Yüksek Gerilim Hatları İçin Doğru İzolatörü Nasıl Seçersiniz?

Yüksek Gerilim Uygulamaları İçin Temel İzolatör Tiplerini ve Malzeme Seçeneklerini Anlayın

Sabitlik, Direk, Uzun Çubuk ve Gerilim İzolatörleri: HV Sistemlerindeki Fonksiyonları ve Yapısal Roller

Yüksek gerilim iletim sistemlerinde kritik roller oynayan dört ana izolatör türü vardır. Sıra halinde dizilmiş tek tek disklerden oluşan zincirler aracılığıyla iletkenlerin ağırlığını taşıyarak çalışan sarkıt (suspension) izolatörler, mühendislerin farklı şekillerde kuleler inşa etmelerini sağlar ve hattın zorlu arazi koşullarında ilerlemesi gerektiğinde işleri kolaylaştırır. Trafo merkezlerinde görülen kalın baralara sağlam bir destek sağlayan direk (post) izolatörler ise farklı bir yaklaşım benimser. Bu izolatörler yüzlerce kilovoltluk gerilimlere dayanacak kadar sağlam yapılmıştır. Uzun çubuk (long rod) izolatörler ise porselen ya da kompozit malzemeden tek parça halinde üretilmeleriyle dikkat çeker. Bu yapı, kir birikimine karşı özellikle dirençli olmalarını sağladığı için bileşenler arasında tehlikeli atlama olaylarını önlemeye yardımcı olması bakımından daha uzun yüzeylere ihtiyaç duyulan EHV uygulamalarında sıkça görülürler. İletim hatlarının uçlarında yer alan ve yükseklik değişimlerinden, yoğun kar birikmesine veya peyzaj boyunca esen güçlü rüzgârlara kadar çeşitli kuvvetlere rağmen her şeyi bir arada tutan gerilim (strain) izolatörleri de mevcuttur. Her bir izolatör türü, rüzgâr basıncı, buz birikimi ve hatta depremler gibi farklı zorlukları özel olarak aşacak şekilde tasarlanmıştır. İlginç bir şekilde yapılan araştırmalar, uzun çubuk izolatörlerin tekrarlayan stres altında eski disk dizilerine kıyasla yaklaşık %30 daha uzun ömürlü olabildiğini göstermiştir ve bu nedenle birçok modern tesiste akıllıca bir seçimdir.

Porselen, Cam ve Kompozit İzolatörler: Performans, Dayanıklılık ve Uygulama Uygunluğu

Yüksek gerilim durumlarında ekipmanın performansı ve ömrü açısından hangi malzemenin kullanıldığı gerçekten önemlidir. Porselen, dielektrik dayanımının ayak başına 150 kV'ın üzerinde olması ve sıcaklık değişimlerinde bile kararlı kalması nedeniyle elektriği oldukça iyi yönettiği için uzun zamandır kullanılmaktadır. Sorun ise darbelere karşı kolayca kırılmasıdır ve bakımın her zaman kolay veya güvenli olmadığı ortamlarda bu ciddi bir endişe kaynağıdır. Isıl işlem görmüş cam izolatörler doğal olarak kendilerini temizler ve tamamen çatlamadan önce çatlak gösterirler, bu da güvenlik açısından avantaj sağlar. Ancak bu cam izolatörler hava çok tuzlu olan kıyı bölgelerinde yüzeylerinin zamanla aşınması nedeniyle yeterince dayanıklı değildir. Kompozit polimer izolatörler özellikle kirli veya nemli ortamlarda son zamanlarda popülerlik kazanmıştır. İç kısımları cam elyafından yapılmış ve dış kısımları silikon kauçukla kaplıdır ve suyu itme özellikleri sayesinde normal malzemelere göre kir ve lekeleri yaklaşık %40 daha hızlı atarlar. Bazı saha raporları, bu kompozitlerin geleneksel porselen seçeneklere kıyasla kuru iklimlerde yaklaşık 15 yıl ekstra dayanabileceğini öne sürmektedir. Yine de güneşin UV ışınları altında uzun yıllar sonra fazla çabuk bozulmamaları için özel formüllerin geliştirilmesi gerekmektedir. Şu anda süper yüksek gerilim sistemlerinde yaşananlara bakıldığında, cam veya porselen çekirdeklerin en iyi yönlerini alıp bunları kompozit kaplamaların hava koşullarına dayanıklı özelliklerine eşleştiren yeni hibrit yaklaşımlar görmeye başlıyoruz.

Elektriksel ve Mekanik Performans Gereksinimlerini Değerlendirme

Dielektrik Mukavemet ve Gerilim Derecesi: İzolatörlerin 110 kV-UHV ve HVDC Sistemlerine Uyumu

Doğru yalıtkan malzemeyi seçmek, hem sistem voltajının hem de mevcut elektriksel gerilmelerin dikkatlice değerlendirilmesini gerektirir. 110 kV ile 800 kV arasındaki AC sistemler için standart porselen izolatörler genellikle santimetre başına yaklaşık 10 ila 12 kV'lık gerilimi karşılayabilir. Ancak aşırı yüksek gerilim (UHV) ve yüksek gerilim doğru akım (HVDC) uygulamalarına gelindiğinde gereksinimler önemli ölçüde artar. Bu sistemler, elektrik alanlarının çok daha güçlü hale gelmesi nedeniyle santimetre başına en az 15 kV dayanabilen malzemeler gerektirir. HVDC ile çalışma ayrıca ek sorunlar getirir. Elektrik alanlarının dağılımı kutupluluğa bağlıdır ve bu sistemler yüzey kirliliklerini diğerlerine göre daha hızlı biriktirir. Kirlilik problemi aslında yaşlanma sürecini hızlandırır ve zamanla kaçak akımların artmasına neden olur. Çoğu mühendis, sistemde normalde görülenin üzerine %20 ila %30 ek kapasite ekler, böylece ani gerilim sıçramalarına karşı güvence altına alınmış olur. Örneğin UHV izolatörler, baskı altında dayanıklılıklarını kontrol etmek için genellikle tam bir dakika boyunca 1800 kV'a kadar test edilir. Birçok şirket artık HVDC uygulamaları için kompozit polimer izolatörlere yöneliyor. Bu izolatörler, elektrik alanını yüzeylerde daha eşit şekilde dağıtır ve kirlilik ve korozyona bağlı atlama olaylarına karşı geleneksel seçeneklere göre daha dayanıklıdır.

Mekanik Yük Kapasitesi: Rüzgar, Buz, Gerilim ve Arazi Zorluklarına Dayanma

Aşırı koşullarda güvenilir çalışmak için mekanik performans kritik öneme sahiptir. Yüksek gerilim izolatörleri şunlara dayanabilmelidir:

• Rüzgar ve buz yükleri : Buz birikiminin sık görüldüğü bölgelerde 345 kV hatlarda 70 kN'ı aşan ankastre mukavemet
• İletken gerilimi : Hattın arızası veya aşırı hava koşulları sırasında zincirleme arızaları önlemek amacıyla 120 kN'dan fazla çekme mukavemeti
• Deprem ve arazi stresleri : Deprem riski yüksek bölgelerde titreşim sönümleyicilerin kullanılması ve dağlık veya açık alanlarda gallop (dalgalanma) önleyici tasarımlar
  Kompozit izolatörler, yaklaşık 40 MPa olan porselenin aksine 500 MPa'nın üzerinde çekme mukavemeti sunar ve silikon kauçuk muhafazalar buz atma performansını artırır. Kıyı bölgelerinde izolatörlerin tuz nedeniyle oluşan izlenmeye karşı direnç göstermesi için 25-30 mm/kV kaçak mesafesi ve hidrofobik yüzeylere ihtiyacı vardır. IEC 61109 ve ANSI C29.11 standartlarına uyum, gerçek koşullar altında mekanik ve elektriksel performansı sağlayarak yıllarca güvenilir hizmet verilmesini destekler.

Zorlu Koşullarda Çevresel Dayanıklılık ve Uzun Vadeli Güvenilirliği Değerlendir

Kıyısal, Endüstriyel ve Kurak İklimlerde Kaçak Mesafe ve Kirlilik Performansı

İzolatörlerin performansı ve ömrü büyük ölçüde çevre koşullarına bağlıdır. Kaçak akım mesafesi söz konusu olduğunda, yani iki elektrot arasındaki izolatör yüzeyi boyunca olan gerçek en kısa yol, tehlikeli atlama olaylarını önlemek için yüksek kirlilik seviyesinde olan bölgelerde bu mesafenin ayarlanması gerekir. Kıyı bölgeleri zamanla tuz birikimi nedeniyle yüzeylerde iletken katmanlar oluşturarak özel zorluklar getirir. Bu yüzden birçok üretici, nem ve kirin kritik bileşenlerden uzak tutulmasını çok iyi sağlayan hidrofobik silikon kauçuk kompozitlere yönelmektedir; böylece istenmeyen kaçak akımların minimize edilmesi sağlanır. Endüstriyel alanlar da izolatörlere kükürt bileşikleri ve çimento tozu gibi kimyasal kirleticilerle bombardıman edildiği için başka bir dizi zorluk sunar. Bu maddeler ıslakken iletken yollar oluşturma eğilimindedir, ancak oluklu profil tasarımları ve düzenli temizlik rutinleri bu sorunu çözmede önemli ölçüde etkilidir. Çöllerin de malzemelerin sürekli aşınmasına neden olan kum ve yoğun UV ışınlarının ileri derecede bozunmaya yol açması gibi kendine özgü zorlukları vardır. Araştırmalar, takviyeli camın bu sert koşullara geleneksel porselen seçeneklerinden yaklaşık yüzde 30 daha iyi direnç gösterdiğini göstermiştir. Kirliliğin yoğun olduğu ortamlarda düzgün çalışmayı sağlamak için mühendisler, özellikle yüksek nem dönemlerinde termal kaçmayı önlemek amacıyla kaçak akımları yakından izler ve bunların 50 mA eşik değerinin altında kalmasını hedefler. Test protokolleri, eksi 40 santigrat dereceden artı 80 santigrat dereceye kadar uzanan onlarca yıl süren aşırı sıcaklık dalgalanmalarını taklit eden hızlandırılmış yaşlanma simülasyonlarını içerir ve üreticilere malzeme dayanıklılığı konusunda zaman içinde güven verir. Ve evet, bu izolatörlerin nereye monte edildiğine bağlı olarak önerilen kaçak akım mesafeleri değişir.

İklim-iyileştirilmiş profilli izolatörlerin seçilmesi, yüzey direnci, hidrofobiklik ve kendini temizleme kabiliyetini dengeleyerek 25+ yıl boyunca güvenilir çalışmayı sağlar.

Gerilim ve Uygulamaya Dayalı Bir Seçim Çerçevesi Uygulayın

33 kV-345 kV AC ve AGH/YGDC için İzolatör Seçimi: Dizilim Yapılandırması, kV Başına Birim Sayısı ve Güvenilirlik Kriterleri

Doğru izolatörleri seçmek, hangi gerilim seviyesiyle uğraşıldığına ve sahada nasıl kullanılacaklarına büyük ölçüde bağlıdır. 33 kV'dan 345 kV'a kadar olan AC sistemlerinde çalışılırken, esnek dizi konfigürasyonlarına ve kirlenme birikimine karşı iyi dirence ihtiyaç duyulur. Genellikle çevre koşullarının çok sert olmadığı bölgelerde her 100 kV için 8 ila 10 adet porselen veya cam izolatör yeterli olur. Ancak son derece yüksek gerilim (UHV) ve yüksek gerilim doğru akım (HVDC) sistemlerine gelindiğinde durum değişir. Bu tesisler, genellikle 25 mm/kV üzerinde uzun kaçak mesafesi sunan ve kirlenmeye karşı daha iyi koruma sağlayan kompozit polimer izolatörlere ihtiyaç duyar. Ayrıca bu sistemlerin, yoğun elektrik alanlarını uygun şekilde yönetebilmek için benzer AC sistemlerine kıyasla yaklaşık 1,5 kat daha fazla izolatör birimine ihtiyacı olduğu görülür. Buradaki güvenilirlik standartları da oldukça katıdır ve çoğu UHV projesi yıllık %0,05'ten düşük hata oranını hedefler. Ayrıca özellikle yoğun buz yüküne veya kuvvetli rüzgarlara maruz bölgelerde, izolatörlerin 50 kN'ın üzerinde statik gerilimlere maruz kalabileceği mekanik dayanım da unutulmamalıdır. Sektör profesyonelleri genellikle zaman içinde sorunsuz çalışmayı ve genel şebeke stabilitesini sağlamak için kaçak mesafeleri konusunda IEC 60383 ve mekanik yükler için ANSI C29 standartlarına uyar.

SSS