-
3. GazYaltkanlar ve Boalma Olaylar
35
Yksek basnta iyon iftlerinin tekrar birlemeleri mmkndr.
Birlemenin hz pozitif ve negatif
iyonlarn konsantrasyonuna baldr. Pozitif (n+) ve negatif (n-)
iyonlarn ayn miktarda olmas
halinde,
++ == nndtdn
dtdn
: tekrar balanma katsays
n+ ~ n- = ni olduu iin t=0 annda ni = nio ve tni = ni (t)
2ii ndtdn
=
dtdtdni =
tn
ntnio
ii +
=1
)( 0
yon dzeyinin yarya dmesi iin geen zaman ise,
tn
tio
n 1
=
Tekrar birleme olay, yksek basnlarda, yaylmann (difzyon) nemli
olmad durumlarda
iyonizasyonu azaltan balca etkendir.
3.3.9 KORONA
Gaz yaltkanlarda sivri noktalarda veya kelerde gzlenen korona
olay delinmenin
gereklemesinden ok nce yksek elektrik alann olutuu bu blgelerde
hafif ldama eklinde
kendini belli eder. Genelde korona oluumu sistem asndan ok
zararl olmamakla birlikte,
yksek gerilim hatlarnda kayplara yol amas, grlt sinyalleri
retmesi veya sulfur hexaflorid
(SF6) kullanlan ortamlarda yaltkanl azaltc baz yan rnlerin
olumasn hzlandrmas
nedeniyle mmkn olduunca engellenmeye allr. Pozitif, negatif ve
AC olmak zere balca
ayr tipte incelenir.
3.3.9.1 NEGATF KORONA
Negatif elektrodun bulunduu blgede Townsend boalmlar gzlenir.
Sivri blgeden
elektronlarn evreye yaylmas sonucunda ncelikle pozitif
elektriksel ykler oluur (ekil 3.14).
Ancak biraz ileride elektronlarn oksijen molekllerine yapmalar
sonucu negatif yklerin
oluumu hzlanr ve bu sayede elektrodun sivri ucuna etkiyen
elektriksel alann iddeti azalr.
-
3. GazYaltkanlar ve Boalma Olaylar
36
ekil 3.14 Negatif korona oluumu
Yklerin ksa zaman sonra elektrodun ucundan uzaklamasyla
birlikte, elektriksel alan yeniden
glenir ve elektriksel boalmalar balar. Kendini tekrar eden bu
daimi boalm, elektromanyetik
grltye ve dielektrik yaltkanlarda kayba neden olur. Korona
boalmalarn ksa mesafeli
(Townsend) olduu iin, Paschen erisi kullanlarak ltl zarn olumas
iin gerekli gerilim
seviyesi hesaplanabilir. Sivri nokta r yarapl bir kreye, yer ise
sivri noktayla emerkezli R
apndaki bir kreye benzetilirse (ekil 3.15), bu durumda gerilim
sivri noktadan mesafesi
uzaklkta Paschen erisinde belirtilen seviyeye ulanca, elektrodun
etrafnda ltl bir zarn
olutuu gzlenir.
dURrkapasiterrkapasiteV)()(
+
=
= dU
rr
Rr
+
11
11
Topraa olan mesafe elektrodun yarapndan ok daha byk olduu iin
(R>>r)
dUrV
+= )1(
mesafesi deitirilerek Paschen erisinden uygun den delinme
gerilimleri denkleme
yerletirilmek suretiyle, Vnin delinmeyi balatacak minimum deeri
hesaplanr. Burada dikkat
edilecek nokta korona olaynn elektriksel alana bal olmadan
dorudan uygulanan gerilimin bir
fonksiyonu olarak deitiidir.
ekil 3.15 Negatif koronave ltl zarn oluumu
-
3. GazYaltkanlar ve Boalma Olaylar
37
3.3.9.2 POZTF KORONA
Delinme gerilimleri yaklak ayn olmakla birlikte, pozitif korona
oluum asndan negatif
koronadan olduka farkldr (ekil 3.16). Yksek elektrik alanda
negatif ykl bir katodun
bulunmay sebebiyle ltl zar oluumu daha yksek gerilim
seviyelerinde gerekleir. Anot
ksmnda oluan pozitif elektriksel ykler, anod civarndaki yksek
elektriksel alann etkisini
azaltrlar. Yklerin dalmasyla birlikte elektriksel alan yeniden
glenir ve elektriksel boalmalar
balar.
ekil 3.16 Pozitif korona
3.3.9.3 AC KORONA
AC gerilimlerde srasyla pozitif ve negatif korona olaylar
gzlenir (ekil 3.17). Negatif korona
daha dk gerilim seviyelerinde Townsend boalmlar sonucu grlrken,
kanal boalm sonucu
oluan pozitif korona daha byk genlie sahiptir ve dzensizdir.
Korona kayplarn hava artlarna
(yamur, kar, buz, vs.) dorudan bamldr ve ektrem durumlarda
normalin 10-100 kat kadar
olabilir. Kayplar iletkenin ap ile bydkleri iin, zellikle yksek
gerilim seviyelerinde birka
telden oluan demet iletkenler kullanlr.
ekil 3.17 AC gerilimde korona
-
3. GazYaltkanlar ve Boalma Olaylar
38
3.3.10 DELNME N ZAMAN GECKMES
Daha nceki blmlerde kvlcm delinmesi dzgn alanlardaki iyonizasyon
ilemi ile
aklanmt. Ancak pratikte gazlarda delinmeler hzl olmakla birlikte
ani deildir, delinmeye
sebebiyet verecek gerilimin uygulanmas ile delinmenin meydana
gelmesi arasnda belirli bir
zaman aral vardr. Bu zaman fark zaman gecikmesi olarak
adlandrlr.
Townsend delinme kriterinin oluabilmesi iin elektrodlar arasnda
ki aklkta en az bir elektronun
bulunmas gerekir. DC gerilimler yada dk frekansl (50 Hz) AC
gerilimlerde bu koul
kolaylkla yerine getirilebilir, ancak hzl deien ksa sreli
gerilimlerde (yaklak 10-6 s)
reaksiyonu balatacak olan elektron elektrodlar aras bolukta
bulunmaya bilir ve bunun sonucu
olarak da delinme meydana gelmez. Elektronun ortaya knn
istatiksel dalm gstermesi
sebebiyle delinmeyi oluturacak gerilimin uygulanmas ile
reaksiyonu balatacak elektronun
oluumu arasnda geen zaman araln istatiksel gecikme zaman (ts)
olarak belirlenir.
Elektronun oluumuyla birlikte, araln delinmesine sebebiyet
verecek iyonizasyonun
gereklemesi arasnda geen zamana ise oluum zaman gecikmesi (tt)
ad verilir. Toplam
gecikme ise
t=ts+ tt
olarak belirlenmitir.
Delinme meydana gelmesi iin uygulanan gerilimin statik delinme
geriliminden (vs) byk olmas
gerekir. ekil 3.18de t t nin ar gerilimle deiimi
gsterilmitir.
ekil 3.18 Delinme olaynda gerilime bal zaman gecikmesi
-
3. GazYaltkanlar ve Boalma Olaylar
39
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
40
4. KATI YALITKANLAR
4.1 ZOLATRLERDE BOZULMALAR
Kat izolatrlerde bozulma molekler yapya, izolatrn ekline, ortam
scaklna ve evre
koullarna baldr. Gazlar ve svlarn aksine, kat izolatrler
kendilerini onarma yeteneine sahip
deildirler, yani bir kez delinmeye uradktan sonra uygulanan
gerilimin kesilip, bir kez daha
uygulanmasna olanak vermezler. Bir kez delinmeye yada erozyona
uram kat izolatr, kimyasal
ve fiziksel zelliklerini yitirmi yada deiime uramtr ve artk
izolasyon zelliini kaybetmitir.
4.2 YALANMA ETKS
IEC yalanma etkisini izolatrlerin servis performansnda geri dn
olmayan bir deiim
eklinde tanmlanmtr. Genelde bu deiim zamana bal bozulma oran
eklinde ifade edilir.
eitli i ve d etkenler dielektrik bir izolasyon malzemesine zarar
verebilirler. Elektriksel
olaylar (kaak sznt akm, kuru band boalmlar, vb.) izolatrn
performansndan direkt olarak
sorumludurlar. Ayrca nem, scaklk deiimi, ultra-viole radyasyon,
mekanik ykler ve gne
gibi evre kaynakl etkenler de yalanma etkisini hzlandrarak
izolatrn mrn ksaltabilirler.
Ayrca rzgar faktr de vibrasyona ve dolaysyla mekanik yorgunlua
sebep olduundan
zellikle seramik olmayan izolatr kullanldnda dikkate alnmaldr.
Yalanma ayrca
malzemenin molekler seviyedeki yaplanmas ile de ilgilidir.
Yalanma, bu faktrlerin ayn anda,
yada belirli bir sray takip etmesiyle deiebilir. Genelde
elektriksel anma bal olan yalanma
etkisi, aa oluumu, boalm ve dielektrik snma gibi etkenlerin
sonucu oluur.
4.3 AN DELNME
Laboratuarda test edilen izolatrler 115 MV arasndaki olduka
yksek gerilim seviyelerine
dayanabilirler. Eer bir malzemenin dayanma gc sadece kimyasal
yapsna ve dielektrik
zelliklerine baml olarak ifade ediliyorsa buna ani delinme gc ad
verilir.
Ani delinme dayanmna yaltkan iindeki elektronlarn uygulanan
alandan kazandklar enerjinin
elektronlarn birleme deerinden iletim bandna gemelerini nleyen
engeli amalarna yeterli
olmas durumunda eriildii kabul edilir. Pratikte ok ksa sreli
darbe gerilimi uygulamalar
dnda, izolasyon malzemelerinin A.D.G. hesaplamak mmkn olmamtr.
Ani delinme
elektronik bir yapdadr, ok ksa bir sre ierisinde (10-8s 10-7s)
yaklak 108 V/m civarnda alan
deerleri elde edilir. Genelde, bir izolatrn bozulmasna sebep
olan gerek faktrler, elektronik
yap dndaki mekanizmalarn kombinasyonu eklinde ifade
edilirler.
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
41
4.4 ELEKTROMEKANK DELNME
Krlmakszn dikkate deer bir oranda ekil deiimine dayanabilen
cisimler, statik elektrik
basn, mekanik basnca eit veya ondan daha byk olduu taktirde
krlabilirler. Statik elektrik
basn yaltkana gerilim uygulanmas durumunda yzlerden birinde
pozitif dierinde negatif yzey
ykleri olumasndan ileri gelir. Alan iddeti 108 V/m civarnda ise
elektrik basn birka yz N/m2
mertebesine ular ve bu deer birok yumuak polimerleri sktrmaya ve
daraltmaya yeterlidir.
Young Modl Y olan a0 (m) kalnlndaki bir yaltkan numuneye U
gerilimi uyguland zaman,
numunenin kalnl aya iniyorsa, statik elektrik basncn mekanik
basnca eit olmas koulundan
=
=aaY
aU 0
22 ln21
21
=
aaYaU 022 ln2
Burada a deerine gre trev alnrsa 6.02/10
== eaa olduu an
aa
a 02 ln
fonksiyonunun bir maksimumu olduu anlalr. Bu denkleme gre Unun
hibir gerek deeri
0aa n 0.6dan kk kararl bir deerini veremez.
Eer bu deerde ani delinme dayanmna eriilemezse Udaki ok az bir
art, kalnl kararsz
klar ve numune krlr. En yksek delinme dayanm
2/1
0
6.0
==Y
aU
d
eklinde verilmi olup, burada Young Modlnn basnca ve zamana ball
ihmal edilmitir.
4.5 ELEKTRKSEL VEYA KANAL DELNMES Bir kat yaltkan numune iine
tam olarak gmlm elektrotlara bir gerilim uyguland zaman,
katottan itibaren bir elektron arpma suretiyle oalarak bir
elektron meydana getirebilir. Bu
belli bir kritik yolu anca kanala dnr ve sonu olarak delinme
meydana gelir. Delinme
genel olarak tek bir boalma kanalndan ibaret deildir. Yaltkan
numune iine gmlm ubuk-
dzlem elektrot sistemine bir darbe gerilimi uygulanrsa aaca
benzer delinme kanallar meydana
gelir (ekil 4.1).
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
42
ekil 4.1 Kat yaltkanlarda kanal delinmesi
DC gerilimlerde aa oluumu gerilimin kritik deeri amas sonucu
oluur. AC gerilimlerde ise biriken ykler sebebiyle aa oluumu dk
gerilim seviyelerinde
gerekleir ve aalar gzlenir hale gelmeden nce bir oluum evresi
geirirler. Aa oluumu 3
safhaya ayrlr.
1. Enerjinin dielektrik malzemenin belirli noktalarna iletildii
oluum safhas.
2. Aa oluumu safhas (Bu esnada iyonlar gaz halinde yksek
elektrik alann etkili olduu
yerlerde younlarlar).
3. Aacn bymesi (Uygulanan gerilimdeki enerji gaz halindeki
iyonlara iletilir ve kat
malzeme anmaya devam eder).
ekil 4.2 Ke delinimi
Elektrodlara bir U gerilimi uygulannca, bunun U kadar evre
zerindedir. Elektrodun deme
noktasndan x aklndaki U1 in yaklak deeri:
22
11
11
aa
UaU
+
=
a1: 1. ortam kalnl , a2: 2. ortam kalnl
Gaz veya havadan oluan evrenin dielektrik katsays, kat yaltkan
numunenin dielektrik
katsaysndan ok daha kk olduundan, evre ortam daha byk bir
elektriksel zorlanmaya
maruz kalr. Sonuta kat yaltkann ani delinme dayanmna eriilemeden
nce evre ortam
delinir. zolatrn yzeyinde boalmann olduu yerde (A blgesi) bir yk
birikimi olur ve bu da
blgedeki alan byk lde bozar. evre ortamn delinmesiyle ortaya kan
bu ar ykler,
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
43
balangta dzgn olarak (equipotential) nitelendirebileceimiz alann
bozularak ubuk dzlem
elektrot sisteminde gzlemlediimiz dzgn olmayan bir hal almasna
sebep olurlar. Bir boalma
kanalnn ular arasndaki yk ylmas ani delinme alan iddetinden
(108V/m) ok daha yksek
olan blgesel alanlara (1GV/m) sebep olabilir ve bu alanlar
blgesel delinmeler meydana getirirler.
Yaltkann iinde bu ekilde delinme kanallar olumas ve btn kalnlk
boyunca devam etmesi
sonucu delinme olay tamamlanr.
Bu konuda Pais deiik scaklk derecelerinde stlarak elde edilen
termoset polimerlerin sertlik
dereceleri ile elektriksel dayanmlar arasnda iliki kurmutur. Bu
teze gre mekanik ve elektriksel
zellikler, malzemenin molekler yapsndan kaynaklanmaktadr ve
herbir reaksiyonda molekler
zincirin eitli paralar yer alabilirler. Bu hipotez zellikle
mekanik ve elektriksel kayplar
aklamakta kabul grmektedir.
4.6 YZEY AINIMI
Yksek elektrik alan malzeme boyunca lokal kvlcmlarn ve
boalmalarn oluumuna sebep olur.
Bu boalmalar her ne kadar izolatrn tamamen delinmesine sebep
olmasalar da izolatrn
yzeyinin anmn hzlandrrlar ( ekil 4.3). Burada etken olan
faktrler:
a) Kvlcm ierisindeki iyon bombardman sonucu anm (erozyon)
b) Kimyasal anm
c) Yzeyin karbon haline dnm
Karbonize olarak anm, boalma balangc, karbon oluumu ve elektrod,
uygulanan gerilim,
boalm yeri, boalm enerjisi gibi eitli etkenlere baml olan karbon
yzey yaylm gibi eitli
olaylarn birbirini takip eden bir kombinasyonu eklinde geliir.
Esasnda karbon esasl bu anm
gnmzde kullanlan pek ok modern, dk kaypl, elektriksel izolasyon
malzemelerini tehdit
eden balca etkenlerden biridir. Servis hayat boyunca bir
izolatrn yzeyi daimi olarak
kirlenmeye maruz kalr. Bu kir atmosferdeki nem vastasyla
izolatrn yzeyine yapr ve bu
slak tabaka yksek gerilim elektrodu ve toprak arasnda iletken
bir blge meydana getirir. Yzey
direnci nem ve kirle birlikte azalmaya balar ve bunun sonucu
yzeyden daha fazla akm geer ve
yksek g kaybna sebep olur. Yksek g kayb scaklk artn hzlandrr ve
yzeydeki nemin
buharlamasna neden olur. Sonu olarak iletken hale dnm bu
kanallar kesilirler ve kuru
blgeler meydana getirirler. Neredeyse tm gerilim bu blgede
younlar ve oluan boalmlar
erozyona ve karbon halinde anmlara sebebiyet verirler. Genelde,
eer bu karbon haline
dnm kanallar belirli kritik bir deeri aarlarsa izolatrn geri
kalan ksm artk uygulanan
gerilime dayanamaz ve bozulma meydana gelir.
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
44
ekil 4.3 Kat yaltkanlarda bozulma
mekanizmalar
Karbonize anm 3 safhadan oluur:
1. Sentetik izolatrler yeni olduklar zaman yzeyleri hidrofobik
bir zellik gsterir.
Yzeydeki kaak sznt akmlar snrldr ve yksek yzey direnci
gsterirler.
2. Zamanla yzeyde nem ve kirin artmas sonucu kaak sznt akmlar
art gsterir ve bu
da geici yada kalc bir biimde hidrofobik zelliin kaybna neden
olur.
3. Bu zelliin kaybyla yzeyde olduka stabil kuru blgeler ve
yzeysel boalmalar
meydana gelmeye balar. Sonu olarak olduka nemli bir miktarda
enerji sentetik
izolatrn iine iler. Kaak akmlar arttka , oluan boalm blgeleri
hareketli bir hal
alr ve belirli lokal blgelere nemli miktarda enerji boalm azalr.
Bu olay, izolatr
yzeyi tamamen bozuluncaya kadar devam eder.
4.7 EROZYON AINIMI
Sentetik izolasyon malzemelerinin yzeyinde meydana gelen yzey
boalmlar molekler
bazda scaklk ve elektronik deiimler meydana getirirler. Baz
durumlarda karbon yapda
meydana gelen bu bozulma, geride artk karbon brakmaz. Bu tip
maddeler karbonize anma pek
meyilli deildir; aksine ar yzey boalmlar yzeyin erozyona
uramasna sebep olur
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
45
Termogravimetrik Analiz (TGA) teknii ile polimerin karbonize
anma veya erozyona uramaya
meyli belirlenebilir. Bu deney esnasnda izolatr sabit bir scaklk
art ile stlr ve srekli olarak
arl takip edilir. Anma meneli izolasyon malzemeleri elektriksel
boalmlar sonucu hafif
meyilli bir eri eklinde arlklarn kaybederler. Karbon anm meneli
polimerler ise belirli bir
seviyeden itibaren bir ara blgeye sahiptirler. Bu blge ksmen
paralanm polimer artklarnn
oluumunu belirler.
4.8 BOLUK DELNMES
zolasyon sistemlerinde daima yaltkan malzemenin iinde veya
elektrod-yaltkan malzeme
arasnda baz boluklar veya oyuklar bulunur. Bu boluklar
genellikle delinme dayanm kat
yaltkanlardan daha dk olan gaz veya sv yaltkanlarla doludur. Bu
dolgu malzemelerinin
dielektrik katsaylar kat yaltkannkinden daha kktr. Dolaysyla bu
bolgelerde kat yaltkana
oranla daha byk bir alan iddeti meydana gelir. Yaltkann normal
artlarda zorlanmas
durumunda bile boluun ularndaki gerilim delinme gerilimini
aabilir ve yaltkan zamanla
delinir (ekil 4.4).
ekil 4.4 Boluk delinmesi
Edeer devrede C1 boluun kapasitesini. C2 ise C1e seri bal olan
yaltkan malzemenin
kapasitesini gstermektedir.
ucc
cU21
21 +=
olup, burada
1
01 a
sc = , 1
02 aa
sc r
=
+
=
1111
1
aa
UU
r
, a1
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
46
olduu iin gerilim yaklak olarak
uaaU r 11 =
deerini alr. U1 deeri kritik delinme gerilimine eritiinde boluk
delinebilir. Burada izgili eri
bolukta boalma olmamas durumunda boluun ularndaki gerilimi
gsterir (ekil 4.5).
ekli 4.5 Kat yaltkanlarda delinme
mekanizmalarnn zamana bal deiimi
U1 gerilimi U+ kritik deerine eritii taktirde bolukta boalma
olur ve gerilim derek boluk
ularndaki ark sner. Daha sonra boluk ularndaki gerilim bir
boalmann oluaca U+ kritik
deerine artmaya balar. Bu durumda uygulanan gerilimin ykselen
ksmnda birka boalma bir
birini takip edebilir. Benzer ekilde uygulanan gerilim azaldnda
boluk ularndaki gerilim U-
kritik deerine ulanca tekrar boalma olur. Bu sayede gerilimin
periyodik deiimi esnasnda
pozitif ve negatif akm darbeleri gzlemlenir. Bolukta delinme
esnasnda yaltkann yzleri bir
anlk anot ve katot grevi grr. Anoda arpan elektronlarn bazlarnn
enerjileri yaltkan
yzeyindeki kimyasal ba krabilirler. Katodun pozitif iyonlarla
bombardman da yzey
scaklnn artmasna ve yerel termik kararszla neden olabilir. Boluk
yzeyinde oluan
ukurlar ve kanallar da iletimi arttrrlar. Boalma esnasnda
bolukta oluan ozon (O3) ve NO2 gibi
gazlar da kuvvetli bir asit meydana getirerek yaltkann anmna
sebep olurlar. Yaltkann
anmas uygulanan gerilimin bykl ile orantl olarak artar. Bir
yaltkann mr n
i
UU
ile
orantldr. (U: Uygulanan gerilim , Ui: boalma balang gerilimi ,
n: yaltkan trne bal olan,
evre koullar sonucu belirlenen ve deeri 3-10 aras deien sabit).
Anmla delinme birka
gnden birka yla kadar deiebilir.
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
47
-
4. Kat Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
48
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
49
5. SIVI YALITKANLAR
5.1 SIVI ZOLATRLERDE DELNME GERLMNE ETK EDEN FAKTRLER
5.1.1 NEM
Su damlacklar ieren bir sv yaltkann delinme dayanm, su damlac
iermeyene oranla
yaklak olarak ayn deerdedir. Ancak sv izolatr ierisinde az
miktarda su buhar varsa,
yaltkann delinme dayanm klr. rnein %0.01 civarndaki su buhar
delinme dayanmn 30
kV/mmden 3 kV/mmye drebilir. Ayrca sv yaltkan ierisinde yabanc
maddeler varsa,
delinme dayanm daha da der. Vakum ierisinde ya alnm bir yan 1mm
elektrod
aklnda delinme gerilimi 45 kVdur. Uygulamada ise 5mm elektrod
akl iin delinme
gerilimleri 40-60 kV arasnda deiir.
ekil 5.1 Svlarda delinme dayanmnn nem ile deiimi
5.1.2 TOZ S VE ELYAFLI PARAIKLAR
Bir sv yaltkann yabanc maddelerden tamamen arnmas hemen hemen
olanakszdr. Havann
toz ve nemi svnn iine kolayca girdii gibi, svnn filtre edilmesi
srasnda veya kat
yaltkandan da svya elyafl paraklar girebilir. Bu paraklar
zellikle nemli olduklar zaman
dipol olutururlar ve elektrik alann maksimum olduu blgeye doru
hareket ederek orada iletken
bir kpr meydana getirirler.
Dielektrik katsays byk olan paracklar ok kez sv yaltkan iinde
pozitif elektrik
ykleriyle yklenirler ve bunlarn etrafnda negatif birer iyon
bulutu olutururlar. Paracklarn
elektrik alann maksimum olduu blgeye hareketi, ancak elektrik
alann ekme etkisinden ileri
gelen parack hzna eit veya ondan byk olmas ile olasdr.
Sv ierisindeki yabanc paracn yarap r, svnn dielektrik katsays 0
ise, paracn
Emaxa doru hareketi
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
50
kTEr41..
223
00
0 +
denklemiyle bulunur. (E: elektrik alan, k: Boltzmann sabiti, T:
sv yaltkann scakl)
Eer >>0
kTEr41.. 230
Bu durumda
1. ap 10 A ve daha kk olan yabanc maddeler sv iinde
20-25kV/mmlik alan
iddetlerine kadar dalm durumda bulunurlar.
2. Dielektrik katsays kk olan yabanc maddeler ( >>0)kk
paracklar gibi sv iinde
dank durumda bulunurlar.
3. Dielektrik katsays ve yarap byk olan paracklar, kolaylkla kpr
olutururlar ve
youn delinme gerilimini etkilerler. Eer 0=1, k=1.371*10-23 /K,
T=300K olursa:
Parack ap (A) 15 25 50 60 75 100 300
Ed (kV/mm) 160 70 25 20 15 9 1.9
Piyasada bulunan temizlikteki sv yaltkanlarn delinme dayanmlar
9-20 kV/mm arasnda deiir.
Delinme dayanm 20 kV/mmden yukar sv yaltkan azdr. Delinme dayanm
titiz temizleme ve
dier yntemlerle (havasn almak) ykseltilebilir.
5.1.3 GAZ KABARCIKLARI VE HAVA BOLUKLARI
Ya ierisinde bulunan elektrotlara byk bir gerilim uygulanrsa,
yabanc maddeler
elektrik alann en byk olduu blgede iletken bir kpr olutururlar
ve Joule yasasna gre
snrlar. Eer devrenin direnci ok byk deilse, bu srada iletken
blgesinden olduka byk
akmlar geebilir. Bu akm, yan iletken kpr blgesinde hzla snmasna
ve dolaysyla iletken
kprnn paralanmasna neden olur. Bu srada ya ierisinde gaz
kabarcklar meydana gelir ve
bunlarda korona boalmas balar. Korona boalmas, svnn balang
scaklna gre, bir ltl
boalma veya ark boalmasna dnr. Eer sv balangta souk ise (~300 K)
bu durumda gaz
kabarcndaki boalma ltl, sv scak ise ark eklinde olacaktr.
5.1.4 BASIN
Doru ve alternatif gerilimlerde sv yaltkann delinme dayanm (ekil
5.2) basnla artar. Darbe
geriliminde ise delinme dayanmnda deiiklik olmaz.
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
51
ekil 5.2 Svlarn delinme dayanmnn basnca bal
deiimi
5.1.5 SICAKLIK
Deneyler scakln sv yaltkanlarn delinme dayanmna (ekil 5.3) byk
bir etkisi olmadn
gstermektedir.
ekil 5.3 Svlarn delinme dayanmnn scakla bal deiimi
C
5.1.6 ELEKTROD MALZEMES, TP, YZEY DURUMU
Elektrod malzemesi ve bunlarn yzey durumu da delinme dayanmn
etkiler. Kk
elektrod aklklarnda elektrod malzemesi ve yzey durumuna gre
delinme dayanmnda %50
farklar meydana gelebilir. Demir elektrod durumunda delinme
dayanm kk, gmte ise en
byktr. (%25 fark)
5.1.7 ELEKTROD EKLLER VE ELEKTRODLAR ARASI AIKLIK
Genelde svlarn delinme dayanm, elektrod ekline ve elektrodlar
aras akla baldr.
Dzgn olmayan alanlarda delinme ekil 5.4de grld gibi sivri
elektrodun polaritesine gore
deiir.
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
52
ekil 5.4 Sv yaltkanlarda delinme geriliminin elektrod
ekli ve polaritesine bal deiimi
Dzgn olan durumda ise elektrodlar aras aklk bydke sv yaltkann
delinme dayanm
(ekil 5.5) klr. Aklk birka mm veya daha bykse, delinme dayanm
yaklak olarak sabit
kalr.
Ed=f(a) erisi Ed=Ea + k.a-n Eo:byk aklkta delinme dayanm
k, n: sabit
ekil 5.5 Dzgn alanlarda svnn delinme dayanmnn
elektrodlar aras akla bal deiimi
5.1.8 GERLMN UYGULANMA SRES
Sv yaltkanlarn delinme dayanm, gerilimin uygulanma sresine,
ekline ve yan daha nceki
durumuna da baldr. Ksa sreli darbe gerilimlerindeki delinme
dayanm, 50 Hzlik alternatif
gerilime oranla yaklak iki kat fazladr (ekil 5.6). Yaplan
deneyler sonucunda gerilimin
uygulanma sresi arttka delinme dayanmnn E=Ed.t- denkleminde
ifade edildii gibi azald
belirlenmitir.
Ed: gerilimin ok ksa bir sre uygulanmas durumunda delinme
dayanm, : sabit, t: zaman, E:
gerilimin geen sre sonucundaki delinme dayanm ekil 5.6da
gsterilmitir.
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
53
ekil 5.6 Gerilime bal olarak delinme
dayanmnn deiimi
Yan temiz olmas durumunda, katsays kk olacandan, dayanma
gerilimi E byk
olacaktr. ve Ed deerleri ayrca elektrodlar aras akla bal olarak
ta deiirler.
5.2 SIVI ZOLATRLERDE DELNME TRLER
Delinme gerilimine etki eden faktrler ve deney sonular
incelendiinde, sv yaltkanlar iin
balca 3 tip delinme tr olduu belirlenir.
5.2.1 TERMK DELNME
Sv yaltkanlarn ierisinde genelde su buhar, is, toz partiklleri,
elyaflar ve selloz bazl
fiber malzemeler bulunurlar. Elektrik alan uyguland taktirde, bu
paracklar polarize olarak,
elektrik alann byk olduu blgeye iletken bir kpr olutururlar. Bu
olay ksa devreye sebebiyet
verir ve yaltkan ksa srede delinmeye urar. Bu kpr boyunca oluan
akm snmaya ve
dolaysyla bozulmaya sebep olur. Kresel ve metalik partikllerin
bulunmas halinde ise,
partikllerin yzeyinde oluan elektrik alan normalde ok daha fazla
olacandan bozulma hzlanr.
Doru ve alternatif gerilimde sv yaltkann 1 dakikalk delinme
dayanmlarnn tayininde, en ok
meydana gelen boalma ekli termik delinmedir. Termik delinmede
yan kendi fiziksel
zelliklerinden ok yabanc maddelerin cinsi, miktar ve byklkleri
de rol oynar. Buna karn bu
maddelerin delinme dayanmna tam olarak ne derece etki ettikleri
henz belirlenememitir.
Yabanc maddelere ek olarak suyun kendisi de yan iinde
bulunabilir. Genelde servisteki
trafolarda yan iindeki su miktar 20 ppm ile snrlandrlr. Bu
deerin 50 ppm olmas
durumunda, dayanma gerilimi %50 azalacaktr.
5.2.2. ELEKTROMEKANK DELNME
Sv yaltkan ierisinde gaz kabarcklar ve hava boluklar olduu
zaman, boalma olay daha ok
elektromekanik delinme eklinde aklanabilir. Elektrostatik
kuvvetler sv ierisinde oluan hava
kabarcklarn ekerek uzatrlar. Gazlarn delinme dayanm svlardan
daha dk olduu iin,
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
54
kabarcktaki elektrik alan dayanma snrn aar. Bu da kabarcn
ierisinde boalmaya sebep olur
ve svnn kimyasal adan anmn hzlandrr. Sonu olarak su buhar oluumu
artar ve
kabarcklar byr. Elektrodlara bir gerilim uyguland srece, sv
yaltkan elektrodlara pD ve pH
basnc etki eder. (pD: d basn, pH: gaz kabarcklarnn basnc)
Sv yaltkan elektrodlara ayrca bir pA adhesion (yapkan) basnc ile
de baldr.
Toplam basn elektrik uygulanmad srece pD - pH + pA olur.
Elektrodlara bir gerilim
uyguland zaman elektrodlar aras ekme kuvvetinden ileri gelen
basn
221 Ep = dir.
Bu basn pD - pH + pA dan byk veya ona eitse, delinme meydana
gelir. Bu durumda katoddan
kan her elektron annda anoda varr ve kendisi iin bir yedek
elektron meydana getirir.
221 Ep = = pD + pA - pH denkleminden delinme dayanm iin
pEd 2= denklemi
bulunur. (P: (N/m2), : (F/m), Ed: (V/m))
5.2.3 ELEKTRKSEL DELNME
Eer sv yaltkan ok temiz ise veya gerilim ok ksa sre iin
uygulanyorsa, bu durumda
boalma olay gazlarda olduu gibi elektriksel boalma teorisiyle
aklanr. Temiz bir sv yaltkan
iinde bulunan elektrodlara bir doru gerilim uygulanrsa i=f(u)
erisi gazlara benzer (ekil 5.7).
ekil 5.7 Svlarda akm-gerilim deisimi
Kk gerilimlerde akm gerilimle lineer olarak ykselir. Bu
seviyeden sonra dayanma blgesine
eriilir. Bu blgede gerilimin Uo deerine kadar ykselmesi, akmda
deiiklik yapmaz. Bu snr
anca akm non-lineer bir ekilde artar.
-
5. Sv Yaltkanlar ve Delinme Olaylar
55
)(. EoEkaeioi = i: E elektrik alanndaki akm younluu
io: Eo elektrik alanndaki akm younluu
a: elektrodlar aras aklk
k: elektrodlar aras aklk ve sv yaltkan cinsine bal bir sabit
Burada i0 doyma akm elektrodlarn yzey durumuna baldr. Temiz
elektrodlar ve madeni yalar
iin i04.5 * 10-8 A/mm2dir. Elektrodlar aras aklk bydke i0 klr.
A=120mm iin
i0=3*108 A/mm2, iyonizasyonun balad Uo gerilimine karlk gelen Eo
elektrik alan da Eo=10
kV/mm alnabilir. Gerilim-akm erisinin Uodan balayarak
eksponansiyel olarak artmas,
gazlarda olduu gibi, arpma suretiyle iyonizasyon olay ile
aklanabilir.