Alternatif ve darbe yüksek gerilimleri ile yaşlandırılmış orta gerilim yeraltı kablolarının performans analizi
Performance analysis of medium voltage underground cables aged with alternating and impulse high voltages
Yazar: CİHAT ÇAĞDAŞ UYDUR
Danışman: DOÇ. DR. OKTAY ARIKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Orta gerilim yeraltı kabloları, kablo ekleri, kablo başlıkları ve benzeri donanımların dielektrik davranışlarının izlenmesi ile farklı çalışma şartları altındaki performanslarının analizi güç sistemlerinin kesintisiz, arızasız, ekonomik ve güvenilir bir biçimde işletilmesi açısından oldukça önemlidir. 
Literatürde bulunan çalışmalarda, kablo sistemlerinin işletilmesinde meydana gelen koşulları simüle etmek için laboratuvar çalışmalarında alternatif yüksek gerilim, darbe gerilimi, sıcaklık etkisi ve mekanik kuvvetler ile hızlı yaşlandırma prosedürleri kullanılmaktadır. Yaşlandırma işlemleri sırasında, kabloların dielektrik performansının değerlendirmesi için dielektrik kayıp faktörü, reflektometre, kısmi boşalma ve benzeri tanı yöntemlerinden faydalanılmaktadır. Yaşlandırma işlemlerinin kablo yalıtkanı üzerindeki etkileri değerlendirilirken yaşlandırma öncesi ve sonrası ölçüm sonuçları dikkate alınarak, ara değerler göz ardı edilmektedir. Bu yüzden, darbe gerilimi veya alternatif yüksek gerilim ile yaşlandırılan kablonun, dielektrik performansının belirli periyotlarla ölçülerek dielektrik davranışının belirlenmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bununla birlikte, güç sistemlerinde bulunan harmonik bileşenlerin kablo üzerinde meydana getirdiği yıpranmalar ve dielektrik malzemenin gerilim harmonikleri altındaki performanslarının incelenmesi konusunda, literatürde yeni çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.
Tez çalışması kapsamında, Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği bölümü Yüksek Gerilim Laboratuvarı imkanları kullanılarak 6/10 kV ve 12/20.8 kV anma gerilimine sahip XLPE yalıtımlı orta gerilim yeraltı kabloları üzerinde yaşlandırma işlemleri gerçekleştirilmiş ve kabloların dielektrik performansı tahmin edilmiştir. Yaşlandırma işlemlerinde, alternatif yüksek gerilim ve yıldırım darbe gerilimi (1.2/50 µs, pozitif kutuplu) kullanılmıştır. Kablolar üzerinde, OMICRON CPC100/CPTD1 ölçüm cihazı ile dielektrik parametreler (kablo kapasitesi, dielektrik kayıp ve dielektrik kayıp faktörü) ve OMICRON MPD600 kiti ile kısmi boşalma ölçümü yapılmıştır. Böylelikle, alternatif yüksek gerilim ve darbe geriliminin dielektrik malzeme üzerindeki etkileri belirlenmiş ve yaşlandırmaya bağlı olarak kabloların dielektrik davranışı ortaya çıkarılmıştır. Ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi sırasında, dielektrik tanı yöntemlerinin etkinliği irdelenmiştir. Deneysel uygulama ile elde edilen veriler kullanılarak, en küçük kareler yöntemi, karar ağaçları ve yapay sinir ağları algoritmaları ile ara değer ve dış değer tahmin analizleri gerçekleştirilmiştir. Tahmin algoritmalarının başarı oranları karşılaştırılmış ve ölçüm sonuçlarının, öngörülebilirliği sınanmıştır.

Abstract:
Monitoring the dielectric behavior of medium voltage underground cables, cable splices, cable terminations and similar equipment and evaluating their performance under different operating conditions are very important in terms of uninterrupted, fault-free, economic and reliable operation of power systems.
In studies in the literature, rapid aging procedures are used in laboratory studies to simulate the conditions that occur in the operation of cable systems, with overvoltage, impulse stress, temperature effect and mechanical forces. During the aging processes, dielectric loss factor, reflectometry, partial discharge and similar diagnostic methods are used to evaluate the dielectric performance of the cables. While evaluating the effects of aging processes on the cable insulaton, intermediate values are ignored considering the measurement results before and after aging. Therefore, there is a need to determine the dielectric behavior of the cable aged by impulse voltage or overvoltage by measuring the dielectric performance of the cable at certain intervals. However, there is a need for new studies in the literature on the wear of the harmonic components in power systems on the cable and the examination of the performance of the dielectric material under voltage harmonics.
Within the scope of the thesis, aging processes were carried out on XLPE insulated medium voltage underground cables with a rated voltage of 6/10 kV and 12/20.8 kV using Yıldız Technical University Electrical Engineering Department High Voltage Laboratory facilities and the dielectric performance of the cables was estimated. Overvoltage and lightning impulse voltage (1.2/50 µs, positive polarity) were used in aging processes. On the cables, dielectric parameters (cable capacity, dielectric loss and dielectric loss factor) were measured with the OMICRON CPC100/CPTD1 measuring device and partial discharge measurements were made with the OMICRON MPD600 kit. Thus, the effects of overvoltage and impulse voltage on the dielectric material were determined and the dielectric behavior of the cables due to aging was revealed. During the evaluation of the measurement results, the effectiveness of dielectric diagnostic methods was examined. Intermediate value and external value estimation analyzes were carried out with the data obtained by the experimental application, the least squares method, decision trees and artificial neural network algorithms. The success rates of the estimation algorithms were compared and the predictability of the measurement results was tested.