Yüksek gerilimde kullanılan sıvı yalıtkanlara ait elektriksel parametrelerin incelenmesi
Analyses of the electrical parameters of liquids used in high voltage technology
Yazar: EYÜP TASLAK
Danışman: PROF. DR. CELAL KOCATEPE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünyada elektrik enerjisine olan ihtiyacın artmasıyla birlikte transformatör, reaktör, kademe değiştirici, kesici, kondansatör, kablo, geçit izolatörü vb. güç donanımlarına olan ihtiyaç da artmaktadır. Dünya genelinde birkaç milyar litre yalıtım sıvısı bu güç donanımlarında soğutma sıvısı olarak, fazlar arasını yalıtmak, kondansatörlerde dielektrik sıvı olarak ve kâğıt bileşimlerinin emprenye edilmesinde kullanılmaktadır. Bu donanımların istenen biçimde çalışmaları, arıza yapmamaları ve uzun ömürlü olmaları güç sisteminin sürekli, güvenilir ve ekonomik işletimi açısından büyük önem arz etmektedir. Elektrik tesislerinde, bu amaçla kullanılan farklı kimyasal, fiziksel ve dielektrik özelliklere sahip çeşitli yalıtım sıvılarına ihtiyaç duyulmaktadır. Kullanılan yalıtım sıvısının özellikleri yalıtım sıvısının fiyatı üzerinde de önemli etkiye sahip olmaktadır. Yalıtım ve soğutma için kullanılan pek çok sıvı yalıtkan bulunmakla birlikte elektrik cihazlarında en yaygın olarak kullanılan yalıtım sıvısının mineral yağlar olduğu bilinmektedir. Endüstriyel olarak kullanılan güç donanımlarında, 100 yıldan uzun bir süredir bu yağların tercih edilme sebepleri, ekonomik olmaları, bulunabilirliğini ve güvenirliliğini ispatlamış olması olarak sıralanabilir.
Bu tez çalışmasında mineral yağların dielektrik özelliklerini elektriksel açıdan etkileyen parametreler deneysel olarak araştırılmış ve elde edilen sonuçlar ortaya konulmuştur. Yüksek gerilimde kullanılan donanımın en uygun tasarımı için, yalıtım sıvılarının farklı gerilim seviyelerinde, farklı elektrot geometrilerinde, farklı sıcaklık ve farklı frekanslardaki davranışlarının bilinmesi gereklidir. Bu nedenle, deneysel çalışmada ilk olarak sıcaklık, elektrot geometrisi, gerilim artış hızı ve nem miktarının mineral yağın delinme gerilimi üzerinde etkileri araştırılmıştır. Daha sonra sıcaklık, frekans ve gerilim değişimlerinin mineral yağa ait dielektrik kayıp faktörü, güç kaybı ve bağıl dielektrik katsayısı üzerinde meydana getirdiği değişimler incelenmiştir.
Tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde literatürde yapılan çalışmalar, tezin amacı ve hedefi verilmiştir. Bölüm 2'de elektrik tesisleri güç donanımlarında kullanılan yalıtım sıvısı çeşitleri ve bu sıvıların dielektrik özelliklerinin karşılaştırılması yapılmıştır. Bölüm 3'de sıvı yalıtkanlarda delinme teorisi, dielektrik kayıp faktörü, güç kaybı, bağıl dielektrik katsayısı ve nemin etkisi kavramları anlatılmıştır. Bölüm 4'de yalıtım sıvılarına uygulanan elektriksel, fiziksel ve kimyasal testler ve bu testlerde kullanılan standart test metodları sunulmuştur. Bölüm 5'de gerçekleştirilen deneysel çalışmada elde edilen parametrelerin ölçülmesindeki yöntemler tanıtılmıştır. Son bölümde elde edilen deney sonuçları sunularak tartışılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Yalıtım sıvıları, delinme gerilimi, dielektrik kayıp faktörü, dielektrik güç kaybı, bağıl dielektrik katsayısı

Abstract:
In the world, with the increase of the need for electrical energy, the need for power equipment such as transformer, load tap-changer, breaker, capacitor, cable and bushing is also increasing. Worldwide, several million liters of insulating liquids are used as coolant liquid, insulation between phases and impregnant of paper compositions. Having long life, not being failure and regular operation of these equipment have great importance in term of steady, reliable and economic operation of the power system. In electrical facility, various insulating oils, which have different chemicals, physical and dielectric properties used for this purpose are needed. Properties of insulating liquid used have also a significant effect on the price of the insulating liquid. Although there are many liquids for cooling and insulating, it is known that mineral oils are the most commonly used insulating oil in electrical equipment. In industrial power equipment, the reasons of preference of these oils for more than 100 years can be listened as being economical, avaliability and proven reliability.
In this thesis, the parameters which affect the electrical dielectric properties of mineral oils are experimentally investigated and the results obtained are presented.
For the optimal design of equipment used in high voltage, it is necessary to known how the oil parameters change in different voltage levels, electrode geometry, frequency and temperature. Therefore, in the first experimental study, the effects of electrode geometry, voltage rise rate and humidity factors on breakdown voltage has been investigated. Then, the effects of temperature, frequency and voltage changes on dielectric dissipation factor, power loss and relative permittivity of mineral oil have been analysed.
Thesis study consists of six chapters. In the first chapter of the study, studies in literature and aims and objectives of the thesis are given. In second chapter, insulating liquids used in power equipment of electrical systems and dielectric properties of these liquids are given as comparative. In third chapter, concepts such as breakdown theory, dielectric dissipation factor, power loss, relative permittivity and the effect of humidity are explained. In fourth chapter, the electrical, physical and chemical tests and the standard test methods used in these tests are presented. In fifth chapter, measurement methods of the parameters obtained in the experimental studies are introduced. The last chapter, the experimental results obtained from the tests are presented and discussed.

Keywords: Insulating liquids, breakdown voltage, dielectric dissipation factor, dielectric power loss, relative permittivity