Zincir izolatörlerde elektrik alan dağılımının incelenmesi

Abstract

II ÖZET Doktora Tezi ZİNCİR İZOLATÖRLERDE ELEKTRİK ALAN DAĞILIMININ İNCELENMESİ Mehmet CEBECİ Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı 1991, Sayfa: 123 Bu tezde, Sonlu Elemanlar Yöntemi yardımıyla yüksek gerilim hatlarında kullanılan zincir izolatörlerin elektrik alan dağılım! an hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, deneysel çalışma sonuçlan ile karşılaştın İmi ştır. Bu amaçla önce, çalışmanın literatürdeki ve uygulamadaki yeri araştın İmi ştır. Aynca Sonlu Elemanlar Vönteminin özellikleri, elektrik alan problemlerinin çözümünde sağladığı üstünlükler ve çözüm bölgesini otomatik olarak bölmelemenin gerekliliği incelenmiştir. Açık sınırlı alan özelliği gösteren izolatör problemlerinde, sınır şartlannın uygulanması esnasında ortaya çıkan sorunlar belirlenmiştir. Daha sonra, çevre şartlanndan dolayı izolatör yüzeyinde oluşan kir tabakası iletkenliğini içeren kompleks dielektrik sabiti tanımlanmış veIll hesaplara nasıl katılacağı gösterilmiştir. İzolatörlerin, statik ve dinamik elektrik alan dağılımlarının hesabı için kapasitif ve rezistif-kapasitif eşdeğer devre modelleri elde edilerek Sonlu Elemanlar Yöntemi, bu modellere uygulanmıştır. Çözüm bölgesine ilişkin verilerin otomatik olarak üretimi için yapılan çalışmalar sonucunda, izolatörler gibi eğrisel kenarlı teçhizatın kenarlarına iyi bir şekilde uyum sağlayan bir bölmeleme tekniği ve buna ilişkin otomatik veri üretim programı geliştirilmiştir. Program, sistem denklemlerinin küçük bir band genişliğine sahip olmasını sağlayacak şekilde üretilen verileri düzenlemektedir. Ayrıca bu program yardımıyla zincir izolatör, çubuk izolatör, parafudr gibi üst üste gelen elemanları veya bölümleri, aynı şekil ve yapıya sahip olan malzemelere ilişkin çözümlerde, malzemenin elemanlarından biri veya bir bölümü için hazırlanan küçük bir başlangıç bilgisinden, çözüm bölgesine ilişkin tüm veriler üretilebilmektedir. Zincir izolatörde, elemanları birleştiren metal bölge sınırlarında düğüm potansiyellerinin eşit olması şartı, sistem denklemlerine dahil edilerek çözümler elde edilmiştir. İki elemandan oluşan zincir izolatör için, bu sınır şartının uygulanmasında Lagrange çarpanları kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için iletken kağıt yönteminden yararlanılmıştır. Statik alan dağılımları elde edilen temiz zincir izolatörlerin deney ve bilgisayar sonuçlan çizdirilerek, karşılaştırmalar yapılmıştır. Dinamik alan dağılımı hesaplanan kirli izolatörlere ilişkin bilgisayar sonuçlan da aynca verilmiştir.

IV SUMMARY Ph.D. Thesis THE INVESTI6ATI0N OF ELECTRIC FIELD DISTRIBUTION IN INSULATOR CHAINS Mehmet CEBECİ Fırat University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electrical and Electronics Engineering 1991, Page: 123 In this study, the electric field distribution has been computed in insulator chains employed in high voltage lines by using Finite Element Method (FEM). Theoretical results have been compared with the experimental results. For this purpose, first the place of this work has been investigated in the application and the litareture. Furthermore, the features of the FEM, superioty of the method in the solution of the electric field problems and the necessity of the automatic mesh generation have been analyzed. In the insulator problems showing a feature of open boundary, the problems arising in the application of the boundary conditions have been determined. Then, the complex dielectric constant which includes the conductivity of the pollution film caused by environmental conditions hasbeen defined and how to take this constant into the calculations has been explained. The capasitive and the resistive-capasitive equivalent circuit models for the calculation of dynamic and static electric field distributions in the insulators have been obtained and then the FEM has been applied to this models. As a results of studies, for the automatic generation of the data in the solution region, a mesh generation technique well-fitting to the sides of the curved boundary equipment such as insulators, and a data generation program related to this have been developed. The program organizes the generated data in order to make the band width of the resulting system equations narrow. Additionally, by using this program, the insulator units or sections are on the top of the others such as insulator chain, rod insulator, surge arrester in the solutions related with the materials which have a same shape and structures, all of the data in the solution region can be produced from a little initial information has been prepared for one of the units or one section. In the insulator chain, the solutions have been obtained by inserting the condition that the node potentials are equal in the boundaries of the metal parts connecting the insulator units, into the system equations. For the insulator chain with two units, the Lagrange Multipliers are used to apply this boundary condition. The conductive paper method has been employed for the experimental studies. The experimental and computer results of static field distribution obtained from clean insulators have been drawn and some comperative conclusions have been made. Additionally, the numerical results of dynamic field distribution computed have also been given for the polluted insulators.