Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Üç Boyutlu Elektrik Alan Analizi

Abstract

Bu çalışmada, sayısal yöntemlerden biri olan sonlu elemanlar yöntemi (SEY) kullanılarak üç boyutlu elektrik alan analizi yapılmıştır. Yüksek gerilim sistem ve laboratuarlarında kullanılan işletme ve deney amaçlı düzeneklere örnek beş farklı sistem bilgisayar ortamında sonlu elemanlar yöntemini araç olarak kullanan bir programda modellenerek elektrik alan dağılımlarına ilişkin sonuçlar elde edilmiştir. İlk olarak deneysel amaçlı kullanılan düzlem - çubuk elektrot sisteminde elektrik alan dağılımına pürüzün etkisi incelenmiştir. Pürüzün farklı konumlarda bulunması durumları için elde edilen alan dağılımları karşılaştırılmıştır. İkinci olarak küresel elektrotlar arasındaki belirli açıklıklardaki atlama geriliminde oluşan en büyük elektrik alan değerleri elde edilmiştir. Bu değerler ile bir eğri uydurularak açıklık ile en büyük alan değeri arasında matematiksel ifade bulunmuştur. Sonraki benzetimde, üzerinde hat iletkeni de bağlı 10 kV’luk mesnet izolatöründe su damlasının elektrik alan dağılımına etkisi incelenmiştir. Bir diğer modellemede, yağ deney düzeneğinin deney kabındaki yağ seviyesi ve elektrotlar arasında yağ içerisinde su, hava, katı parçacık gibi yabancı parçacık olması durumunda elektrik alan dağılımındaki değişim, son olarak da örgülü iletken çevresindeki elektrik alan dağılımı incelenmiştir.

In this study, three dimensional electric field analysis is done using finite element method (FEM) which is one of the numerical methods. Five different systems which are examples of operational and test equipments used in high voltage systems and laboratories are modeled in a computer based program which uses the finite element method for analysis, to obtain the electric field distribution. First of all, the effect of the protrusion in the rod - plane electrode system which is used for experiments in electric field distribution was analyzed. Protrusion was put in different positions in the system and electric field distributions were compared. Secondly, the maximum electric field values in the defined distance with sparkover voltage on the spherical electrode system were obtained. Using the obtained values a curve was fitted and the mathematical formulation was created between the sphere electrodes space and the maximum electric field value. In the other simulation, the effect of the water droplet on the pin type insulator with 10 kV rating in electric field distribution was examined. In another modeling, the electric field changes in the oil test equipment in different oil level and when there is a particle in the oil were simulated. In the last simulation, the electric field distribution on the bare stranded wire is discussed.