Geri Dön

Evaluation of dielectric performance of high-temperature vulcanizing silicone rubber samples

Yüksek sıcaklıkta kürlenen silikon kauçuk numunelerin dielektrik performansının değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 777737
  2. Yazar: TAYLAN ÖZGÜR BİLGİÇ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 89

Özet

Günümüzde elektrik artık ihtiyaç değil zorunlu bir gereksinimdir. İnsanların günlük yaşantılarında çok önemli bir yer tutmasının yanında sanayi tesislerinde de büyük bir ihtiyaçtır. Plansız bir elektrik kesintisi sanayi tesisleri için çok büyük mali kayıplara neden olmaktadır. Bu yüzden elektrik kesintilerini en aza indirme devamlı bir elektrik üretimi, iletimi ve dağıtımı sağlanması gerekmektedir. Elektrik kesintilerinin sebeplerinden biri kullanılan malzeme kaynaklıdır. Elektriğin üretim aşamasından daha çok kullanıcıya gelene kadar olan kısım yani dağıtım ve iletim şebekelerinde oluşan arızalardan dolayı kesintiler oluşmaktadır. Burada kullanılan malzemelerin seçimlerinde kullanılacağı yere ve koşullara göre seçim yapılması gerekmekte ve ömürlerine dikkat edilmelidir. Bunun yanında kullanılan malzemelerin daha iyi özelliklere sahip olanı bulunduğu zaman da gelecekte oluşabilecek arızaları önlemek için bu yeni malzemeler kullanılmaya başlanmalıdır. İzolatörler iletim hatlarında enerji kısım ile toprak arasındaki yalıtımı sağlamak amacıyla kullanılırlar. Bir iletim hattında izolatörlerden birinde sorun olması durumunda kısa devre olacağı için yüksek kısa devre akımı çekilecektir ve sistemde arıza meydana gelecektir. İzolatörlerin ömürlerine dikkat edilmesi ve yeniliklerden haberdar olunması gerekmektedir. Bu sebepten dolayı geleneksel izolatörler yani seramik ve cam olanların yerini silikon izolatörler almaktadır. Silikon izolatörler başta hidrofobik özellikleri olmak üzere hafiflikleri, darbelere karşı dayanıklı olmaları, ucuz olmaları, kurulum kolaylıkları, geniş sıcaklıkta özelliklerini korumaları ve elektriksel dayanımları gibi özelliklerden dolayı tercih edilmektedir. İzolatörlerde meydana gelen arızalar genelde çevresel koşullardan yani yağmur, sis ve kar gibi hava koşullarından dolayı kısa devre akımları oluşmasıdır. Bunun sebebi izolatörlerin yüzeylerinde biriken kirlerin bu hava koşullarında dolayı yüzeyde oluşan su ile birlikte iletken yolu oluşturmasıdır. Bu iletken yol sebebi ile kısa devre meydana gelmekte ve kısa devre akımları oluşmaktadır. Bunu önlemekte hidrofobik özelliğe sahip silikon izolatörleri kullanmaktır. Hidrofobik özelliğini kaybetmemiş bir silikon izolatörün yüzeyinden suyun akması bir yol oluşturarak olmaz damla damla akar. Bu sayede kısa devre akımı oluşması engellenmiş olur. Bu çalışmada 3 farklı test düzeneğinde yüksek sıcaklıkta kürlenen (High Temperature Vulcanizing / HTV) silikon kauçuk numunelerle ilgili inceleme yapılmıştır. İlk deney eğik düzlem deneyidir. Bu deneyle HTV silikon numunelerin iz ve erozyon dirençleri incelenmektedir. Deney AC, –DC ve +DC olmak üzere üç farklı gerilim türünde yapılmış ve bunlar karşılaştırılmıştır. Sırası ile AC, –DC ve +DC gerilimler için 4.5, 3.15 ve 2.45 kV gerilim değerlerinde deneyler yapılmıştır. Bu gerilim seviyelerine göre de ön dirençler ve kirletici sıvı akış hızı belirlendi. Deneyde aynı anda 5 numune kullanılmıştır. Buna ek olarak numunelerin 6 saat boyunca sıcaklık ölçümleri termal kamera yardımı ile alındı. Aynı şekilde labview programı kullanılarak kaçak akım verileri alındı. İkinci test olarak korona boşalması deneyi yapılmıştır. Bu deneyde HTV silikon numunelerin hidrofobiklik özellikleri incelenmiştir. Bu deneyde yine aynı şekilde AC, –DC ve +DC gerilim türünde deney yapılmıştır. Korona deşarjı oluşturmak için gereken gerilim seviyesi denemeler ile bulunmuştur. AC gerilimde 5 kV, –DC ve +DC gerilimde ise 21 kV gerilim uygulanmıştır. Buna ek olarak ortam koşullarının hidrofobikliğe olan etkisi incelenmek için farklı sıcaklık ve farklı nemde deneyler yapılmıştır. Her deney için 2 numune kullanılmış ve her numune yüzeyinde belirlenen 3 noktaya korona boşalması iğne elektrotlar ile uygulanmıştır. Bu 6 noktaya boşalma uygulandığı sürece ve sonrasında hidrofobikliğin geri kazanımı sırasında farklı zamanlarda su damlası damlatılarak damların fotoğrafları çekilmiştir. Bu fotoğraflarda program yardımı ile damla ve yüzey arasındaki açılar bulunarak hidrofobikliğin değişimi incelenmiştir. Bu değişim önce kayıp olarak sonra geri kazanım olarak incelenmiştir. Üçüncü deney olarak dinamik düşüş deneyi yapılmıştır. Bu deneyde yine aynı şekilde HTV silikon numunelerin hidrofobiklik özellikleri incelenmiştir. Bu deneyde de yine aynı şekilde AC, –DC ve +DC gerilim türünde deney yapılmıştır. Üç gerilim türü için de 6 kV gerilim seviyesi uygulanmıştır. Her deney için 5 numune kullanılmıştır. Bu deneyde 2 elektrot yardımıyla numuneler elektriksel zorlanmaya maruz kalmaktadır. Numunelerin yüzeyin bir sıvı akıtılmaktadır. Elektriksel zorlamalar sonucu olarak numuneler hidrofobiklik özelliklerini zaman geçtikçe kaybetmektedirler. İlk başta numuneler hidrofobiklik özelliklerini kaybetmeden sıvı akışı sırasında numunelerin yüzeyinde hiçbir birikme veya su yolu oluşmamaktayken. Zaman geçip hidrofobikliklerini kaybetmeye başladıklarında numune yüzeyinde su damlaları oluşmaktadır. Daha sonra hidrofobikliklerini tamamen kaybettiklerinde ise su yolu oluşmaktadır. Bu çalışmanın HTV silikon kauçuk numunlerinin özelliklerinin incelenmesi için 3 farklı test kullanılması ve bu 3 farklı testin AC, –DC ve +DC gerilim türlerinde yapılması yenilikçi yaklaşımıdır. Ama daha önemli yenilik olarak korona boşalması deneyinde ortam koşullarının etkisini incelemek için farklı sıcaklık ve farklı nemde deney yapılmasıdır. İletim ve dağıtım hatlarında izolatörler açık havada bulunmaktadır ve havanın değişiminden etkilenmektedirler. Farklı sıcaklık ve farklı nem değerlerinde deney yapıp numunelerinin hidrofobiklik davranışını inceleyerek yaz ve kış aylarında veya soğuk ve sıcak iklime sahip bölgelerde silikon izolatörlerin hidrofobiklik özelliklerinin durumu hakkında bilgi sahibi olunabilir. Eğik düzlem deneyinde 4.5 kV AC gerilimde yapıldığı zaman 5 numunenin hepsi 6 saat dayanmış ve deneyden geçmişlerdir. AC gerilimde yapılan eğik düzlem deneyinde 5 numunenin ortalama sıcaklığı 81.5 ˚C olarak ölçülmüş ve 5 numunenin maksimum sıcaklıklarının ortalaması da 113 ˚C olarak bulunmuştur. En fazla 2. Numune 133 ˚C sıcaklığa kadar çıkmıştır. 5 numunenin ortalama kütle kaybı 0.0496 gramdır. 3.15 kV negatif DC gerilimde yapılan eğik düzlem deneyinde yine 5 numunenin hepsi 6 saat dayanmış ve deneyi geçmişlerdir. Beş numunenin ortalama sıcaklığı 242.81 ˚C olarak bulunmuştur ve 5 numunenin maksimum sıcaklarının ortalaması 549.45 ˚C olarak bulunmuştur. 3. ve 4. numuneler 670.09 ˚C sıcaklığa kadar çıkmıştır, bu ölçülebilen en yüksek sıcaklıktır. Beş numunenin ortalama kütle kaybı 0.0828 gramdır. 2.45 pozitif DC gerilimde yapılan eğik düzlem deneyinde sadece 1.numune 6 saat dayanmış ve deneyi geçmiştir. Diğer 4 numune iki buçuk saatten kısa sürede erozyon boyları standartta belirtilen değerin üstüne çıktığı için başarısız olmuşlardır. 1.numune ise 2.5 cm olan erozyon boy sınırını 2.45 cm ile ucundan geçmemiştir. Ama en büyük kütle kaybı 1.numunede bulunmaktadır. Bunun sebebi boyunun yanında enine olarak da büyük bir erozyona uğraşmış olmasıdır. Beş numunenin ortalama kütle kaybı 0.85 gramdır. 1.numunenin kütle kaybı da 1.23 gram ile en yüksektir. 5 numunenin ortalama sıcaklık değeri 98.95 ˚C olduğu bulunmuştur. 5 numunenin maksimum sıcaklıklarının ortalaması 648.37 ˚C ve 1.numune 602.64 ˚C ile en küçük maksimum sıcaklığa sahiptir. Bu sonuçlardan da anlaşılabileceği gibi en iyi sonuçlar AC gerilimde çıkmış ve en kötü sonuçlar +DC gerilimde bulunmuştur. CDT'te HTV SIR numuneler için hidrofobikliğin geri kazanımında üç gerilim türünde de en iyi durum yüksek sıcaklık yani 30 ˚C sıcaklık ve %54 nem değerindeki ortam koşullarındadır. Hidrofobikliğin geri kazanımında üç gerilim türünde de en kötü durum düşük sıcaklık yani 18 ˚C sıcaklık ve %54 nem değerindeki ortam koşullarındadır. Hidrofobiklik kaybında üç gerilim türünde de en kötü ortam şartı yüksek sıcaklık olarak bulunmuştur. AC ve pozitif DC gerilimde hidrofobiklik kaybı için en iyi koşul düşük nem yani 24 ˚C sıcaklık ve %45 nemdir. Negatif DC gerilimde hidrofobiklik kaybı için en iyi koşul düşük sıcaklıktır. Hidrofobiklik kaybı açısından da en kötü sonucu yine yüksek sıcaklıkta test edilen numuneler vermesine rağmen hidrofobiklik kayıp oranı geri kazanımı oranına göre daha düşüktür. Yani kayıp fazla ama geri kazanım daha da fazladır. Dinamik damla deneyinde AC gerilimde en düşük süre ile 2.numune 116 dakika, en yüksek süre ile 4.numune 212 dakika ve 5 numunenin hidrofobiklik özelliklerini kaybetme sürelerinin ortalaması 157.4 dakikadır. Negatif DC gerilimde en düşük süre 2.numune 45 dakika, en yüksek süre ile 4.numune 239 dakika ve 5 numunenin hidrofobiklik özelliklerini kaybetme sürelerinin ortalaması 124.2 dakikadır. Pozitif DC gerilimde en düşük süre ile 5.numune 75 dakika, en yüksek süre ile 2.numune ve 3.numune 720 dakikadan fazla ve 5 numunenin hidrofobiklik özelliklerini kaybetme sürelerinin ortalaması 387.2 dakikadır. Bu sonuçlardan da anlaşılabileceği gibi en iyi sonuçlar +DC gerilimde bulunmuş ve en kötü sonuçlar ise –DC gerilimde bulunmuştur. AC gerilimde numunelerin hidrofobik özelliklerini kaybetme süreleri birbirlerine yakındır standart sapması 42.34 ile de en düşük seviyededir. +DC gerilimde ise en iyi sonuçlar çıkmasına rağmen numunelerin hidrofobik özelliklerini kaybetme süreleri arasında çok büyük farklar bulunmaktadır.

Özet (Çeviri)

Electricity has become a must-have rather than a need in our current times. In addition to holding a very important place in people's daily lives, it is also a great need in industrial facilities. An unplanned power outage causes huge financial losses for industrial facilities. Therefore, it is necessary to minimize power outages and to ensure a continuous generation, transmission and distribution of electricity. One of the reasons for power cuts is due to the material used. Interruptions occur due to faults in the distribution and transmission networks of electricity from the generation stage until it reaches more users. In the selection of the materials used here, it is necessary to choose according to the place and conditions where they will be used, and attention should be paid to their lifetime. In addition, when the materials used have better properties, these new materials should be used to prevent future failures. Insulators are used in transmission lines to provide insulation between the energy part and the ground. If there is a problem in one of the insulators in a transmission line, high short-circuit current will be drawn as there will be a short-circuit and a malfunction will occur in the system. This brings about the necessity to pay attention to the lifetime of the insulators and to be aware of the innovations. For this reason, traditional insulators, which are ceramic and glass ones, are replaced by silicone insulators. Silicone insulators are preferred because of their hydrophobic properties, their lightness, their resistance to impacts, their cheapness, ease of installation, protection of their properties at wide temperatures and electrical resistance. Malfunctions in insulators are generally caused by short-circuit currents due to environmental conditions, namely weather conditions such as rain, fog and snow. The reason for this is that the dirt accumulated on the surfaces of the insulators creates a conductive path together with the water formed on the surface due to these weather conditions. When this conductive path is created, a short circuit occurs and short circuit currents occur. Silicone insulators can help prevent this thanks to their hydrophobic properties. The flow of water from the surface of a silicone insulator that has not lost its hydrophobic feature does not form a path, it flows drop by drop. In this way, the formation of short-circuit current is prevented. In this study, high temperature vulcanizing (HTV) silicone rubber samples were investigated in 3 different experimental setups. The first experiment is the Inclined Plane Experiment. With this experiment, the trace and erosion resistance of HTV silicone samples are examined. The experiment was carried out in 3 different voltage types as AC, –DC and +DC and they were compared. For AC, –DC and +DC voltages, 4.5, 3.15 and 2.45 kV voltage values were tested, respectively. According to these voltage levels, the pre-resistances and the contaminant liquid flow rate were determined. A total of 5 samples has been used simultaneously in the experiment. In addition, the temperature measurements of the samples for 6 hours were taken with the help of a thermal camera. In the same way, leakage current data were obtained using the labview program. The second test was the corona discharge test. In this test, the hydrophobicity properties of HTV silicone samples were investigated. In this test, AC, –DC and +DC voltage types were tested in the same way. The voltage level required to create a corona discharge has been found through trials. 5 kV in AC voltage, 21 kV in –DC and +DC voltage was applied. In addition, tests were carried out at different temperatures and different pressures to examine the effect of ambient conditions on hydrophobicity. For each test, 2 samples were used and corona discharge was applied with needle electrodes at 3 points determined on each sample surface. As long as the discharge was applied to these 6 points and afterwards during the recovery of hydrophobicity, the roofs were photographed by dripping water drops at different times. In these photographs, the change of hydrophobicity was examined by finding the angles between the drop and the surface with the help of the program. This change was examined first as loss and then as recovery. As the third test, the dynamic drop test was performed. In this test, the hydrophobicity properties of HTV silicone samples were also investigated. In this test, AC, –DC and +DC voltage types were tested in the same way. A voltage level of 6 kV has been applied in 3 voltage types. Five samples were used for each test. In this test, samples are subjected to electrical stress with the help of 2 electrodes. A liquid is run over the surface of the samples. As a result of electrical stresses, samples lose their hydrophobic properties over time. While at first no accumulation or water path is formed on the surface of the samples during the liquid flow without losing the hydrophobic properties of the samples. As time passes and they start to lose their hydrophobicity, water drops form on the sample surface. Then, when they completely lose their hydrophobicity, a water path is formed. The innovative approach of this study is to use 3 different tests to examine the properties of HTV silicone rubber samples and to perform these 3 different tests at AC, –DC and +DC voltage types. But as a more important innovation, testing at different temperatures and different humidity is performed to examine the effect of ambient conditions in the corona discharge test. Insulators in transmission and distribution lines are located in the open air and are affected by the changes in air conditions. By performing tests at different temperatures and different humidity values and examining the hydrophobic behavior of the samples, information can be obtained about the hydrophobicity properties of silicone insulators under various climate environments including the characteristics of seasons such as summer and winter. When the inclined plane test was performed at 4.5 kV AC voltage, all 5 samples lasted 6 hours and passed the test. In the inclined plane test performed at AC voltage, the average temperature of the 5 samples was measured as 81.5 ˚C and the average of the maximum temperatures of the 5 samples was found to be 113 ˚C. At most, the 2nd sample reached a temperature of 133 ˚C. The average mass loss of 5 samples is 0.0496 grams. In the inclined plane test performed at 3.15 kV negative DC voltage, all 5 samples survived for 6 hours and passed the test. The average temperature of the 5 samples was found to be 242.81 ˚C and the average of the maximum temperatures of the 5 samples was found to be 549.45 ˚C. The 3rd and 4th samples reached a temperature of 670.09 ˚C, which is the highest temperature that can be measured. The average mass loss of 5 samples is 0.0828 grams. In the inclined plane test performed at 2.45 positive DC voltage, only the first sample survived for 6 hours and passed the test. The other 4 samples failed in less than two and a half hours because their erosion length exceeded the value specified in the standard. The first sample, on the other hand, did not cross the erosion length limit of 2.5 cm at the tip of 2.45 cm. But the greatest mass loss is in the 1st sample. The reason for this is that it has been dealing with a great erosion both transversely as well as longitudinally. The average mass loss of 5 samples is 0.85 grams. The mass loss of the 1st sample is also the highest with 1.23 grams. The average temperature value of 5 samples was found to be 98.95 ˚C. The average of the maximum temperatures of the 5 samples is 648.37 ˚C and the 1st sample has the smallest maximum temperature with 602.64 ˚C. As can be seen from these results, the best results were found at AC voltage and the worst results were found at +DC voltage. Recovery of hydrophobicity for HTV SIR samples in CDT for all 3 voltage types is best in high temperature, ie 30 °C temperature and 54% humidity ambient conditions. In the recovery of hydrophobicity, the worst case in all three voltage types is at low temperature, that is, at 18 °C and 54% humidity. In hydrophobicity loss, the worst ambient condition was found to be high temperature in all three voltage types. The best condition for loss of Hydrophobicity in AC and positive DC voltage is low humidity, ie 24 ˚C temperature and 45% humidity. The best condition for loss of hydrophobicity at negative DC voltage is low temperature. Although the samples tested at high temperature gave the worst results in terms of hydrophobicity loss, the hydrophobicity loss rate is lower than the recovery rate. So the loss is more, but the recovery is even more. In the dynamic drop test, the lowest time for the 2nd sample at AC voltage is 116 minutes, the highest time is 212 minutes for the 4th sample, and the average of the 5 samples losing their hydrophobicity is 157.4 minutes. The lowest time at negative DC voltage is 45 minutes for the 2nd sample, the highest time is 239 minutes for the 4th sample, and the average of the 5 samples losing their hydrophobic properties is 124.2 minutes. At positive DC voltage, the lowest time for the 5th sample is 75 minutes, the highest time for the 2nd and 3rd samples is more than 720 minutes, and the average of the 5 samples losing their hydrophobic properties is 387.2 minutes. As can be seen from these results, the best results were found at +DC voltage and the worst results were found at –DC voltage. The time for the samples to lose their hydrophobic properties at AC voltage is close to each other and the standard deviation is the lowest with 42.34. Although the best results are obtained at +DC voltage, there is a great difference between the loss of hydrophobic properties of the samples.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    703344

    Alternatif ve darbe yüksek gerilimleri ile yaşlandırılmış orta gerilim yeraltı kablolarının performans analizi

    Performance analysis of medium voltage underground cables aged with alternating and impulse high voltages

    CİHAT ÇAĞDAŞ UYDUR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OKTAY ARIKAN

  2. Tez No

    817297

    Production and evaluation of conduction mechanisms of the Au/(RuO2:PVC)/n-Si (MPS) structures in a wide range of illumination and frequency using current-voltage and impedance-voltage measurements

    Productıon and evaluatıon of conductıon mechanısms of the Au/(RuO2:PVC)/n-Sı (MPS) structures ın a wıde range of ıllumınatıon and frequency usıng current-voltage and ımpedance-voltage measurements

    HASAN MELOUD M ELAMEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUHAMMET TAHİR GÜNEŞER

  3. Tez No

    75023

    Polivinil asetat kökenli termoplastik yapıştırıcıların radyasyonla çapraz bağlanarak iyileştirilmesi

    Başlık çevirisi yok

    M.KUDRET ARSEVEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALİ NEZİHİ BİLGE

  4. Tez No

    683686

    Katı yalıtkan malzemelerin farklı çalışma koşulları altında performans analizi

    Performance analysis of solid insulating materials under different working conditions

    FIRAT AKIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OKTAY ARIKAN

  5. Tez No

    836722

    Silisyum altlık üzerine Mo/S/Y katkılı rGO-ZnO esaslı kaplamaların üretimi ve fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi

    The fabrication and investigation of the photocatalytic properties of rGO-ZnO based coatings with Mo/S/Y doped on silicon wafer

    MİNE İBRAHİMOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN

    DOÇ. DR. AHMET DEMİR

Geri Dön