel düz bi çizgi ile x gösteili ln + ln +... E x x E x : çift taaflı logaitmi ağıtta eleti alan düz bi çizgi ile gösteili x x çift taaflı logaitmi ağıtta potansiyel E x düz bi çizgi ile gösteili ( ) + ( ) +... 6
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla. ELEKTOD SİSTEMLEİ İÇİN YAKLAŞIK HESAP YÖNTEMLEİ ygulamada aışı hesapla yeine, yalaşı hesap yöntemlei ullanaa çeşitli eletod sistemleinin masimum eleti alanını hesaplama mümündü. Anca bu hesaplamala aşamasında diat edilmesi geeen bazı notala bulunmatadı:. E max yaıçapı üçü olan eletodun üzeindedi.. E max genel olaa yalıtan maddenin en da olduğu bölgededi.. E max yaıçapı büyü olan eletodun şeline tamamen bağlı değildi.... KÜE-DÜZLEM ELEKTOD SİSTEMİ. E max üe üzeindedi.. E max A notasında oluşu.. D düzlemi yeine yaıçapı a+ olan bi üe diate alınaa sistem eş meezli üesel eletod sistemi şelinde düşünülee E max hesaplanı. Anca oluşaca hatayı gideebilme amacıyla düzeltme atsayısı ullanılı. E max + a a, 0.86-0.94... EŞİT YAIÇAPLI YANYANA DAN ELEKTODLA. E max, A ve B notalaı aasındadı.. İi üe yeine A ve B notalaı aasından geçen bi düzlem ile bi üe sistemi diate alınaa hesap yapılabili. E max / * + a / a / Denlem sadeleştiilditen sona, E max * + a / a... SİLİNDİ-DÜZLEM ELEKTOD SİSTEMİ. E max alan şiddeti A notasında oluşu.. D düzlemi yeine yaıçapı +a olan bi silindi alınısa meydana gelece olan hata düzeltme fatöüyle gideilebili. 7
. Yüse Geilim Teniği nde Eletisel Alanla E max! ln + a $ # & " %..4. YANYANA DAN SİLİNDİİK ELEKTOD SİSTEMİ Paalel esenli ii silindii eletod silindi-düzlem eletod şieile çevilee masimum eleti alan hesaplanabili. E max! ln + a / $ # & " % 8