Orta Gerilim Sistemlerde Kısmi Deşarj

Kısmi Deşarj Nedir?

Kısmi Deşarj, Orta Gerilim (OG) ve Yüksek Gerilim (YG) elektrik sistemlerinde meydana gelen lokalize küçük bir elektrik boşalması [1] olgusudur. Yalıtım malzemelerinde kirlilik ve fiziksel deformasyon, tehlike altındaki bölgede, elektrik alanında stresinin artmasına neden olur. Bu kirlenme veya deformasyon, yalıtım ile gaz veya boşluk arasında bir etkileşim yüzeyi oluşturuyorsa; alanın yeni dielektrik gücü, gaz/boşluk ve yalıtım malzemesinin birleşimi haline gelir. Özellikle boşluk ve havanın dielektrik dayanıklılığı yalıtım malzemesine göre çok daha düşük olduğundan, alanın dielektrik dayanımı azalır. Çevredeki elektrik alan gerilimi, dielektrik kuvvetinden fazla olduğunda, boşluk veya boşluk etrafındaki yalıtkan alanı birbirine bağlayan küçük bir ark olan bir Kısmi Boşalma meydana gelir [2].

Kısmi Deşarjın Nedenleri Nelerdir?

Yalıtımı bozan herhangi bir etki, elektrik sisteminin o bölümünü kısmi deşarja duyarlı hale getirebilir. Genellikle; izolasyonun kirlenmesi, geometrik düzensizlik ve mekanik stres sonucu fiziksel deformasyon, izolasyon koordinasyonunu bozduğu için kısmi deşarjın ana nedenleri olarak kabul edilir. Ayrıca yük stresi, yüksek sıcaklık ve nem bozulmayı daha da artırır [3].

Kısmi Deşarj Nerede Oluşabilir?

Elektrik cihazlarında kısmi deşarj (i) yalıtım kaplaması ile motor gövdesi arasında, (ii) yalıtım kaplaması ile bakır iletken arasında, (iii) yalıtımın kendi içindeki boşluklarda, (iv) yalıtımın dış yüzeyinde [2]. meydana gelebilir.

Dağıtım sistemlerinde;

• İzolasyon üzerinde takibin oluştuğu alanlarda oluşur [2]. İzolasyon, karbon bazlı kirlenme sonucu yalıtım üzerindeki iletken alandır.

• Yalıtım bozulması, genellikle kablo ek yerlerinde ve uçlarında meydana geldiğinden, Kısmi Deşarjın bu parçalarda meydana gelmesi muhtemeldir [3].

• İletken ve metal kılıf [4] üzerinde hareket etmesi durumlarında da oluşur.

Kısmi Deşarjın Etkileri Nelerdir?

Kısmi Deşarjın kendisi doğrudan izolasyon bozulmasına neden olmamasına ragmen, yalıtımı, tam yalıtım hatası noktasına kadar yavaş yavaş bozar [1] [2]. Orta Gerilim sistemlerindeki önemli miktardaki elektrik arızasının ise yalıtım arızalarından kaynaklandığı tespit edilmiştir [5].

Kısmi Deşarjın Özellikleri Nelerdir?

Kısmi Deşarjlar, yüksek frekanslı gerilim darbeleridir. Yere ulaştıklarında hızla nemlenirler. PD'nin meydana geldiği dielektrik malzeme onu zayıflatır. Bu durum, elektriksel gürültü maskeleme ile eklenmesiyle Kısmi Deşarjın tanımlanmasını ve ölçülmesini zorlaştırır [2].

Kısmi Deşarj Nasıl Tespit Edilir ve Nasıl Ölçülür?

Kısmi Deşarj, farklı çevrimdışı ve çevrimiçi yöntemler kullanılarak tespit edilebilir ve ölçülebilir. Elektrikli makinelerde Kısmi Deşarj ölçümünün ayrıntılı açıklaması için [6]'ya başvurabilirsiniz. Çevrimdışı yöntemler, sistemin kapatılmasını ve test voltajlarının uygulanmasını gerektirir. Yukarıdaki durumlar nedeniyle çevrimdışı yöntemlerle algılamanın kendisi daha kolay olsa da, test ve ölçüm prosedürü/kurulumu aşağıdaki gibi dezavantajlara sahiptir:

• Sistemin bir süreliğine kapatılması,

• Uzman personel ve ekipman ihtiyacı,

• Test/ölçüm kurulumunun maliyetleri.

Çevrimiçi yöntemler, gerilim ve akım dalga biçimlerinin elde edilmesini ve daha karmaşık sinyal işleme teknikleri ile analiz edilmesini gerektirir, ancak endüstriyel süreci durdurmadan ve sürekli izleme yoluyla Kısmi Deşarjın nedenlerini belirleme avantajına sahiptir [1]. Çevrimiçi sistemler, ilk kurulumdan sonra ek maliyet gerektirmez. Ayrıca, yük stresinin etkisi ve kurulum koşullarından kaynaklanan mekanik stresin etkisi, çevrimiçi ölçüm sistemleri kullanılarak belirlenebilir [3].

Çevrimiçi ölçüm sistemleri şunları içerir:

• Sinyal analizi [2] ile birlikte Direnç Sıcaklık Dedektörü (RTD).

• Kapasitif kuplaj ve kapasitif gerilim bölücüler kullanarak gerilim darbelerini algılama [2].

• Sinyal analiz teknikleri ile birlikte Yüksek Frekanslı Akım Transformatörlerinin (HFCT) kullanılması [5].

• UHF algılama yöntemlerinin kullanılması [7].

Kısmi Deşarjı Önlemek veya En Aza İndirmek İçin Hangi Önlemler Alınabilir?

Kısmi Deşarj olasılığını tamamen ortadan kaldırmak pratikte mümkün olmasa da; bazı önleyici ve bakım faaliyetleri sistem durumunu önemli ölçüde iyileştirebilir.

Bu eylemler:

• Kirlenmeyi minimumda tutmak için ekipmanı uygun malzemelerle temizlemek.

• Çevre koşullarını (sıcaklık ve nem) optimum düzeyde tutmak.

• Nominal çalışma koşullarına uyarak mekanik ve yük stresini minimumda tutmak.

• Yalıtım bakımlarının yapmak.

Sonuç

Kısmi Deşarj, yalıtımın bozulmasına ve elektrik arızalarına neden olabilecek tanımlanması zor bir olgudur. Neyse ki, bir çevrimiçi izleme sistemi yatırımı ile birlikte önleyici tedbirler; zararlı etkilerini önlerken minimumda tutabilir.

Referanslar

[1] P. Wagenaars, ‘Integration of online partial discharge monitoring and defect location in medium-voltage cable networks’, 2010.

[2] G. Paoletti and A. Golubev, ‘Partial discharge theory and applications to electrical systems’, IEEE Conf. Rec. Annu. Pulp Pap. Ind. Tech. Conf., pp. 124–138, 1999.

[3] C. Zhou, M. Michel, D. M. Hepburn, and X. Song, ‘On-line partial discharge monitoring in medium voltage underground cables’, IET Sci. Meas. Technol., vol. 3, no. 5, pp. 354–363, 2009.

[4] G. C. Montanari, ‘Partial discharge detection in medium voltage and high voltage cables: Maximum distance for detection, length of cable, and some answers’, IEEE Electr. Insul. Mag., vol. 32, no. 5, pp. 41–46, Sep. 2016.

[5] C. J. Chou and C. H. Chen, ‘Measurement and analysis of partial discharge of high and medium voltage power equipment’, Proc. - 2018 7th Int. Symp. Next-Generation Electron. ISNE 2018, pp. 1–4, Jun. 2018.

[6] ‘IEEE 1434-2014 - IEEE Guide for the Measurement of Partial Discharges in AC Electric Machinery’. [Online]. Available: https://standards.ieee.org/standard/1434-2014.html. [Accessed: 31-Oct-2021].

[7] F. Á. Gómez, R. Albarracín-Sánchez, F. G. Vecino, and R. G. Arrabé, ‘Diagnosis of Insulation Condition of MV Switchgears by Application of Different Partial Discharge Measuring Methods and Sensors’, Sensors 2018, Vol. 18, Page 720, vol. 18, no. 3, p. 720, Feb. 2018.