Orta gerilim kablolarında meydana gelen kısmi boşalmaların ileri sinyal işleme teknikleriyle incelenmesi
Investigation of partial discharges in medium voltage cables with advanced signal processing methods
Yazar: FATİH SERTTAŞ
Danışman: PROF. DR. FATİH ONUR HOCAOĞLU
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Destek vektör makineleri = Support vector machines ; Elektriksel boşalma = Electrical discharge ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; Yüksek gerilim = High voltage ; İşaret işleme = Signal processing

Özet:
Orta gerilim ve yüksek gerilimde kullanılan katı ve sıvı yalıtkanlarda, kısmi boşalmalara (deşarjlara) bağlı olarak uzun bir süreç içerisinde oluşan ve yıkıcı düzeylere ulaşan fiziksel hasarlar meydana gelmektedir. Yüksek ve orta gerilimlerdeki tüm arızaların %80 oranında kısmi boşalmalara bağlı yalıtım sorunlarından kaynaklandığı standartlarda belirtilmiştir. Meydana gelen bu hasarlar, yüksek gerilim sisteminin zarar görerek çalışamaz hale gelmesine sebep olabildiği gibi ölümle sonuçlanabilen kazalara da yol açabilmektedir. Dolayısıyla, bu boşalma olaylarının sınıflandırılması, olası arıza türünün ve yerinin önceden tespit edilmesi ve buna göre gerekli önlemlerin alınması, hem sistemin kesintisiz çalışması, hem de olası istenmeyen iş kazalarının önüne geçilmesi açısından büyük önem arz etmektedir. 
Doktora tez çalışması kapsamında orta gerilim dağıtım şebekesinin en önemli bileşenlerinden olan ve sistem için maliyet açısından büyük önem arz eden orta gerilim kablolarında meydana gelen KB'lerin türlerinin ve konumlarının belirlenmesi uygulamaları yenilikçi yöntemlerle gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda ilk adım olarak farklı boşalma olayının gözlemlenebilmesi amacıyla, çapraz bağlı polietilen yalıtımlı (cross linked polyethylene-XLPE) kablolar üzerinde yapay hasarlar oluşturulmuştur. Bu hasarlar kablonun dielektrik kısmında meydana getirilmiştir. Kablo imalatı veya montajı sırasında oluşabilecek kusurların benzetimi yapılmıştır. İkinci aşamada ise, ilk aşamada üretilen, yalıtımlarında belirli noktalarda hasarlanmış kablo numunelerine, çeşitli genliklerde yüksek gerilimler uygulanarak çok sayıda farklı deney yapılmıştır. Çeşitli verilerin toplanması sağlanmıştır. Deneyler esnasında kısmi boşalma verileri kablolar üzerinden ölçülüp kaydedilmiştir. Deneyler, Afyon Kocatepe Üniversitesi Elektrik Mühendisliği bünyesinde bulunan yüksek gerilim laboratuvarında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler üzerine, öznitelik çıkarma amaçlı istatistiksel hesaplamalar, Fourier dönüşümleri ve bu dönüşümlerin istatistiksel öznitelikleri, faz çözünümlü kısmi boşalma (phase resolved partial discharge-PRPD) analizleri uygulanmıştır. Destek vektör makineleri, yapay sinir ağları, k en yakın komşuluklar, dalgacık dönüşümleri gibi güncel ve alanda kabul görmüş yöntemler kısmi boşalma verilerine arıza türü ve konumu sınıflandırmak için uygulanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Çalışmanın son adımında, ilk kez bu tez çalışması kapsamında Mycielski-Markov hibrit yaklaşımının farklı kusurlara sahip XLPE kablolarının sınıflandırılmasında ve XLPE kablolarında meydana gelen boşalma olayının modellenmesindeki performansı denenmiş ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Abstract:
In the solid and liquid insulators used in medium voltage and high voltage, physical damages occur in a long process due to partial discharges and reach destructive levels. It is stated in the standards that all faults at high and medium voltages are caused by insulation problems due to partial discharges of 80%. These damages can cause the high voltage system to become damaged and fail to work, as well as lead to fatal accidents. Therefore, the classification of these ejaculation events, determining the possible malfunction type and location in advance and taking the necessary precautions accordingly are of great importance in terms of both uninterrupted operation of the system and preventing possible unwanted work accidents.
Within the scope of the doctoral thesis study, the practices of determining the types and locations of partial discharges in the medium voltage cables, which are among the most important components of the medium voltage distribution network and which are of great importance in terms of cost for the system, have been carried out with innovative methods. In this context, as a first step, artificial damages have been created on cross-linked polyethylene insulated (XLPE) cables in order to observe different discharge events. In the second stage, many different experiments were carried out by applying high voltages in various amplitudes to the cable samples produced in the first stage and damaged at certain points in their insulation. During the experiments, partial discharge data were measured and recorded on cables. Experiments were carried out in the high voltage laboratory of Afyon Kocatepe University Electrical Engineering. Statistical calculations, Fourier transforms and statistical features of these transformations, phase resolution partial discharge (PRPD) analyzes were applied on the obtained data. Current and accepted methods in the field such as support vector machines, neural networks, nearest neighborhoods, wavelet transforms have been applied to partial discharge data to classify the type and location of the fault and successful results have been obtained. In the last step of the study, for the first time, within the scope of this thesis, the performance of Mycielski-Markov hybrid approach in the classification of XLPE cables with different defects and modeling of the discharge occurrence in XLPE cables has been tried and successful results have been obtained.