Doğrusal Olmayan Dirençli Koruma Elemanlarının Modellenmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, sonlu elemanlar yöntemini kullanarak metal oksit parafudrun bir modelini oluşturup, çeşitli durumlardaki gerilim dağılımlarını incelemektir. İlk olarak parafudr tanımlaması yapılıp, tarihsel gelişimine değinilmiştir. Parafudrun ısıl tasarımının ne kadar önemli olduğu ve ısıl bozulmaya gitmesini önlemek için neler yapılması gerektiği örnekler ile verilmiştir. Bugüne kadar parafudr üzerindeki gerilim dağılımını incelemek için bir çok çalışma yapılmış olup, hepsinin sonucunda dağılımın düzensiz olduğu görülmüştür. Bu çalışmalardan bir kısmı, gerilim dağılımının nasıl daha düzenli hale getirilebileceği konusuna yoğunlaşmış olup, son derece etkili çözümler önermiştir. Bunlardan bazıları örnekleri ile birlikte verilmektedir. Bu sonuçlardan da görülebileceği üzere, parafudr elemanları üzerinde yapılacak basit değişiklikler, gerilim dağılımını düzenlemede etkili sonuçlar vermektedir. Gerilim dağılımı ne kadar düzensiz olursa, en üstteki çinko oksit disk diğer disklere göre o kadar daha fazla bir gerilime, dolayısıyla da ısıl zorlanmaya maruz kalmaktadır. Bu durum da en üstteki diskin ısıl bozulmaya gitmesine, dolayısıyla da tüm parafudrun bozulmasına sebep olabilir. Bu konular anlatıldıktan sonra, modellemede kullanılacak olan sonlu elemanlar yönteminin tanımlaması ve formülasyonu verilmiştir. Son bölümde ise örnek bir parafudr modeli oluşturularak, çeşitli durumlardaki gerilim dağılımı incelenmiştir. Farklı kirlenme durumları için modellemeler yapılıp, grafiksel olarak birbirleriyle karşılaştırılmıştır.

The goal of this study is, creating a model of metal oxide surge arrester by using finite elements method and analyse voltage distribution for different cases. First, surge arrester description and historical evolution were explained. It was told with examples that how important thermal design is and what can be done to avoid thermal runaway. So many studies were made about voltage distribution on surge arrester till now and all of them found that the distribution is non uniform. Some of these studies were interested in making the voltage distribution uniform and got effective results. A few results were mentioned with examples. As can be seen from these results, making some simple changes on surge arrester elements can give effective results on distribution uniformity. The zinc oxide disc at top is exposed to voltage and thermal stress more than other discs according to the voltage distribution’s non-uniformity. This situation may cause the top disc to go thermal runaway and as a result of this, complete surge arrester may be broken down. After these topics were mentioned, definition and formulation of finite elements method, which was used in modeling, were given. In last section, an example surge-arrester model was created and voltage distributions for different cases were analysed. Models for different pollution situations were made and the results were compared graphically.