Elektriksel yalıtım sistemlerinde kullanılan polimerik izolatörlere bor katkısı ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Investigating boron contribution and electrical properties of polymeric insulators used in electrical insulation systems
Yazar: AYSEL ERSOY
Danışman: PROF.DR. AYTEN KUNTMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bor mineralleri = Boron minerals ; Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Yalıtım malzemeleri = Insulating materials

Özet:
Günümüzde polimer yalıtım sistemleri çeşitli avantajları nedeniyle iletim ve dağıtımhatlarında giderek artan miktarda kullanılmaktadır. Kendi başlarına kullanım alanlarıçok kısıtlı olan bu izolatörlere çeşitli katkılamalar yapılarak kullanım alanlarınıgenişletmek mümkündür. Bu çalışmada Türkiye ve Amerika Birleşik Devletlerindeyüksek miktarda rezervi bulunan bor mineralleri polyester yalıtkanlara katkılanmış veelektriksel özelliklere olan etkisi incelenmiştir. Bor minerali olarak tinkal, uleksit,kolemanit ve sassolitten yararlanılmıştır.Çalışmanın ilk bölümünde farklı tür ve konsantrasyonda bor minerali ile hazırlananpolyester örnekler ASTM D2303 yüzeyde iz oluşumu test metoduna uygun olarakdenenmiştir. İki farklı durumda test edilen örneklerde ilk grupta örnekler normalkoşullarda, ikinci grupta önceden yapay olarak yatay tireşim etkisinde yorulduktansonra test edilmiştir. Deneysel çalışmaların sonucunda katkısız örneklerin ömürsürelerinin yatay titreşim etkisinde yorulduktan sonra % 40 azaldığı gözlenmiştir.Titreşim etkisi altında yorulan kompozit örneklerin ömür süresinin borkonsantrasyonundan bağımsız olarak % 70 ile % 80 arasında azaldığı yapılan çalışmadagözlenmiştir.Tinkal katkısının polyester örneklerin iz oluşumu davranışına olan etkisi kaçak akımıntemel ve harmonik bileşenleri kullanılarak incelenmiş ve bozulmanın değişiminiincelemede kullanılabilir olduğu belirtilmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC)analizi ile polyester örneklere tinkal katkılaması sonrası camsı geçiş ve bozulmasıcaklığındaki değişim çıkarılmıştır. Tinkal katkısı polyesterin camsı geçiş sıcaklığınıarttırmış, bozulma sıcaklığını ise ağırlıkça % 0.5 tinkal katkılaması dışında azaltmıştır.Katkısız ve tinkal katkılı örneklerin yüzeylerindeki değişimler taramalı elektronmikroskobu (SEM) altında incelenmiştir. Yüzeyde iz oluşumu deneyleri sonrasındatinkal katkısı ile örnek yüzeylerinde bozulma sonrası oluşan camsı yapı gözlenmiştir.Sonlu elemanlar yöntemi ile örnek yüzeylerindeki iz oluşumlarının simulasyonuyapılmış ve teorik olarak elektrik alan değerleri çıkarılmıştır. Deneysel çalışmalardanelde edilen sonuçlardan tinkal konsantrasyonun polyester örneğin güvenilirliğineetkisini veren bir fonksiyon Weibull istatistik modeli kullanılarak elde edilmiştir.

Abstract:
Recently polymeric insulators used in both distribution and transmission systems gainedpopularity due to their excellent insulating properties. Although in practice they havelimited application area without any additives, the addition of several types of mineralshas been found to improve insulating properties in the resulting composite. In this study,several types of boron minerals (tincal, ulexite, colemanite, sassolit) which are widelyfound in Turkey and USA, were used as an additive to polyester resin and their effect onthe resulting composite has been investigated in detail.In the first part of the study polyester samples prepared with different type andconcentration of boron minerals have been tested according to ASTM D2303 surfacetracking test method. Initially samples are tested under two different conditions, such aswith and without any vibration effect. The test results revealed clearly that the usefullifetime of polymeric insulators without any additives has reduced up to 40% when theyare subjected to lateral vibration for a certain time. However the same level of vibrationeffect has significantly accelerated the ageing process and hence reduced the lifetime ofcomposite insulators (up to 70%-80%) regardless of the boron concentration.The insulating properties of composite samples prepared with polyester resin as themain substance and tincal as additive, have been investigated by measuring thefundamental and harmonic frequencies of the leakage current flowing over the surfaceof the test sample. By using Differential Scanning Calorimeter (DSC) the change inglass transition and degradation temperature of polyester samples containing tincal asadditive has been analysed. Although tincal has slightly increased the glass transitiontemperature of polyester samples, it has a negative effect on the degradationtemperature except for samples containing up to 0.5% tincal as an additive. Themorphologies of the samples with and without tincal minerals were observed by using ascanning electron microscope (SEM). This analyse revealed clearly that tracking imagesof polyester samples containing tincal as additive have glass type surfaces.With using finite element method (FEM) the surface tracking patterns have beensimulated and also electrical field values have been calculated. Also by using Weibullstatistics, a special reliability function has been derived, which indicates the remaininglifetime of the polymeric samples according to the tincal concentration.