Yüksek Gerilimde Elektrot Sistemleri

Can ve mal güvenliğinin kritik önem teşkil ettiği yüksek gerilimlerde kapasite, potansiyel fark, elektrik alan yoğunluğu gibi parametreler çeşitli elektrot sistemleri kullanılarak ölçülebilmektedir. Bu yazımızda elektrot sistemlerinin çeşitlerini ve yüksek gerilimlerdeki analizlerini inceledik.

A- A+

07.02.2016 tarihli yazı 31836 kez okunmuştur.

İki nokta arasına gerilim uygulanarak potansiyel fark oluşturulduğunda ve bu potansiyel fark, noktalar arasındaki yalıtkanın delinme dayanımından büyük olduğunda, yalıtkan olan bölgede kısmi veya tam boşalma gerçekleşir. Bu elektriksel boşalmayla oluşan ark ısı, ışık, koku gibi özellikleriyle kendini belli eder. Yüksek gerilimde çeşitli parametrelerin ölçümünün yapılabilmesi için 3 çeşit elektrot sistemi kullanılmaktadır. Bunlar; düzlemsel, küresel ve silindirik elektrot sistemleridir.

Düzlemsel Elektrot Sistemi

Düzlemsel elektrot sistemleri, karşılıklı yüzeyleri düz ve birbirine paralel olan iki elektrottan ve aradaki elektriksel yalıtkandan oluşur. Bu iki elektrot arasında oluşan potansiyel fark, elektrik alan, kapasite gibi parametreler ölçülebilmektedir. Özellikle hesaplamaların kartezyen koordinatlarda (x,y,z) yapılıyor olması nedeniyle düzlemsel elektrot sistemlerinde analiz, diğer elektrot sistemlerindekine göre nispeten daha kolaydır.

Elektriksel Alan Denklemi;

Elektriksel Potansiyel Denklemi;

Kapasite Denklemi;

Düzlemsel elektrot sisteminde, uygulanan gerilim ile aradaki yalıtkanın delinme dayanımına bağlı olarak yalıtkanda elektriksel boşalma gerçekleşir. Uygulanan gerilim E, delinme dayınımı Ed ve tam delinmenin meydana gelidiği gerilim Ud ise;

Ud = Ed * a olarak tanımlanır.

Eğer elektrot sisteminde yalıtkan sayısı birden çok ise bu sistem tabakalı düzlemsel elektrot sistemi olarak tanımlanır ve her yalıtkan için ayrı bir kapasite hesaplanır.

1/C = 1/C1 + 1/C2 + …. + 1/Cn denklemi ile bulunur.

Tabakalı dülemsel elektrot sistemi kapasitans olarak düşünülebileği için;
Q = C * U denkleminden tabaka uç gerilimleri;

Tabakalardaki elektrot açıklığı ve dielektrik kat sayısı oranlarının toplamı y olarak alındığında elektrik alan denklemi;

olarak hesaplanır.

Eş Merkezli Küresel Elektrot Sistemi

Temel olarak düzlemsel elektrot sistemiyle benzerlik göstermektedir. Küresel elektrot sistemleri iki adet eş merkezli küreden ve aradaki elektriksel yalıtkandan oluşmaktadır. Uygulama alanı düzlemsel elektrot sistemine göre daha kısıtlıdır. Genellikle elektriksel boşalmalarda tedbir amaçlı ve ihtiyaca bağlı olarak bölgedeki elektrik alanı küçültmek amaçlı kullanılır. Analizleri küresel koordinatlarda yapıldığı için (r, ɸ, z) düzlemsel elektrot sistemine göre nispten daha karmaşıktır.

►İlginizi Çekebilir: İzolatörler | ElektrikPort Akademi

Elektrik alan şiddeti;

D = Q / 4πɛr² ve D = ɛ * E

Eşitliklerinden Q’ya bağlı U gerilimi;

olarak bulunur. Tüm bu eşitlikler en uygun küresel elektrot sisteminin geometrik ve dielektrik özelliklerini belirlemek için yapılmaktadır. Geometrik karakteristikler;

Açıklık; a = r2-r1

Faydalanma faktörü n = α / a

Maksimum elektrik alan şiddeti;

U = E*α = E*n*a

eşitiliği ile bulunur.

Silindirik Elektrot Sistemi

İki adet silindirik elektrot ve aradaki elektriksel yalıtkandan oluşmaktadır. Elektrotlar diziliş itibariyle karşılıklı, iç içe veya çarpraz şekilde dizilebilrler. Elektrot sistemlerinden uygulaması en yaygın olanıdır. Dönen elektrik motorları, enerji iletim kabloları ve izolatörler silindirik elektrot sistemi gibi düşünülebilir. Elektrot sistemleri içinde analizleri en karmaşık olan silindirik elektrot sistemidir.

►İlginizi Çekebilir: Yüksek Gerilim İşletme Sorumluluğu Nedir ve Nasıl Yapılır?

Elektriksel Potansiyel;

V = A + B * lnr

Potansiyeldeki A ve B sabitleri uygulanan gerilim ve silindirik sistemin geometrik değerlerine göre değişmektedir.

Eş eksenli silindirik elektrot sisteminde kapasite;

Elektrik üretim, iletim ve dağıtımının gerçekleştiği organize bölgelerde birçok malzeme elektrot sistemleriyle özdeşleştirilebilir. Çok katmanlı kablolardan tesla bobinlerine, elektrik motorlarından izolatörlere kadar kapsamlı bir uygulama alanları mevcuttur. Ayrıca yüksek gerilimde akım trafosu veya gerilim bölücü kullanılamadığı durumlarda elektriksel parametrelerin ölçümünün yapılabilmesini sağlamaktadır.

Kaynak:

►wikipedia
►arxiv
►Erciyes Üniversitesi / Yrd. Doç. Dr. Cabbar Veysel Baysal