Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Optimize Elektrik Alanlı Yüksek Gerilim Bölücüsü Tepe Elektrodu Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada sırası ile gerilim ölçme yöntemleri ve kullanılan düzenekler kısaca anlatılmış, sonlu elemanlar yöntemi temel olarak açıklanmış ve son olarak gerilim bölücüye ait farklı toroid elektrotlarla yapılan benzetimler sonlu elemanlar yönteminde belirtilen çözüm sırası ile açıklanarak, elde edilen sonuçlar ile ilgili yorumlar yapılmıştır. İlk olarak yapılan benzetimlerde iki boyutlu olarak gerilim bölücü modellenmiş ve bu yapı ile çözüm yapan FEMM programı kullanılmıştır. Analizler on beş farklı toroid elektrot yapısı kullanılarak, deney ortamı ve koşulları sabit tutularak gerçekleştirilmiştir. İkinci olarak ise yapılan benzetimlerde kullanılan gerilim bölücü modelleri sonuçlarının gerçek duruma yakın değer vermesi amacı ile üç boyutlu olarak tasarlanmıştır. Çizimlerde gerçek veya gerçeğe yakın ölçülere göre modeller oluşturulmuş ve COMSOL programında her bir elektrot yapısı için analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı ölçülere sahip toroid elektrot yapıları için elde edilen alan ve gerilim dağılımları karşılaştırılmıştır. FEMM ve COMSOL programlarından elde edilen analiz sonuçları birbirleri ile karşılaştırıldığında her iki analiz sonucunda da maksimum elektrik alan şiddetinin en düşük değeri verdiği toroid elektrot yapısının aynı olduğu görülmüştür. İki analiz programının sonuç olarak aynı düzeneğe olur vermesine rağmen üç boyutlu analiz yapan programın değerlerinin gerçeğe daha yakın olduğu dikkat çekmektedir. Ayrıca üzerinde çalışılan gerilim bölücü düzeneğinin alçak gerilim kolunun kutusunun köşeli olması elektrik alan şiddetinin maksimum değerinin bunun üzerinde oluşmasına neden olduğu görülmektedir.

In this study, voltage measuring methods and equipments; finite element method are explained respectively. Finally, simulations are made for toroid electrodes belonging to voltage divider. The results of finite element method analysis are compared and discussed with each other. Firstly, the models for the simulation are created as two-dimensional region on FEMM program. The analyses are realized for the divider with fifteen different toroids, same test environment and test conditions. Secondly, the divider models in the simulation are created as suitable to real conditions in three-dimensional region on COMSOL Multiphysics program. Electric field and potential distributions for the toroid electrodes having different dimensions are compared. Results of FEMM and COMSOL analyses are compared with each other and toroid electrode type which has minimum value of the maximum electric field intensity are same. In accordance with this study, the results obtained from three-dimensional analyses are more realistic than two-dimensional analyses. It has been seen that the maximum electric field intensity is appeared on the cubicle of the low voltage part of the analyzed voltage divider.