Yüksek gerilim izolatörlerinde yüzeysel atlamanın azaltılması için yeni bir yaklaşım
A new approach for reducing surface flashover in high voltage insulators
Yazar: HARUN GÜLAN
Danışman: PROF. DR. MEHMET CEBECİ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Atlama gerilimi = Flashover voltage ; Darbe gerilimleri = Impulse voltages ; Su jeti = Water jet

Özet:
Yüksek gerilim izolatörlerinde kirlenme nedeniyle oluşan yüzeysel atlama olayı enerjinin kesintiye uğramasına yol açabildiğinden sistemin enerji sürekliliği açısından olumsuz bir durum oluşturur. Atlama nedeniyle oluşabilecek olan bu durumu önleyebilmek için izolatörlere uygulanabilecek çeşitli tedbirler üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır.
Yüzey kaçak akımlarının azaltılması amacıyla kaçak yolu direncinin artırılması, yani izolatör boyunun uzatılması, atlamaya karşı etkili bir tedbir olarak görülebilir. Ancak yüksek gerilimlerde izolatör boyundaki artış; direk boylarının, konsol açıklıklarının, sehim ve salınımların artmasına neden olacağından, bunların getireceği yeni sorunlar ve yüksek maliyet gibi olumsuzluklar söz konusudur.
Bu çalışmada, yıldırım darbe gerilimlerini simüle eden bir sistem Matlab/Simulink paket programı yardımıyla oluşturulmuştur. Farklı darbe gerilimleri üreten bir yapı elde edilmiştir. İzolatör yapısı, bir su jeti sistemi ile modellenerek deneyler yapılmıştır. Su jeti deney sistemi, matematiksel bir model olmayıp bir mühendislik modelidir. Bir mühendislik modeli olduğundan tamamen sistem davranışının pratik hayattaki karşılığına odaklıdır. Su jeti sistemi farklı kirlenme derecelerine sahip olacak şekilde değiştirilmiştir. Bu aşamada suyun debisi sabit bırakılmıştır.
Deneyler sırasında atlamayı azaltıcı etkisinin olacağı öngörülen indüktans eklenmiş yapılar kullanılmıştır. Kullanılan suyun sıcaklığının, tekrarlanan yıldırım darbe gerilimlerinin sayısına göre arttığı gözlenmiştir. İndüktans bağlı durumdaki deneyler sonucunda pozitif darbe gerilimlerinde atlama olayının negatif darbe gerilimindeki durumlara oranla daha düşük gerilim seviyelerinde olduğu tespit edilmiştir. İndüktans değerinin ve jet boyunun artmasının atlama gerilimini artırdığı belirlenmiştir. Yıldırım darbe gerilimleri uygulanan deneysel sistemin farklı indüktans değerine sahip yapılar sayesinde atlamayı azaltıcı, yani atlama gerilimini artırıcı etkisi gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: : İzolatörlerde kirlenme atlaması, Kirlilik direnci, Atlama gerilimi, Yüksek darbe gerilimi, Su jeti

Abstract:
Since the surface flashover caused by contamination in high voltage insulators can cause energy interruption, it creates a negative situation in terms of the energy continuity of the system. In order to prevent this situation, which may occur due to flashover, a lot of research has been done on various measures that can be applied to the insulators.
In order to reduce surface leakage currents for increasing the leakage resistance, that is extending the length of the insulator, can be seen as an effective measure against flashover. However, the increase in the length of the insulator in high voltages; there are new problems such as high costs, as it will cause the increase in post lengths, console openings, deflection and oscillations.
In this study, a system that simulates lightning impulse voltages was created with the help of Matlab/Simulink package program. A structure producing different impulse voltages was obtained. Experiments were conducted by modeling the insulator structure with a water jet system. The water jet testing system is not a mathematical model but an engineering model. As it is an engineering model, it is completely focused on the response of system behavior in practical life. The water jet system has been changed to have different degree of contamination. At this stage, the flow of water was left constant.
During the experiments, structures with added inductance, which are predicted to have a flashover-reducing effect, were used. It was observed that the temperature of the water used increased according to the number of repeated lightning impulse voltages. As a result of the experiments in inductance-connected state, it was determined that the flashover event was at lower voltage levels in positive impulse voltage compared to the situations in negative impulse voltage. It has been identified that the inductance value and the increase of the jet length increase the flashover tension. The experimental system with lightning impulse voltages has been shown to reduce the flashover, that is, the flashover voltage, thanks to structures with different inductance values.

Keywords: Pollution flashover in insulators, Pollution resistance, Flashover voltage, High impulse voltage, Water jet