Harmoniklerden kaynaklanan gerilim bozulmalarının elektriksel kısmi boşalmalar üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Abstract

Güç sistemlerinde meydana gelen harmonik bileşenler, alternatif gerilim dalga şeklini sinüsoidal biçimden uzaklaştırarak bozmaktadır. Bozuk gerilimler, aynı şebekeye bağlı diğer tüm yükleri etkilemektedir. Diğer taraftan elektriksel kısmi boşalma ölçümleri, yüksek gerilim sistemlerinin yalıtım kalitesini ve performansını değerlendirmek için tercih edilen tahribatsız deney yöntemlerinin başında gelmektedir. Bu nedenle kısmi boşalma ölçümleri yüksek gerilim endüstrisinde önemli bir yere sahiptir. Üretimi tamamlanan yüksek gerilim aygıtlarının kısmi boşalma ölçümleri laboratuvar ortamında sinüsoidal gerilimler ile yapılmaktadır. Fakat yüksek gerilim sistemleri işletme koşullarında harmoniklerden kaynaklanan bozuk gerilimler nedeniyle farklı biçimde zorlanabilmektedir.Doktora çalışmasında, harmoniklerden kaynaklanan gerilim bozulmalarının kısmi boşalmalar üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Doktora çalışması kapsamında geliştirilen faz çözünümlü kısmi boşalma ölçüm sistemi kullanılarak deneysel ölçümler gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar iki ana kısımda yapılmıştır. Birinci kısımda, kararlı boşalma kaynağı olarak tanımlanan sivri uç-yarı küre elektrot sisteminin, harmonikli ve tam sinüsoidal yüksek gerilimler altındaki davranışları incelenmiştir. İkinci kısımda yapay kusur içeren katmanlı numunelerin, Rogowski profiline sahip elektrotlar arasına yerleştirilmesiyle elde edilen deney cisimleri harmonikli ve tam sinüsoidal yüksek gerilimler ile zorlanmıştır. Deneysel çalışmalarda, farklı toplam harmonik bozulmaya sahip üçüncü veya beşinci harmonikler içeren deney gerilimleri kullanılmıştır.Harmonik bileşen içeren gerilimler ile elde edilen deney sonuçlarının, saf sinüsoidal gerilimler ile elde edilen deney sonuçlarından farklı olduğu belirlenmiştir. Sivri uç-yarı küre elektrot sistemi ile yapılan deneylerde, kısmi boşalma başlama gerilimi etkin değerinin üçüncü harmonik bileşen genliğinin artışına bağlı olarak yükseldiği ve beşinci harmonik bileşen genliğinin artışına bağlı olarak düştüğü saptanmıştır. Yapay kusur içeren deney cisimleri ile elde edilen kısmi boşalma örüntülerinden, harmonik bileşenin derecesine ve genliğine bağlı olarak kısmi boşalma darbelerinin dağılımının farklılıklar gösterdiği belirlenmiştir.

Harmonics in power systems may cause distortion on the AC sinusoidal voltage shape. These distorted voltages affect the other loads which are connected into the same network. On the other hand, partial discharge tests are the favor non- destructive experimental method for assessment of the high voltage systems insulation performance and quality. This makes partial discharge tests very important for high voltage industry. Upon completion of the construction stage of high voltage equipments, the partial discharge tests of these equipments are done with pure sinusoidal voltage in high voltage laboratory conditions. However the operating conditions may be differed due to the voltage distortion caused by harmonics. This put electrical stress on the equipments in a different way.In this study, the effects of the distorted voltages due to harmonics on partial discharges are analyzed through experimental methods. The experimental measurements are carried out via Phase Resolved Partial Discharge Measurement System which is developed within the scope of the study. The experiments are done in two stages. In the first stage, the hemisphere-point electrode system as a referred stable discharge source has been analyzed on the high voltage with and without harmonics. In the second stage, the three layer samples with artificial defect are placed between two disc electrodes similar to Rogowski profile. Then the sample has been tested on high voltage with and without harmonics. The distorted voltages with third and fifth harmonic components and different total harmonic distortion values are used through the all experiments.The experimental results show that the test voltages with harmonic components may cause different behavior responses. For instance, the tests performed on the stable discharge source show that the effective value of the partial discharge inception voltage depends on the degree of the harmonic. The third harmonic component may cause decrement in the effective value of inception voltage, while the fifth harmonic components may causes increment. The partial discharge patterns of the test samples with artificial defect show that the partial discharges may scattered into wide phase angle, in the case of fifth harmonic. However the partial discharges may heap close to the zero pass of the test voltage in the case of the third harmonic