Yeraltı kablo eklerinde yüzeyde iz oluşumu hatasının incelenmesi
An investigation of surface tracking failure in underground cable joints
Yazar: MEHMET MURAT İSPİRLİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYSEL ERSOY YILMAZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Üretim yöntemlerinin gelişmesiyle beraber, polimerler elektriksel yalıtımı sağlamak amacıyla elektrik-elektronik sektöründe yaygın şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Elektriksel yalıtım elektrik iletim ve dağıtım sistemlerinin sürekliliği için çok önemli bir role sahiptir. Polimerler, üretim, erişim ve maliyet konularında önemli bir avantaja sahip olmasına rağmen nemli ve kirli şartlar altında yüzeyde iz oluşumuna yatkındırlar. Yalıtım sistemlerinde kullanılan polimerlerin nemli ve kirli şartlar altındaki yüzeyde iz oluşumu direncini belirlemek için bazı standartlar mevcuttur. Bunlardan birisi karşılaştırmalı yüzeysel boşalma indeksi deney yöntemidir. Bu deney yöntemi ASTM D5288, ASTM D3638 ve IEC 60112 standartlarında yer almaktadır.  
Kablo ekleri, yalıtım malzemesi ile kablo iletkeni arasındaki ara yüzeyde bulunmasından dolayı, yeraltı enerji iletim sistemlerinin en zayıf kısmıdır. Ticari olarak üretilen enerji kablolarının sonlu uzunlukta üretilmesi sebebiyle, bir yeraltı enerji iletim hattında kablo ekleri sıklıkla kullanılmaktadır. Yeraltı kabloları ağır çalışma şartlarında (toz, kir, nem gibi)  hizmet vermektedirler. Bu sebeple, yeraltı kablolarının bağlantı noktalarında kullanılan polimerlerin iz oluşumu direncinin belirlenmesi gerekmektedir. 
Bu çalışmanın ilk kısmında, alçak gerilim yeraltı kablo eklerinde dolgu malzemesi olarak kullanılan PU bazlı dolgu malzemesinden laboratuvar şartlarında vakum ortamında eşdeğer numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan bu numeneler, İstanbul Üniversitesi Yüksek Gerilim Laboratuvarında ASTM D5288 standardına göre kurulan CTI deney düzeneğinde denenmiştir. Hazırlanan numunelerin ağırlıkları, deneyden önce ve deneyden sonra 0.1 mg hassasiyetine sahip analog terazi ile ölçülmüştür. Numuneler hazırlanan deney düzeneğinde 600 V, 500 V, 400 V ve 300 V gerilimler altında denenmiş ve deneyin güvenirliğinin sağlanması için her gerilim seviyesinde deneyler 5 kez tekrarlanmıştır. Numune yüzeyinde karbonlaşmanın başladığı damla sayısı, numune yüzeyinde sürekli boşalmaların oluşmaya başladığı damla sayısı ve numune yüzeyinden 2 s boyunca 0.5 A ve üstü akımın aktığı damla sayısı deneyler sırasında not edilmiştir. 
Çalışmanın ikinci kısmında, deneyler sırasında numune yüzeyinden kaydedilen kaçak akımlar, lineer olmayan zaman serilerinin analizinde sıklıkla kullanılan yineleme haritaları yöntemi ile analiz edilmiştir. Daha sonra, bu analizler sonucunda elde edilen yineleme haritalarının nicel analizleri yapılmıştır. Bu analizler, numune yüzeyinde karbonlaşmanın başladığı damlanın buharlaşması ve numune yüzeyinde sürekli boşalmalar oluşmaya başladıktan sonraki 20. damlanın buharlaşması durumları için yapılmıştır. Yineleme haritaları yöntemi ve yineleme haritalarının nicel analizi ile yineleme haritaları (RP), yineleme oranı (RR) ve belirlenim oranı (DET) elde edilmiştir. Elde edilen bulgular ile numunelerin iz oluşumu performansı değerlendirilmiştir. Numunelere uygulanan gerilim seviyesinin artmasıyla yineleme nokta yoğunluğu, yineleme oranı (RR) ve belirlenim (DET) azalmıştır.
Bu çalışmada, bir yeraltı kablo eki dolgu malzemesi olan PU numunelerin yüzeyde iz oluşumu performansı değerlendirilmiştir. Deneyler sonrasında, uygulanan gerilim seviyesinin artması ile numunelerin ağırlık kaybı, numune yüzeyinde oluşan izin boyut ve derinliği artmıştır. Deneyler sırasında yalnızca 600 V gerilim altında yapılan deneylerde numune yüzeyinden 2 s boyunca 0.5 A ve üzeri akım akmıştır.

Abstract:
Polymers have started to be widely used in the electrical-electronics sector with the development of manufacturing methods in order to provide electrical insulation. Electrical insulation has a very important role for sustainability of electrical distribution and transmission systems. Even though polymers have important advantages in manufacture, access, and cost issues, they prone to surface tracking under the humid and the dirty conditions. There are standards for determining the surface tracking resistance of the polymers used in insulation systems under the humid and dirty conditions. One of them is comparative tracking index test method. This method takes places in ASTM D5288, ASTM D3638 ve IEC 60112  standards. 
Cable joints are the weakest part of underground energy transmission systems, due to the presence at the interface between the insulation material and the cable conductor. Because commercial energy cables are produced in a finite length, cable joints are frequently used in an underground energy transmission line. Underground cables are served under the heavy service conditions (dust, dirt, humidity etc.). So, tracking resistance of polymers used in joint points of underground cables need to be determined.
In the first section of the study, equivalent specimens were prepared under vacuum conditions in laboratory conditions from PU based filling material used as filler material in low voltage underground cable joints. Prepared specimens were tested in established CTI test setup according to ASTM D5288 test standard in İstanbul University High Voltage Technique Laboratory. The weights of the prepared samples were measured with an analogue balance of 0.1 mg before and after experiment. Specimens were tested in prepared test setup under 600 V, 500 V, 400 V and 300 V voltages and experiments were repeated 5 times at each voltage level for provided reliability of experiments.  Number of drops the beginning of carbonization on the sample surface,  number of drops the permanent discharges begin to occur on the sample surface and the number of drops current flowing 0.5 A and over for 2 s from the sample surface were noted during the experiments. 
In the second section of the study, leakage currents recorded from sample surface during the experiments were analyzed with recurrence plot method, which used frequently in non-lineer times series analysis. Later, quantification analysis of recurrence plots obtained as a result of these analyses was made. These analyses were performed for evaporation of drop the beginning of carbonization on the sample surface and evaporation of 20th drop after the permanent discharges begin to flow on the sample surface situations. Recurrence plots (RPs), recurrence rate (RR), determinism (DET) were obtained with recurrence plot (RP) method and recurrence quantification analysis (RQA).  Tracking performance of samples was evaluated with these obtained results. Recurrence points density, recurrence rate (RR) and determinism were decreased with increasing applied voltage level to the specimens. 
In this study, tracking performance of PU samples, which were used as underground cable joint filling material, was evaluated. After the experiments, weight loss of samples, tracking size, and depth on the surface of the sample was increased with increasing applied voltage level. During the experiments, 0.5 A and over for 2 s from the sample surface flowed only under the 600 V voltage.