Yazımıza “Yüksek Gerilim Sistemi Nedir?” ve “Yüksek Gerilim Sistemlerinde Yalıtkan Kullanmanın Nedenleri Nelerdir?” sorularına cevap vererek başlayalım.

Yüksek gerilim sistemleri, elektrik enerjisinin güvenli, verimli ve uzun ömürlü olarak iletilmesini sağlamak için tasarlanmış yapılardır. Yüksek gerilim tanımı, genellikle 1kV’un üzerindeki seviyelerdeki gerilimler için kullanılır ve güç iletim hatlarından, endüstriyel tesislere ve elektrikli taşıma sistemlerine kadar birçok sektör içerisinde bu tabire rastlamak mümkündür.

Bu sistemler içerisinde yüksek gerilim seviyelerinde meydana gelebilecek ark oluşumu, yıldırım etkileri, kısa devreler ve yüzey bozulmaları gibi sorunların önüne geçilebilmesi için yalıtkan malzemeler kritik rol oynar. Yüksek gerilim sistemleri, enerji iletiminde ve dağıtımında minimum kayıpla maksimum güvenliği sağlamak adına çeşitli teknik bileşenlerden oluşur:

► Yüksek Gerilim İletim Hatları: Elektrik enerjisinin uzun mesafelerdeki kayıplarını minimize ederek iletilmesini sağlar.
► Transformatörler: Gerilim seviyelerini yükseltip düşürerek elektrik enerjisinin güvenli şekilde dağıtılması noktasında elzem rol oynar.
► Şalt Sistemleri: Elektrik enerjisinin yönlendirilmesi ve kontrol edilmesi için kullanılır. Gaz yalıtımlı şalt sistemleri (GIS) gibi gelişmiş teknolojilerle kompakt ve güvenilir çözümler sunar.
► İzolatörler ve Koruma Elemanları: Yüksek gerilim hatlarında enerji iletimini güvenli hale getiren yalıtkan malzemeleri bünyelerinde barındırırlar.

Yüksek gerilim sistemlerinin etkin ve efektif çalışması, kullanılan yalıtım teknolojilerinin kalitesine doğrudan bağlıdır. Yalıtkan malzemelerin dielektrik dayanımı, termal kararlılığı ve çevresel etkilere karşı dayanıklılığı, sistemlerin uzun ömürlü ve güvenli olmasını sağlar.

İçeriğimizin şu ana kadar ki bölümünde “Yüksek Gerilim Sistemleri Nedir” sorusunu yanıtlamış. Genel haliyle yüksek gerilim sistemlerini tanıtmış olduk. Şimdi ise “Yüksek Gerilim Tesislerinde Yalıtkan Malzeme Kullanımının Nedenleri”ni ele alalım.



 

Giriş bölümümüzde de değindiğimiz gibi yalıtkan malzemeler yüksek gerilim sistemlerinin fonksiyonel ve efektif çalışmaları noktasında oldukça kritik bir rol üstlenmektedir. Günümüz teknolojisinde kullandığımız bütün yüksek gerilim sistemleri içerisinde kendilerine mutlaka yer bulan yalıtkan malzemelerin neden bu kadar vazgeçilmez olduğunu inceleyelim.

1. Elektriksel Yalıtım: Elektrik enerjisinin belirlenen yollar boyunca güvenli şekilde iletilmesini sağlayarak iletkenler arasındaki istenmeyen akım geçişlerinin önüne geçer.
2. Personel ve Ekipman Güvenliği: Yüksek gerilimli sistemlerde elektrik çarpma riskini minimize ederek personel güvenliğini arttırır ve ekipman ömrünü uzatır.
3. Enerji Verimliliği: Elektriksel kayıpları azaltarak sistemin verimli çalışmasını sağlar.
4. Uzun Ömür ve Dayanıklılık: Elektrik sistemlerinde bakım ve yenileme maliyetlerini düşürerek uzun vadeli ekonomik fayda sağlar.
5. Çevresel Etkenlerden Koruma: Nem, çevresel kirleticiler, sıcaklık değişimleri gibi dış etkenlerin sebep olabileceği arızalara karşı sistemi korur. Sistem sürekliliğinin sağlanmasında yardımcı rol alır.

Yüksek gerilim sistemlerinin olmazsa olmazlarından yalıtkanların neden bu denli elzem bir konumda olduğunu inceledikten sonra ise sıra bu malzemelerin türlerine göre sınıflandırılmasına geldi. Yüksek gerilim uygulamalarında kullanılan yalıtkanlar fiziksel hallerine göre dört ana başlıkta incelenebilir:
 

Kullanım Alanları: Elektrik izolatörleri, transformatör izolasyonu, şalt sistemlerinde yüzey yalıtımı.
Örnekler: Seramik, porselen, cam, epoksi reçine, silikon kauçuk.

Şeffaf Epoksi Reçine

 

Kullanım Alanları: Transformatörler ve yüksek gerilim anahtarlama cihazlarında hem soğutma hem de yalıtım için kullanılır.
Örnekler: Mineral yağlar, sentetik esterler
 

Kullanım Alanları: Gaz izoleli şalt sistemleri (GIS), yıldırımdan korunma sistemleri.
Örnekler: SF6 (Kükürt Hekzaflorür), azot, kuru hava.

Gaz İzoleli Şalt Sistemi (GIS) Örneği
 

 

Kullanım Alanları: Yüksek dayanıklı ve hafif izolatör sistemleri.
Tanım: Modern sentetik malzemelerle güçlendirilmiş hibrit yapılar.

 

Yalıtkan çeşitlerimizi fiziksel özellikleri baz alınarak sınıflandırdık. Şimdi ise bu yalıtkanların sistem içerisindeki teknik ve ekonomik özelliklerini ele almamız gerekir ise. Ortaya aşağıdaki gibi bir sonuç çıkacaktır.
 

► Yüksek Dielektrik Dayanım: Yüksek gerilim sistemlerinde kullanılan yalıtkan malzemelerin, elektrik alanına karşı dayanım göstermesi büyük önem arz eder. Dielektrik dayanım, bir malzemenin elektrik alan altında bozulmadan kalabilme yeteneğidir ve bu özellik, enerji iletimi sırasında izolasyon hatalarını önleyerek güvenliği artırır.

► Düşük Elektriksel Kayıp Faktörleri: Elektrik sistemlerinde kayıpların düşük olması, enerji verimliliğini artırır. Yalıtkan malzemelerde düşük kayıp faktöründe sahip olanlar, elektriksel yüklerin daha az kayıpla iletilmesini sağlayarak sistemin genel performansını iyileştirir.

► Çevresel Dayanıklılık: Yalıtkanlar, dış ortam koşullarına maruz kaldıklarında bozulmadan görev yapmalıdırlar. UV ışınlarına, nem seviyesine ve sıcaklık değişimlerine karşı dirençli malzemeler, özellikle dış ortamda kullanılan izolatörlerde tercih edilir ve sistem ömrünü uzatır.

► Termal Dayanıklılık ve Uzun Ömür: Yalıtkan malzemelerin yüksek sıcaklıklarda fiziksel ve kimyasal kararlılığını koruyabilmesi, sistemlerin aşırı yüklenme durumlarında dahi güvenli çalışmasını sağlar. Termal olarak kararlı malzemeler, yüksek sıcaklık altındaki dielektrik dayanımını koruyarak uzun süreli kullanım imkânı sağlar.

► Kolay İşlenebilirlik ve Montaj: Yüksek gerilim uygulamalarında kullanılan yalıtkan malzemelerin mekanik işlenebilirliği ve montaj süreci büyük önem taşır. Uygun tasarlanmış yalıtkanlar, montaj sürecini hızlandırarak sistemde meydana gelebilecek hataların önüne geçer.
 

► Düşük Üretim Maliyeti: Yalıtkan malzemelerin üretiminde maliyet etkin çözümler tercih edilmektedir. Düşük maliyetli yalıtkan malzemeler, sistemin toplam kurulum maliyetini azaltarak ekonomik tasarruf sağlar.

► Uzun Ömür ve Düşük Bakım Gereksinimi: Yüksek gerilim sistemlerinde kullanılan yalıtkanların bakım gereksinimleri minimum seviyede tutulmalıdır. Uzun ömürlü malzemeler, bakım süreçlerini azaltarak işletme maliyetlerinde büyük tasarruf sağlar.

► Yenilenebilir ve Çevre Dostu Malzeme Kullanımı: Geleneksel yalıtkan malzemelerin çevreye zarar vermesini önlemek adına yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir malzemeler giderek yaygınlaşmaktadır. Bu tür malzemelerin kullanımı, sürdürülebilir enerji sistemlerine katkıda bulunur. 

Yavaş yavaş giriş içeriğimizin sonuna yaklaşırken bir de bu alanda son yıllar içerisinde yapılan teknolojik gelişmeleri ele alalım.

► Nano-Yalıtkan Malzemeler: Epoksi reçine bazlı nano – kompozitler, transformatörlerde daha yüksek elektriksel dayanım ve ısı direnci sağlamak için kullanılmaktadır. Bu malzemeler, geleneksel polimer bazlı yalıtkanlara kıyasla üstün mekanik ve dielektrik özellikler sunmaktadır.

► Akıllı İzolatörler: IoT tabanlı sensör teknolojisi ile kirlilik ve arızaları algılayarak izleme sistemlerine veri sağlayan izolatörler geliştirilmektedir. Bu teknoloji, bakım süreçlerini optimize ederek arıza risklerini azaltmaktadır.

► Biyo-Yalıtkan Malzemeler: Çevre dostu ve biyolojik olarak bozunabilir ester bazlı yalıtkan yağlarının transformatörlerde kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu malzemeler, çevreye zararlı geleneksel mineral yağlarına sürdürülebilir bir alternatif oluşturmaktadır. Böylece içerik serimize giriş yapmış bulunuyoruz. Serimizin devamında fiziksel özelliklerine göre sınıflandırdığımız yalıtkanları ayrı ayrı ele alıp detaylandıracağız. Bir sonraki içeriğimize kadar sağlıcakla kalın, ElektrikPort ile kalın.


Kaynakça

1. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2022.
2. Power Engineering Journal, 2021.
3. Energy Reports, 2020.
4. IEEE Electrical Insulation Magazine, 2019.
5. Journal of Electrical Engineering, 2023.
6. High Voltage Engineering Handbook, J. Kuffel et al., 2018.
7. Advanced Electrical Insulation Systems, R. Hackam, 2021.
8. Gas – Insulated Substations, M. Yokoyama, 2019.
9. Dielectric Materials for Electrical Engineering, Elsevier, 2022
10. Materials Science in Electrical Engineering, Wiley, 2021.
11. High Voltage Insulation Performance, IEEE, 2020.
12. Composite Insulators in High Voltage Applications, IEEE, 2020
13. Thermal Stability of Electrical Insulating Materials, Springer, 2019
14. Electrical Insulation and Cable Engineering, CRC PRess, 2021
15. Economic Aspects of Power System Insulation, Elsevier, 2018
16. Maintenance Strategies for High Voltage Equipment, Wiley, 2020.
17. Sustainable Materials in Electrical Engineering, IEEE, 2021.
18. Nanotechnology in Electrical Insulation, Elsevier, 2022.
19. Smart Insulation Systems, IEEE Transactions, 2021.
20. Biodegradable Electrical Insulation Materials, Energy Reports, 2023.