Temel Yüksek Gerilim Tekniği Cilt 2 / Prof. Dr. Celal Kocatepe (86067)

ÖNSÖZ

Yüksek gerilim, hiç şüphesiz elektrik enerjisinin yaygınlaşmasında ve buna bağlı olarak kullanımında önemli rol oynamaktadır. Elektrik enerjisinin üretiminden dağıtımına, iletiminden çeşitli alanlarda kullanımına kadar, yüksek gerilime gereksinim duyulduğu büyük bir gerçektir. “Temel Yüksek Gerilim Tekniği” kitabı üniversitelerimizde okutulan yüksek gerilimle ilgili konuları içermekte olup kitapta, temel kavramlardan başlanarak konular açıklanmış, standartlar verilmiş ve konuların anlaşılır olmasına özen gösterilmiştir.
“Temel Yüksek Gerilim Tekniği” kitabı iki cilt halinde hazırlanmış olup Cilt 1 sekiz bölümden, Cilt 2 altı bölümden oluşmaktadır. Cilt 1 kapsamında yer alan bölümler, yüksek gerilimin kullanımı ve çeşitleri, yüksek gerilimlerin üretilmesi, yüksek gerilimlerin ölçülmesi, statik elektrik alan ve koordinat sistemleri, tek tabakalı elektrot sistemleri, çok tabakalı elektrot sistemleri, elektriksel boşalma olayları ve korona boşalması ile dielektrik kayıp, dielektrik malzemenin eşdeğeri ve ölçümleri adlı bölümlerdir. Cilt 2 kapsamında yer alan bölümler ise, iç aşırı gerilimler, dış aşırı gerilimler ve yıldırım boşalması, yürüyen dalgalar, aşırı gerilim koruma elemanları, yüksek gerilim laboratuvarları ve yüksek gerilim deneyleri ile yalıtım koordinasyonu adlı bölümlerdir.
Bu kitabın hazırlanmasında bana destek olan değerli aileme öncelikle teşekkür ederim. Kitabın hazırlanması sırasında önemli öneri ve katkılarda bulunan kıymetli insan, değerli hocam, Sayın Prof. Dr. Özcan Kalenderli’ye özellikle teşekkürü borç bilirim, yine kitabın hazırlanmasında değerli katkılar sunan vefakâr insan, değerli arkadaşım, Oktay Arıkan’a çok teşekkür ederim.
Yüksek gerilim konularının anlaşılması ve öğrenilmesinde “Temel Yüksek Gerilim Tekniği” kitabının meslektaşlarımıza ve öğrencilerimize yararlı olmasını diler, kitabın hazırlanması ve basımı sırasında emeği geçenlere teşekkür ederim.
Eylül 2023, İstanbul
Prof. Dr. Celal KOCATEPE

İÇİNDEKİLER

1. BÖLÜM
İÇ AŞIRI GERİLİMLER …...…………..………………..…………….1
1.1 Giriş …...………………………………..………………………….…1
1.2 İç Aşırı Gerilimin Kaynakları …...……..…………………………..…3
1.3 Geçici Aşırı Gerilimler …...…………….…………………………….5
1.3.1 Şebekede Ani Yük Kaybı …...………………………………………6
1.3.2 Ferranti Etkisi …...………………………………………………….7
1.3.3 Arıza Durumu .…………………………………………………….13
1.3.4 Doyma …...………………………………………………………..15
1.3.5 Kapasitif Yüklerin Devreden Çıkması …...………………………..17
1.3.6 Endüktif Yüklerin Devreden Çıkması ……………………………..21
1.3.7 Rezonans ve Ferrorezonans …...…………………………………..23
1.4 Anahtarlama Aşırı Gerilimleri …...………………………………….26
1.5 Önlemler …...………………………………………………………..29
1.5.1 Devreye Seri Direnç Alma …...……………………………………30
1.5.2 Kesici Kontak Kapanmasının Eşzamanlı Olması ………………….31
2. BÖLÜM
DIŞ AŞIRI GERİLİMLER VE YILDIRIM BOŞALMASI …...……35
2.1 Giriş …...………………………………………………………….…35
2.2 Dış Aşırı Gerilimler …...…………………………………………….35
2.3. Yıldırım Boşalması ……..…………………………………………..36
2.3.1 Yüklerin Oluşumu …...……………………………………………38
2.3.2 Yıldırım Sıklığı Oranı ……………………………………………..39
2.3.3 Yıldırım Boşalmasının Gelişim Aşamaları ..………………………41
2.4 Yıldırım Çakması (Çarpması) …..…………………………………..46
2.5 Boşalma Noktasından Uzaklaştıkça Potansiyel Değişimi …………...52
2.6 Yıldırımın İletim Sistemine Boşalması ...……………………………54
2.6.1 Direğe Yıldırım Boşalması ..………………………………………58
2.6.2 Faz İletkenine Yıldırım Boşalması .…..……………………………60
2.6.3 Koruma İletkenine Yıldırım Boşalması …..……………………….61
2.7 Yıldırımdan Korunma ……………………………………………….62
2.7.1 Yıldırımdan Korunma Yöntemleri ………………………………...63
2.7.1.1 Koruyucu Açı Yöntemi .….……………………………………...64
2.7.1.2 Yuvarlanan Küreler Yöntemi ...………………………………….69
2.7.1.3 Kafes Yöntemi ..…………………………………………………70
2.7.2 Yıldırımdan Korunmada Diğer Uygulamalar ...…………………...71
2.7.3 Enerji İletiminde Korunma ...……………………………………...73
3. BÖLÜM
YÜRÜYEN DALGALAR …...……………………………………...…81
3.1 Giriş ...…………………………………………………………….…81
3.2 Yürüyen Dalga Eşitlikleri ...…………………………………………83
3.3 Kayıpsız Bir İletim Hattındaki Yürüyen Dalgalar ...………………..88
3.4 Dalga Empedansı ve Dalga Zayıflaması…………………………….91
3.5 Yürüyen Dalganın Yansıması ve Kırılması ….………………………94
3.5.1 Düğüm Noktasındaki Dalgalar ...………………………………….94
3.5.2 Kayıpsız Bir Hattaki Akım ve Gerilim Eşitlikleri …………………96
3.5.3 Kayıpsız Hatta Yansıma ve Kırılma Katsayıları ………………….99
3.5.4 Çeşitli Hatlarda Yansıma ve Kırılma ...…………………………..102
3.6 Yürüyen Dalga Devrelerinin Analizi ...…………………………….105
3.7 Bewley Diyagramı ...……………………………………………….106
3.8 Çeşitli Durumlarda Yürüyen Dalga İncelemesi ...…………………113
3.8.1 Hat Sonuna Direnç Bağlanması ...……………………………….114
3.8.2 Hat Sonuna Endüktans Bağlanması ...…………………………...117
3.8.3 Hat Sonuna Kapasite Bağlanması ...……………………………..121
3.8.4 İki Hattın Seri Bağlanması ...…………………………………….126
3.8.5 Bir Hatta Paralel Hatların Bağlanması ...………………………...129
3.8.6 İki Hattın Bağlandığı Düğüme Bir Direncin Bağlanması ...……..132
3.8.7 İki Hattın Bağlandığı Düğüme Kondansatör Bağlanması …...….134
3.8.8 İki Hattın Arasına Seri Kapasite Bağlanması ...…………………140
3.8.9 İki Hattın Arasına Seri Direnç Bağlanması …...………………...146
3.8.10 İki Hattın Arasına Seri Endüktans Bağlanması ...……………...148
3.8.11 İki Hattın Bağlandığı Düğüme Endüktans Bağlanması ...……...152
4. BÖLÜM
AŞIRI GERİLİM KORUMA ELEMANLARI …………………….157
4.1 Giriş ...……………………………………………………………...157
4.2 Koruma Elektrotları ...……………………………………………...159
4.2.1 Ark Boynuzu ……………………………………………………..160
4.2.2 Koruma Halkası ………………………………………………….161
4.2.3 Çubuk Elektrotlar ………………………………………………...162
4.2.4 Koruyucu Tüp ...………………………………………………….163
4.3 Parafudrlar ……...………………………………………………….166
4.3.1 Parafudr Çeşitleri ...………………………………………………170
4.3.1.1 Kıvılcım Aralıklı SiC Parafudrlar ...……………………………170
4.3.1.2 Akım Sınırlamalı, Kıvılcım Aralıklı SiC Parafudrlar ...………...172
4.3.1.3 Çinko Oksit Parafudrlar …...………………………………...…173
4.3.2 Parafudrlarla İlgili Kavramlar ……………………………………176
4.3.3. Parafudr Bağlanma Mesafesi ...………………………………….178
4.3.4 Parafudr Geriliminin Belirlenmesi ……………………………….181
4.3.4.1 Şebekenin En Yüksek Gerilimi …..……………………………182
4.3.4.2 Şebekenin Yıldız Noktasının Durumu ...……………………….182
4.3.4.3 Parafudrun Faza veya Nötre Bağlanması ………………………184
4.3.4.4 Şebekenin Toplam Kesme (Açma) Süresi …………………...…185
4.3.5 Parafudrların Bağlantısı ………………………………………….187
4.3.6 Parafudr Gerilimini Etkileyen Faktörler ...……………………….190
4.3.7 Parafudrların Zorlanması ...………………………………………190
4.3.7.1 Parafudrun Hattın Sonunda Olması Durumu .………………….191
4.3.7.2 Parafudrun Hat Geçişinde Olması Durumu ….…………………193
4.3.7.3 Parafudrun Hat Sonundan Belirli Mesafede Olması Durumu ….200
5. BÖLÜM
YÜKSEK GERİLİM LABORATUVARLARI VE YÜKSEK GERİLİM DENEYLERİ .……………………………………………203
5.1 Giriş ...……………………………………………………………...203
5.2 Deneylerin Gerekliliği ...…………………………………………...204
5.3 Deneylerin Sınıflandırılması ...……………………………………. 206
5.4 Deney Gerilimleri ve Akımları ...………….……………………….209
5.5 Deney Donanımları ………….…………….……………………….216
5.6 Yüksek Gerilim Laboratuvarları ...…………………………………220
5.6.1 Yüksek Gerilim Laboratuvarlarının Yerleşimi ve Boyutları ……..221
5.6.2 Laboratuvarların Topraklanması ve Ekranlanması ...…………….225
5.7 Yüksek Gerilim Elemanlarının Deneyleri ………………………….229
5.7.1 İzolatör Deneyleri ...……………………………………………...231
5.7.2 Geçit İzolatörü Deneyleri ...………………………………………233
5.7.3 Transformatör Deneyleri ...………………………………………234
5.7.4 Kablo Deneyleri ………………………………………………….238
5.7.5 Güç Kesici Deneyleri ……………………………...……………..241
5.7.6 Parafudr Deneyleri ...…………………………………………..…242
6. BÖLÜM
YALITIM KOORDİNASYONU ………………………………...….245
6.1 Giriş ...……………………………………………………………...245
6.2 Yalıtım Koordinasyonu İle İlgili Kavramlar ……………………….247
6.2.1 Gerilimle İlgili Kavramlar ...……………………………………..248
6.2.2 Yalıtım Seviyesi İle İlgili Kavramlar …………………………….251
6.3. Sistem Elemanlarında SIL ve BIL Değeri ...……………………….257
6.4 Yalıtkanın Aşırı Gerilimde Zorlanması …...……………………….259
6.5 Yalıtkanların Sınıflandırılması ...…………………………………..262
6.5.1 Yalıtım Malzemesine Göre Yalıtkanlar …...……………………..263
6.5.2 Bulunduğu Ortama Göre Yalıtkanlar ……...……………………..263
6.5.3 Yalıtkanlığını Tekrar Kazanabilmesine Göre Yalıtkanlar ………..263
6.6 Yalıtım Koordinasyonu Yöntemleri ...……………………………..267
6.6.1 Geleneksel Yalıtım Koordinasyonu …...…………………………268
6.6.2 İstatistiksel Yalıtım Koordinasyonu …...………………………...271
KAYNAKÇA ...……………………………………………………….285
DİZİN ………...……………………………………………….………289