Experimental Investigation of the Efficiency of Protection Electrodes under Impulse Voltages

Year 2020, , 176 - 187, 31.01.2020

Hasbi İsmailoğlu

https://doi.org/10.29130/dubited.563178

Abstract

The power systems and the devices in these systems are forced by the overvoltages caused by various factors. These stresses can result in short circuits, damages and power outages by creating breakdowns/flashovers in systems and devices. Therefore, some protection measures against overvoltages should be carried out on systems and devices. For this purpose, especially in medium voltage systems, protection electrodes are used extensively. However, observations and experiences have shown that the protection electrodes could not provide the expected functions. This study presents some characteristics of the systems, and of the overvoltages spreading as traveling waves on the systems. In this regard, impulse voltage response of the protection electrodes was investigated experimentally. The results showed that the protection electrodes could not provide the expected functions in terms of operating voltages and operating times at medium voltage levels.

Keywords

Protection Electrodes, Arcing Horns, Traveling Waves, Lightning Impulse Voltage

Koruma Elektrotlarının Darbe Geriliminde Etkinliğinin Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Güç sistemleri ve bu sistemlerde yer alan aygıtlar, çeşitli etkenlerle ortaya çıkan aşırı gerilimlerle zorlanırlar. Söz konusu zorlanmalar, sistem ve aygıtlarda delinme/atlamalar oluşturarak kısa devrelere, hasarlara ve enerji kesintilerine yol açabilirler. Bu nedenle sistem ve aygıtlarda aşırı gerilimlere karşı koruma önlemleri alınmaktadır. Özellikle orta gerilim sistemlerinde, koruma elektrotları yoğun olarak kullanılmaktadır. Ancak, gözlem ve tecrübeler, koruma elektrotlarının beklenen fonksiyonları sağlayamadıklarını göstermektedir. Bu çalışmada, sistemlerde oluşan ve yürüyen dalga biçiminde yayılan aşırı gerilimlerin bazı karakteristik özellikleri tanımlanmış; bu özellikler dikkate alınarak, koruma elektrotlarının darbe gerilimi davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, koruma elektrotlarının çalışma gerilimleri ve çalışma süreleri bakımından, orta gerilim düzeylerinde, beklenen fonksiyonları sağlayamadıklarını göstermiştir.

Keywords

Koruma elektrotları, Ark boynuzları, Yürüyen dalgalar, Yıldırım darbe gerilimi

References

• [1] M. Özkaya, Yüksek Gerilim Tekniği, Cilt 2, 2. baskı, İstanbul, Türkiye, Birsen Yayınevi, 1996, böl. 7, ss. 167-178.
• [2] Elektrik kuvvetli akım tesisleri yönetmeliği, T.C. Resmi Gazete, Sayı: 24246, 10 Kasım 2000.
• [3] H.M. Ryan, High Voltage Engineering and Testing, 2nd Ed., London, United Kingdom, The Institution of Electrical Engineers, 2001, chap.2, pp. 62-84.
• [4] Parafudrlar-bölüm 1: A.A. Sistemleri için-değişken dirençli tip atlama aralıklı parafudrlar, Türk Standartlar Enstitüsü TS EN 60099-1, 1997 (İptal edilmiş standart: 23.10.2015).
• [5] H. İsmailoğlu, “Aşırı gerilimler, oluşumları, etkileri ve aşırı gerilimlere karşı koruma,” Elektrik Tesisat Mühendisliği Ulusal Kongresi - Yüksek Gerilim Çalıştayı, İzmir, Türkiye, 2009, s.80-88.
• [6] IEEE recommended practice for electric power distribution for industrial plants, IEEE Std 141, 1993.
• [7] A.R. Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, New York, United States of America, Marcel Dekker Inc., 1999, chap.9, pp. 313-355.
• [8] Parafudrlar-bölüm 4: A.A. Sistemleri için ark aralığı bulunmayan metal oksit parafudrlar, Türk Standartlar Enstitüsü TS EN 60099-4, 2006.
• [9] Surge arresters-part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems, International Elecrotechnical Commission IEC 60099-4, 2014.
• [10] IEEE guide for the application of metal-oxide surge arrester for alternating-current systems, IEEE Std C62.22, 2009.
• [11] E. Saçkesen, A. Amaç, Koruma sistemleri, Muğla, TEİAŞ-Soma Elektrik Tek. Gel. ve Eğitim Merkezi Müdürlüğü Yayınları, 2001.
• [12] TMMOB-Elektik Mühendisleri Odası, Elektrik yüksek gerilim tesislerinde işletme sorumluluğu eğitimi seminer notları, Ankara, 2005.
• [13] IEEE guide for improving the lightning performance of electric power overhead distribution lines, IEEE Std 1410, 2004.
• [14] Leitsätze für die bemessung und prüfung der isolierung elektrischer anlagen für wechselspannungen von 1 kV und darüber, VDE 0111-2.61, 1961.
• [15] Bestimmungen für die bemessung und prüfung der ısolierung elektrischer anlagen und betriebsmittel für wechselspannungen über 1 kV, VDE 0111-12.66, 1966.
• [16] B.R. Gungor, Power Systems, Florida, United States of America, Harcourt Brace Jovanovich Inc., 1988, chap.3, pp. 106-136.
• [17] H. Saadat, Power System Analysis, Singapore, McGraw-Hill Co., 1999, chap.4, pp. 102-132.
• [18] E. Kuffel, W.S. Zaengl and J. Kuffel, High Voltage Engineering – Fundamentals, 2nd Ed., Oxford, United Kingdom, Butterworth-Heinemann, 2000, chap. 8, pp. 492-506.
• [19] F.A.M. Rizk and G.N. Trinh, High Voltage Engineering, Florida, United States of America, CRC Press Taylor Francis Group, 2014, chap.1, pp. 1-23.
• [20] Cigre Report 365, “On the use of power arc protection devices for composite ınulators on transmission lines, WG B2.21, 2008.
• [21] High-voltage test techniques-part 1: General definitions and requirements, International Electrotechnical Commission IEC 60060-1, 2010.
• [22] H. İsmailoğlu “Darbe geriliminde sıkıştırılmış gazlarda delinme,” Doktora tezi, Elektrik Mühendisliği Bölümü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 1996.
• [23] H. Ismailoglu, O. Kalenderli, M. Ozkaya and I. Gonenc, “Determination of impulse breakdown voltage using least squares method,” IEEE 1997 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, Minneapolis, United States of America, 1997, vol. I, pp. 246-249.
• [24] Ölçü transformatörleri-bölüm 1: Genel kurallar, Türk Standartlar Enstitüsü TS EN 61869-1, 2010.