Hüseyin ARABUL - Dünya Enerji Konseyi

ELEKTRĠK ġEBEKELERĠNDE YENĠ NESĠL SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖR
TASARIMI, ĠMALAT TEKNOLOJĠLERĠ VE PORSELEN ĠZOLATÖR ĠLE
KARġILAġTIRILMASI
Hüseyin ARABUL
Elektrik Y. Mühendisi
EMEK-BARIŞ Elektrik Endüstrisi A.Ş
Yönetim Kurulu Başkanı
Balıkhisar Mah. Köyiçi Kümeevleri No:574
06750 Akyurt Ankara-Türkiye
ÖZET
Elektrik enerjisinin iletim ve dağıtımında enerji nakil hatlarında, yüksek gerilimli askı
ve gergi izolatörleri ile 1100 kV’a kadar güç transformatörleri, akım-gerilim
transformatörleri, kapasitörler, parafudurlar, kesiciler, ayırıcılar imalatında kullanılan
oyuk (hollow) veya dolu (solid) tip porselen izolatörler 150 yıldır kullanılmaktadır.
Elektrik enerjisinde tüketilen güçlerin hızla artması, kullanım güç talebini
büyütmüştür. Artan güç değerlerini karşılamak için nominal gerilim seviyeleri
yukarılara çekilmiştir. IEC standartları en yüksek nominal gerilim değerini 765 kV
olarak gösterirken, ABD, Kanada, Çin Cumhuriyeti ve Rusya Federasyonunda DC ve
AC olarak 800 kV ile 1100 kV nominal gerilimli şebekeler işletmeye
alınmıştır.Yıllardır kullanılan yalıtım malzemeleri, isteklere ve değişen çevre
anlayışlarına, insan emniyeti ihtiyaçlarına cevap vermemeye başlamıştır. Örneğin,
porselen izolatörlü bir YG veya ÇYG kesicinin işletme esnasında oluşan yüksek
basınç sonucu patlaması çevreye 20 kg’lık porselen parçalarını 25 metre mesafeye
savurması, can kaybı tehlikesi ve milyonlarca tüketicinin elektriksiz kalmasına sebep
olabilmektedir.
Silikon Kauçuk ve Kompozit Malzemelerin bir araya getirilmesi ile elde edilebilen
yeni nesil "Silikon Kompozit İzolatörler" (polimer izolatör), teknik, ekonomik, tedarik,
sağlık ve çevre korunması yönünden porselene rakip olacak özelliklere sahiptir. Son
30 yıldır işletmede denenen polimer izolatörler çok olumlu sonuçlar vermiştir. Bu
izolatörler için son yirmi yılda geliştirilen standartlar, IEC 61109, IEC 60660, IEC
62217, IEC 61462 ve IEC/TS 60815-3 numaraları ile yürürlüğe girmiştir. Bu
standartlar, sahip olunması gereken teknik koşulları, yapılması gereken mekanik,
elektrik, kimyasal deneyleri ve ömür test yöntemlerini belirlemiştir.
Bu bildiri, izolatör kullanıcılarına ışık tutmak amacıyla, Polimer İzolatörün teknik
yapısı, tasarımı ve imalat teknolojileri, kendi içerisindeki farklılıkları, porselen
izolatörler ile karşılaştırılmasını, polimer izolatörler üzerinde yürütülen ARGE
çalışmalarını anlatır.
GĠRĠġ
Enerji nakil hatlarında (Demir Yolları dâhil) ve elektrik teçhizatı imalatında kullanılan
alçak gerilim, orta gerilim, yüksek gerilim ve çok yüksek gerilim izolatörler 150 yıldır
1
porselen olarak kullanılmaktadır. 7 milyar kişilik dünya nüfusunun 1,4 milyarının
elektriğe kavuşmak ve gelişmekte olan ülkelerin elektrik tüketimini artırmak için ENH
ve transformatör merkezleri (TM) yatırımları yapılmaktadır. Yeni yapılan sanayi
yatırımları ile talep olunan enerji gücü artmakta ve elektriğin uzun mesafelere
taşınması gerekmektedir. Yapılan ENH ve TM yatırımları, izolatör kullanımında çevre
koşulları, teknik özellikler, tedarik süresi, taşıma ve fiyat konularında porselen
izolatörlere alternatif çözüm arayışlarını zorunlu hale getirmiştir.
Yeni nesil olarak geliştirilen izolatörler, dış kaplaması silikon ve çekirdeği kompozit
malzeme olduğu için Silikon Kompozit Ġzolatör (SKĠ), bazen kısa olarak Polimer
Ġzolatör veya Kompozit Ġzolatör olarak isimlendirilir.
Geliştirilen polimer izolatörlerin teknik üstünlükleri porselen ve cam izolatörlerin
önüne geçmiştir. SKİ’nin uygulamaya başlandığı son on yılda, rekabet nedeniyle
porselen izolatör fiyatları düşüşe geçmiştir. Örnek olarak, 2002 yılında 825 $ olan
170kV oyuk porselen izolatörünün 2012 yılındaki birim fiyatı 410$ olmuştur.
SKİ lerin performans değerleri ile ilgili yapılan onlarca ARGE çalışma sonuçları,
bildiri, makale, tez ve imalatçı firma raporları ile toplumun bilgisine sunulmuştur. Bu
bilgilere IEC, CIGRE, WEC web sayfalarından ulaşmak mümkündür.
Silikon Kompozit İzolatör imalat teknolojileri son 10 yılda çok hızlı gelişmiştir.
Türkiye veya yurt dışındaki bir çok izolatör tüketicileri, enerji nakil hatları ve cihaz
kullanımında satın alma şartnamelerine SKİ kullanımını nasıl dahil edeceği
konusunda tereddüt ettiği gözlenmektedir.
43 yıldır teçhizat imalatında 525 kV’a kadar porselen izolatör kullanan, 525 kV’a
kadar ENH projeleri ve tesisi yapan bir grubun sorumlusu olan bu bildirinin yazarı,
SKİ konusunda, enerji üretim, iletim ve dağıtım yatırımı ile işletme hizmetini
gerçekleştirenlere ışık tutmak amacıyla,
TÜBİTAK TEYDEB desteği ile EMEK ELEKTRİK ENDÜSTRİSİ A.Ş ve BARIŞ
ELEKTRİK ENDÜSTRİSİ A.Ş’nin ortaklaşa gerçekleştirdiği
55O kV GERİLİME KADAR SİLİKON KOMPOZİT İZOLATÖRLERİN IEC
STANDARDLARINA UYGUN TASARIMI, PROTO TİPLERİ İMALATI, DENEY
SERTİFAKALARININ ALINMASI. (Projenin kısa adı: SİLKOMİZ 550)
ARGE Projesinin yürütücülüğünü Hüseyin ARABUL ve Fikret ŞENEL yapmaktadır.
Bu proje ile oluşan özgün çalışma çıktılarını sektör ile paylaşılmak üzere,
“ELEKTRĠK ġEBEKELERĠNDE YENĠ NESĠL SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖR
TASARIMI, ĠMALAT TEKNOLOJĠLERĠ VE ÜSTÜNLÜKLERĠ”
Adı altında Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesinin 12.Enerji Kongresinde bildiri
olarak sunulmuştur.
GENEL
Yalıtım koordinasyonu elektrik mühendisliğinin en önemli konusudur. Yalıtımda
koordinasyonun sağlanması elektrik devresinin oluşturduğu elektrik alan dağılımının
ve kullanılacak yalıtkan malzemenin özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür.
Bu nedenle, elektrik cihazları üretiminde, ENH ile TM’nin tasarımında kullanılacak
teçhizatın seçimi, elektrik enerjisinin kaliteli ve sürdürülebilir üretilmesi, iletilmesi ve
dağıtımı için çok önemlidir.
2
Kaliteli yalıtım malzemelerinin yapısındaki elektronlar hareket edemez. Her yalıtım
malzemesinin, yapısındaki elektronları uyararak harekete geçirebileceği gerilim
değeri vardır. Bu değere atlama (delinme) gerilimi denir. Bu gerilim değeri
geçildiğinde, yalıtım malzemesinde elektronlar harekete geçerek yalıtım özelliğinin
bozulmasına sebep olur ve enerji boşalması olur. Delinme sırasında, serbest elektrik
yük taşıyıcılarının elektronları, kuvvetli elektrik alanı yüzünden çok hızlanır, birbirine
çarpması sırasında atomların iyonlaşmasına sebep olur. Serbest kalan elektronlar
zincirleme reaksiyona neden olur. Yalıtım malzemesinin, hareketli moleküller
sayesinde direnci en düşük seviyeye iner. Havada “Korona Boşalması” en yakın YG
iletkene doğru gerçekleşir. Meydana gelen “Ark” arzu edilmeyen akım değerini
yaratır. Bu tür delinmeler, kalınlığı ne olursa olsun, her türlü yalıtkan için
geçerlidir.[Şekil-1]
Şekil 1. 525 kV darbe geriliminde yalıtım kalınlığına ve izolatör yapısına rağmen
meydana gelen delinme için örnek [kaynak EMEK]

Enerji nakil hatlarında fazların birbirine ve toprağa karşı yalıtılması ve cihazlar
içerisindeki elektrik devrelerinin yalıtım koordinasyonunu güçlendiren yağ veya
gazın muhafazası ve istenilen geometriyi sağlaması, dış muhafaza olarak, primer
ile toprak arası istenilen mesafeyi sağlamak için izolatör kullanılır.

Hangi amaçla olursa olsun kullanılacak izolatörlerin kullanıldığı çevre ve isteğe
bağlı olarak elektriksel, kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olması gerekir.

Değişik koşullara bağlı olarak asgari değerde olması gereken genel teknik şartlar
uluslararası teknik çalışma gruplarının oluşturduğu IEC, ANSI, ASTM standartları
tarafından belirlenmiştir.
IEEE, CIGRE, WEC ve benzeri Sivil Toplum Kuruluşları (STK), düzenledikleri
sempozyum ve konferanslarda sundukları bildirilerle SKİ teknolojilerinin
irdelenmesine, gelişmesine, uygulamalarına, yönlendirilmesine ve denetlenmesine
imkan sağlamaktadır. Bu kuruluşlar tarafından yayınlanan teknik bildiriler, tüketicilere
ve uzmanlara yol göstericidir. Standartlar dışında her yatırımcının kendine özgü
istekleri olabilir. Bunlar, tüketicinin teknik gereksinimi, çevre ve özel istekleri sonucu
belirlenebilir. Bu istekler ile standartlar bir bütündür.

Akım-gerilim transformatörü, kaplin kapasitör, kesici, ayırıcı, parafudur gibi
cihazların primer veya sekonder bağlantılarının ana gövdeye karşı yalıtılması son
25 yıla kadar rakipsiz olarak porselen izolatör ile sağlanmıştır. Enerji nakil
hatlarında, mesnet izolatörlerinde ve ayırıcı imalatında porselene karşı cam
izolatör alternatifi kullanılmıştır.
3
POLĠMER MALZEMENĠN TARĠHÇESĠ

Porselen ve cam izolatörlere alternatif olarak ARGE çalışmaları yürütülen
kompozit polimer malzemeler son 20 yıldır uygulamada ticari olarak kullanılmaya
başlamıştır.

1907 yılında Dr. Baekeland’in sentetik fenol formaldehit’i buluşundan sonra
Şellak ve Reçine üzerinde çalışmalar başlatılmıştır.

Başlangıçta geliştirilen doğal polimerler, dâhili kullanımda çok iyi elektrik
değerlerine sahip olmasına rağmen temelinde karbon olmasından dolayı çok
zayıf iz direncine (tracking resistance) sahip idi.

1930 ve 1940 lı yıllarda sentetik reçine konusunda gelişme olmamış ve bu
dönemde bütil ve akrilik malzemeler kullanılmıştır. Ancak bu çalışmalar, yüksek
gerilimde harici ortamda ve ekonomik olarak başarılı olamamıştır.

Alüminyum trihidratın (ATH) plastik ve elastomer ile birlikte kullanılmaya
başlaması hariçte kullanılan elektrik yalıtımının İz Direnç değerini artırmıştır. Bu
gelişme yalıtım malzeme tarihinde önemli bir adım olarak kabul edilmiştir.

ATH kullanımında ilk çalışma sonuçları, epoksiler, poliester, silikon kauçuk ve
Etilen Propilen Kauçuk (EPR) malzemeleri için umut verici olmuştur. Bu
uygulama, fenolik bileşenlerin İz Direncini daha da geliştirmiştir. Ancak bu gelişim
bütün polimerlerde aynı derecede olumlu sonuç vermemiştir.

1960’lı yıllarda poliester ve bisfenol-A epoksi reçinelerde başarılı ARGE sonuçları
alınmıştır. Bununla ilk kez, cam elyaflı güçlendirilmiş epoksi (GRP) çubuk üzerine
epoksi reçine kaplanarak askı izolatörleri imal edilmiştir. Dâhili kullanımda
bisfenol-A epoksi başarılı olsa da epoksi reçine ile kompozit çubuğun termal
genleşme katsayılarının farklı olması olumsuzluk yaratmıştır.

Uygulamada, UV yaşlanması ve iz (tracking) sorunu ile karşılaşılmıştır. Yapılan
ARGE çalışmaları sonucunda dış ortama uygun ve epoksi reçine sorunlarını
çözebilen sikloalifatik epoksiler geliştirilmiştir. Fakat termal genleşme katsayısı
sorunu çözülememiştir. Rutubetli ortamda elektromekanik sorunlar oluşmuştur.

Yukarıda anlatılan olumsuzlukları gidermek üzere 1960 lı yıllarda, EPR ve SR
(Silikon Kauçuk-Silicone Rubber) bileşenlerinden oluşan elastomerler
geliştirilmiştir. EPR ve SR, cam elyaf takviyeli epoksi çubuk veya boru ile
kullanımı sonunda termal genleşme katsayısı sorunu yok edilmiştir. EPR ve SR
her ikisi de göreceli olarak olumlu sonuç vermiştir.
SĠLĠKON KAUÇUK NEDĠR? [ 7, 11]
Silikon kauçuk, sentetik bir malzemedir. Havaya ve geniş sıcaklık bandına
dayanıklıdır. Elektriksel ve termal yönden iyi bir yalıtım malzemesidir. Oksitlenmeye
dayanıklı, düşük yüzey enerjisi ve yüksek bağ enerjisinden dolayı ultraviyole
ışınlarında (UV) bozulmaz. Bu özellikler silikon kauçuk malzemenin Elektrik İzolatörü
olarak kullanılmasına imkân verir.
Silikon kauçuk özellikleri, polimer yapısından kaynaklanır. Sıcaklığa karşı kararlı
oluşu ve kötü hava koşulları ile oksitlenmeye karşı direnci silikon oksijen (Si-O)
bağlarından kaynaklanır. Polimer zincirlerinin esnekliği düşük yüzeysel enerji
(hidrofobik) özelliğini ve düşük sıcaklık esnekliğini oluşturur. Silikon, normal olarak,
-75°C ile + 200°C gibi geniş bir çalışma aralığına sahiptir. Bu sıcaklıklar arasında,
4
fiziksel özelliklerini hiç kaybetmez. Silikonlar göreceli olarak zayıf aşınma direncine
sahiptir ve benzen, toluen gibi aromatik hidrokarbonlara karşı kimyasal direnci ve
yüksek basınçlı buharlara direnci azdır. Silikon kauçuk iskeletindeki Si-O bağından
dolayı güneş ışınına karşı dirençli, esnek, hava koşullarına ve ozona karşı dayanıklı,
dielektrik özelliği iyi, bariyer özelliklere sahip, ısı ve yangına karşı dirençlidir.
Silikon, inert bir malzemedir (kimyevi etkinliği yoktur). İnsan ve çevre sağlığı üzerinde
olumsuz etkisi yoktur. Tam vulkanize edilmiş (pişirilmiş) silikon, üzerinde mantar
üremesine olanak vermez. Bu nedenle gıda sanayiinde, tıpta, eczacılıkta ve kozmetik
sanayinde başarıyla kullanılabilmektedir. [1]
Silikon kauçuk ne organik ne de inorganik maddedir. Yüksek gerilim yalıtımı için
kullanılan SR tipik olarak dimetilsiloksan (dimethylsiloxane) olup %45 organik
özelliği vardır. Silikon kauçuk organo-silikon bileşiği olarak sınıflandırılır. Bu
sınıflandırma çok önemli olan karbon (organik) ve silikon (inorganik) arasındaki (C-Si)
bağdan kaynaklanmaktadır.[2]
Polimer, birbirini tekrarlayan atom zincirinin yan yana geldiği çok geniş bir molekül
yapısıdır. Kelime anlamı Yunanca “Çok Parçalı” demektir. Polisiloksan
(Polysiloxane), birçok siloksan birimi demektir.
Silikonun ana ham maddesi kumdur. Kum, Karbon ile ısıtılarak silikon elementine
dönüştürülür. Metil klor ile silikon elemanları bir araya getirilerek klorosilanlar elde
edilir. Elde edilen bu yapıdan dimetildiklorosilan ayrıştırılır. Bu ayrışım su ile işleme
tabi tutularak dimetilsilandiol oluşturulur. Dimetilsilan yoğunlaştırılarak önce metil
siloksanlar daha sonra polimerize edilerek polidimetilsiloksanlar ve son olarak silikon
kauçuk haline getirilir. Bu hale gelmiş olan silikon kauçuk ana ham madde olarak
alaşım ve karışım yapılmaya hazırdır.[8] Dimetilsiloksanlardan, silikona bağlı olan
karbon gruplarının değiştirilmesi ile değişik karışımlar da elde edilebilir. Yapılan
değişiklikler ana kauçuk malzemeye farklı özellikler kazandırabilir.
Silikon moleküllerinin çoğunda silisyum atomlarına bağlı metil ya da fenil grupları yer
alır.
(CH3)2-Si-Cl2 + 2H2O → (CH3)2-Si-(OH)2 + 2HCl
n[(CH3)2-Si-(OH)2 ] → [-Si(CH3)2-O-]n
Metil grupları yapıya; Su iticilik, yüzey sertliği, yanmazlık özelliklerini kazandırır. Fenil
grupları (aromatik); Isı ve aşınma direnci kazandırır, organik kimyasallarla da
uyumludur. Vinil grupları; Silikon kauçuklarının sertliğini artırırken metoksi ve alkoksi
grupları düşük sıcaklıklarda çapraz bağlanmayı sağlarlar. [3]
KARIġIMLAR
Polimer teknolojisi oldukça karmaşıktır. Kullanıcının istediği fiziksel, kimyasal ve
elektriksel hatta özel isteklere uygun karışım hazırlayarak Silikon Kauçuk elde
edilebilmektedir.
Karışım içerisinde, silikon esaslı kısım (elastomer), güçlendirici katkı, genişletici
dolgular, muhtelif katkılar, kürleşme katkıları (agents) ve özel katkılar kullanılır.
Düşük basınç, yüksek sıcaklık dayanımı, düşük sıcaklıkta esneklik isteği, sıvı ve
gazlara karşı dayanım, YG elektrik dayanımı ve ark iz direnç isteklerinin elde
edilebilmesi ana malzeme ve katkıların seçimi ile belirlenir. Bu özellikleri temin
ederek piyasaya sunan Wacker, Dowcorning, Bluestar, DJSilicon, Jiangsu Hongda
vb firmalar mevcuttur.[4]
5
Elastomerler
Bileşik hazırlanırken en önemli adım elastomer seçimidir. Elastomerin seçimi
istenilen özellik ve işlenebilirliğe bağlıdır.
Çok çeşitli silikon polimerler olmasına rağmen birkaç tanesi yüksek gerilimli izolatör
imalatı uygulamalarında kullanılabilir. Uygun elastomerler, yapılacak analiz ve
testlerle ve özgün eşleşme yapılarak bulunabilir.
Metilsiloksanın (MQ) ısı ve oksitlenme direnci iyidir. Dimetilsiloksanların silikona bağlı
karbon grupların değişmeyle modifikasyonu sağlanabilir. Her modifikasyon değişik
özellik katabilir. Bu sayede yağ direnci, düşük sıcaklık esnekliği, düşük sıkıştırma
ayarı ve şeffaflığa izin verir.
VMQ (metilvinil siloksan) MQ ile aynı gibi görünse de MQ standart silikon kauçuktur
ve VMQ ya dönüştürülerek kullanılır. VMQ kürleşmeyi hızlandırır ve kürlenmiş
kauçuğun esnekliğini artırır.
Elastomerler istenilen şekil ve özelliklere dönüşebilmeleri için değişik katkı
malzemeleri ile birlikte işleme tabi tutulur. Bu katkı maddeleri aşağıdaki gibidir.
Vulkanizasyon (SertleĢtirme) Katkıları (agents) : Kimyasal reaksiyona sebep
olarak çapraz bağlı elastomerik moleküller oluşmasını sağlar. Kimyasal çapraz
bağlanma ile elastomerik bileşik, yapışkan yumuşak malzemeden sert, sıcaklığa
karşı kararlı malzemeye dönüşür. Vulkanizasyon ya da kürleme katkıları çok farklı
tiplerde bulunmaktadır. Silikon kauçukta vulkanizasyon yan zincirlerdeki karbonlar
arasında olur. Tüm çapraz bağlar karbon-karbon (C-C) bağlarından oluşmaktadır.
Organik peroksitler yüksek gerilim yalıtımında kullanılan en yaygın vulkanizatlardır.
Yardımcı Katkılar (agents &coagents): Polimer ve vulkanizat arasında oluşan
çapraz bağların parçalanmasını önler. Bu bağların kırılıp yeni bağlar oluşturmasını
engeller. İki çeşit yardımcı katkı vardır: Tip I yardımcı katkılar (agents), kürleşme
hızını ve kür sertliğini hızlandırır. Tip II yardımcı katkılar (agents) kürleşme hızını
etkilemezken sertliği artırır.
Antidegredantlar : Kauçuğun oksijen, ozon, ısı veya ışıktan bozulmasını geciktirir.
ĠĢlem Yardımcıları: Bileşiğin diğer kimyasallarla karışmasına, karışım yapılan cihaz
içerisinde kolay hareket edebilmesine yardımcı olur.
Dolgu Maddeleri: Elastomerin fiziksel özelliklerini güçlendirici niteliktedir. İki çeşit
dolgu malzemesi vardır;
Güçlendirici tip veya Uzatıcı-genişletici tip: Quartz, titanyum dioksit, kil, çinko oksit,
tebeşir tozu uzatıcı veya genişletici olarak kullanılan dolgu maddeleridir.
Alumina trihidrat (ATH) tüm izolatör bileşiklerinde elektriksel iz oluşumu ve yanmaya
karşı yüksek direnç sağlar.[4]
Yüksek dolgu içeren elastomerler iyi ark direncine sahiptir. Ancak geleneksel iz
testlerinde (tracking wheel test) ya da diğer standartlarda gerilim olayları arasında
iyileşme sürecine izin vermemesinden dolayı (ATH) Al(OH)3 dolgusu fazla
eklenememektedir. [5]
Bağlayıcı Katkılar (Coupling Agents): Bağlayıcı katkılar (agents) dolgu ile
elastomer arasında kimyasal bağın oluşmasını sağlarlar. Elektrik izolatörlerinde ATH
ve polimer arasında köprü durumundadır ve elektriksel özellikleri, modülüs ve gerilme
dayanımını artırırlar.
PlastikleĢtirici ve YumuĢatıcılar: Bunlar karıştırmaya yardımcı, viskoziteyi
ayarlayıcı ya da düşük sıcaklıklarda esneklik sağlayıcı olarak kullanılırlar.
Yukarıda anlatılan katkı malzemeleri ile vulkanize edilen silikon kauçuk karışımının
dış ortamda ve yüksek gerilim izolatörleri için en önemli özelliği hidrofobik olmasıdır.
Hidrofobiklik, polimerin yüzeyinde su tutmama özelliğidir. Eğer polimerik yüzeyde su
6
tutulmazsa kaçak akım azaltılmış olur. Ayrıca hidrofobik olan yüzey su damlaları
kaydıkça temizlenmiş olur. Kontaminasyon veya kirliliğin uzaklaştırılması yine kaçak
akımı azaltır. Hidrofobiklik konusunda yapılan araştırmalar, silikon kauçuk alaşımının,
üzerine silikon kaplanmış porselen ve EPDM’den çok daha iyi olduğu sonucunu
vermiştir.[6]
Araştırmalar sonunda SR (silikon kauçuk) ’ın geçici olarak kaybettiği hidrofobik
özelliğini geri kazandığı kanıtlanmıştır. [7] Bu özellik, farklı mekanizmalarla
açıklanabilse de genellikle yüzeydeki silikon bileşeni içerisinde bulunan silikon
yağının Düşük Molekül Ağırlıklı (LMW) ve gezer olması sayesinde açıklanmaktadır.
KOMPOZĠT MALZEMELER [8]
Uzay çağının başlaması ile uzay araçlarında kullanılan malzemenin mekanik
dayanımı ve ağırlığı önem kazanmıştır. Bu nedenle çelik ve alüminyum yerine
geçebilecek kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Kompozit malzemelerin mekanik
dayanımı, fiziksel özellikleri uçak sanayisinde kullanılan metallerin yerine
kullanılmasına imkân vermiştir. Türkiye de BARIŞ Elektrik Endüstrisi A.Ş. (BARIŞ)
elyaf ile güçlendirilmiş plastik (FRP) polimer boru uygulamasını 30 yıl önce
başlatmıştır. BARIŞ’ta anti tank silahının lançerinin yapımı ile başlayan kompozit boru
imalatı günümüzde çok gelişerek 600 mm çap ve 6000 mm boyunda füze borularının
yapımına imkan vermektedir.
Polimer İzolatör imalatında kullanılmak üzere ilk kompozit borular yine BARIŞ
bünyesinde 1988 yılında başlamıştır. İlk imal edilen cam elyaf takviyeli plastik (GRP)
borular, Avrupa ve Japonya da ki firmalara (MWB ve NGK) satılmıştır.
Yüksek Gerilim Silikon Kompozit İzolatörler üç ana bölümden meydana gelir. Dış
kısımda atmosfer ile karşı karşıya kalan gövde bölümü ve gövdeye güç veren
çekirdek diye isimlendirilen kompozit malzeme bölümü ve SKİ’nin alt ve üstünde
kullanılan metal bağlantı parçalarından oluşur.
Yukarıdaki paragraflarda, gövdenin silikon kauçuk alaşımından yapıldığını inceledik.
Yüksek gerilim polimer izolatörleri imalatında iki ayrı yapıda kompozit malzeme
kullanılabilir.
Birincisi, enerji nakil hatları (Demir Yolları dahil) izolatörleri ile mesnet izolatörlerinde
kullanılan çubuk (rod) kompozit malzeme, ikincisi, cihaz imalatında kullanılan İçi boş
(hollow) kompozit malzemedir.
Her iki tip kompozit malzeme, elyaf ile güçlendirilmiş epoksiden (FRP) yapılır.
Genellikle, oyuk (hollow) kompozit (FRP) borular, elektrik cihazı imal eden firmalar
tarafından kullanılmaktadır. Oyuk kompozit izolatörlerde kullanılacak borularda,
kimyasal dayanım, mekanik dayanım, aşınmaya karşı direnç ile elektriksel özellikleri
çok iyi olan "epoksi" reçine ile E-Cam Elyaf ve ECR-Cam Elyafı kullanılır.
Oyuk kompozit borunun üretimi için çeşitli üretim teknikleri vardır. Vakum veya
Basınç İle Islatma, Prepreg (Reçine emdirilmiş elyaf) Malzemeler ile Sargı, Santrifüj
Döküm teknikleri ile yapılan imalat YG İzolatör imalatları için uygun değildir.
YG SKİ imalatı için uygun olan teknolojiler aşağıdaki gibidir.
Filaman Sargı: Reçine banyosuna girerek ıslanan elyaf sürekli dönmekte olan
mandrel üzerine sarılırlar. ( Şekil 2 ve Şekil 3) Sarım sırasında sıcaklık, elyaf
gerginliği ve sarım açısı sürekli kontrol altında tutularak istenilen özelliklerde ürün
üretilmesi sağlanır.
7
Şekil 2. Filaman Sargı Yöntemi [9]
Şekil 3. Cam Elyaflı "Filaman Sargı" Boru[9]
Pultrüzyon/Gergili Sarım(Pull winding): Pultrüzyon/gergili sarım sürekli bir üretim
yöntemidir ve üretim hızı diğerlerine nazaran daha yüksektir. Reçine ile ıslatılan
elyaflar form verilecek ısıtılmış kalıp ile birlikte çekilerek kalıp ile aynı profilde
malzeme imalatı gerçekleştirilmiş olur.(Şekil 4)
Şekil 4. Pultrüzyon İşleminin Şematik Gösterimi [9]
Pultrüzyon yöntemiyle ayrıca çubuklar ve asimetrik profillerin üretimi de mümkündür.
Yüksek et kalınlıkları ile imalat yapılabilmesi, mükemmel elektriksel ve mekanik
özelliklere sahip olma ve 2000 mm'ye kadar büyük çaplarda sargılar yapılabilmesini
sağlayan "filaman sargı" yöntemi, oyuk kompozit izolatörler için en çok kullanılan ve
pratik olan yöntemdir.
SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖR YAPISI
8
SKİ yapısında silikon gövde ve gövdeye mekanik dayanımını sağlayan çekirdek
yukarıda anlatılmıştır. Gövde ve çekirdeğin dışında izolatörün istenilen yere
bağlantısını ve hermetikliğini sağlayan, mekanik kuvvetleri çekirdeğe ileten metal
parçalar vardır. Armatür veya flanş olarak isimlendirilen metal parçalar (Şekil 5),
alüminyum alaşım veya demir döküm (kokil veya dövme pres) olarak izolatörün alt ve
üst kısma sıkma (crimping) [Şekil 6] veya ısıl işlem [Şekil 7] ile bağlanır. Metal
bağlantı parçalarının tasarımı ve seçiminin elektrik alan dağılımında önemi dikkate
alınmak zorundadır.
Şekil 5 . Çubuk Kompzit İzolatör
Şekil 6. Çubuk İzolatör bağlantı (crimping) şekli
Şekil 7 -Elyaf ile güçlendirilmiş çubuklar (FRP)
Şekil 8– Flanşları bağlanmış
kompozit boru (kaynak:MR)
Şekil 9. Silikon kauçuk kanatlı oyuk kompozit izolatör gövdesinden kesit örnek [9]
9
SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖR ĠMALAT TEKNOLOJĠLERĠ
Silikon kompozit izolatörün yukarıda anlatılan üç ayrı bölümünün olması gereken
teknik özellikleri standartlar tarafından belirlenmiştir. Kullanılacak silikon kauçuk
alaşımının, kompozit boru [Şekil 8] veya çubuğun [Şekil 7] teknik özelllikleri ve
mekanik bağlantı parçalarının özellikleri bilinerek imalat teknolojisi uygulanır.
İmalatçılar, önceden özelliklerini bildiği malzemelere uygun olarak kendine özgü
teknoloji ile SKİ leri imal eder.[ Şekil 9] İmal edilmiş olan SKİ nin sahip olması
gereken teknik değerler standartlar tarafından tanımlanmıştır.
SKİ imalatçısı polimer malzeme, kompozit malzeme ve son mamül için standartların
tanımladığı teknik değerleri ve varsa müşterinin isteklerini karşılamakla sorumludur.
Tüketici uygulanan teknolojiyi ve malzemelerin (silikon kauçuk, boru/çubuk ve metal
parçaların) karakteristiklerini bilme hakkına sahiptir. İstendiği takdirde ek teknik
özellikleri imalatçı yerine getirmek zorundadır.
Silikon Kauçuk Gövdenin istenilen şekil ve ölçülerde istenilen mekanik güce
dayanacak kalıp tasarımı iki parça olarak yapılır. [Şekil 10] İmal edilen kalıpların
istenilen sıcaklık kontrolü altında çalışması için sıcaklık kontrol sistemine sahip
olması gerekir. İki parçadan oluşan kalıp arasına izolatörün cinsine bağlı olarak
kompozit çubuk veya kompozit boru yerleştirilir. Kompozit çubuk veya kompozit
boruların iki uçuna armatür veya flanş parçaları bağlanır. Bu işlem, uygulanacak
teknolojiye bağlı olarak Silikon Gövde baskısından önce veya sonra
gerçekleştirilebilir. Burada kullanılacak makineler yatay veya dikey çalışan pres
şeklindedir. [Şekil 11]
Şekil 10: Kompozit Borunun kalıba
bağlanması
Şekil 11: Oyuk SKİ döküm teknolojisi
[2KM firması]
Silikon ve katkı maddelerinin kalıba baskısı özel geliştirilmiş ölçme ve dozlama
teknolojisi ile yapılır. Ön kürleşme (10 dakika civarında) ve son kürleşme süreleri
kullanılan alaşıma ve imalatçının teknolojisine bağlı olarak değişir.[Şekil 9]
Macun silikon için dikey presleme ve sıvı silikon için yatay presleme sistemi kullanılır.
POLĠMER ĠZOLATÖRLER
DENEYLERĠ
ĠÇĠN
STANDARTLAR
VE
KALĠTE
KONTROL
Kompozit izolatörler ile ilgili olarak,
1- Enerji Nakil hatlarında kullanılan askı ve gergi izolatörleri için IEC 61109 -1992(E)
olarak “Composite insulators for a.c. overhead lines with a nominal voltage greater
than 1000V” – “ yayınlanan ilk standarttır. Bu standart TSE tarafından TS EN 61109
olarak Haziran 2009 tarihinde son haliyle uygulamaya konmuştur.
10
2- 300 kV’a kadar mesnet izolatörleri için IEC 60660 -1999-10 olarak
“Insulators-Tests on indoor post insulators of organic material for system with
nominal voltages greater than 1 000V up to but not including 300kV” standardı
yayınlanmıştır.
3- Dâhilde ve hariçte 1000 V üzerinde kullanılan polimer izolatörlerin genel tanımları,
deney metodları ve kabul deneylerini kapsayan IEC 62217 First edition 2005-10 2005
yılında yayınlamıştır.
4- Cihaz imalatı ile ilgili olarak “Composite hollow insulators-Pressurized and
unpressurized insulators for use in electrical equipment with rated voltage greater
than 1 000 V –Definitions, test methods, acceptance criteria and design
recommendations” adı ile IEC 61462 First edition 2007-02 Standardı yürürlüğe
girmiştir.
5- IEC/TS 60815-3 Edition 1.0 2008- 10 numara ile Teknik Şartname adı altında
“Selection and dimensioning of high-voltage insulators intended for use in polluted
conditions – Part 3: Polymer insulators for a.c. systems” standardı yayınlanmıştır.
TSE, yukarıda bahsedilen IEC standartlarını aynen kabul ederek yayınlamıştır.
IEC Standartlarına ilave olarak

“ Guide for The Application of Composites Insulators“ adı altında IEEE 987-1985 ve
IEEE 987-2001

CIGRE SC 22-03/2001, Composite Insulators Handling Guide.
Adlı yayınlar ile SKİ kullanımına açıklık getirilmiştir.
Polimer izolatörlerin daha güvenilir ve uzun ömürlü olmasını temin için IEC ve CIGRE
çalışmaları yürütülmektedir.
Silikon kompozit İzolatörlerde Kalite Temini için Standartlar aşağıdaki deneyleri
zorunlu kılmıştır.
Tasarım Deneyleri : Aynı malzeme ve tasarıma sahip izolatörler için bir defaya
mahsus yapılır. İzolatörün bütünü ve bileşenlerine tasarım deneyleri uygulanarak,
izolatör ve bileşenlerinin elektriksel ve mekanik özelliklerinin zamana bağlı olarak ne
derece değiştiği gözlenerek, normal koşullarda izolatörün çalışma ömrü belirlenir.
Mekanik stres etkisinde, oyuk kompozit izolatörlerin bozulmaya başladığı anı
belirleyebilmek için "strain gauge" (gerinim ölçer) ölçümleri yapılır.
Bu deneyler, tasarım ile malzeme ve üretim teknolojisinin uygunluğunu doğrulamak
için yapılır.
Oyuk kompozit izolatör tasarımında,
Borunun tipi, malzemesi, katman kalınlığı, üretim yöntemi ve yerleşimi, Flanş
(armatür) ların malzemesi, tasarımı ve yerleştirilme yöntemi, Borunun üzerindeki
silikon kauçuk gövde (housing) malzemesinin katman kalınlığının belirlenmesi
atılacak ilk adımlardır.
Tasarım deneyleri; Arayüzler ve Flanş (armatür), Gövde (Housing) Malzemesi,
Kompozit Boru deneyleri şeklindedir.
11
Tip Deneyleri: Oyuk kompozit izolatörlerde borunun ve flanş (armatür)
malzemelerine bağlı olarak değişen mekanik karakteristiklerini belirlemek için Basınç
Eğilme Deneyleri yapılır.
Numune Deneyleri: Bu deneylerin amacı izolatörlerde kullanılan malzeme ve üretim
kalitesini belirlemektir. Bu amaçla, ölçülerin doğrulanması, mekanik deneyler,
galvanizasyon deneyi, Gövde (Housing) ve Flanş (armatür)) kontrolü, Arayüzlerin
kontrolünden ibarettir.
Rutin deneyler: Bu deneylerin amacı hatalı üretilmiş olan izolatörleri ortadan
kaldırmaktır. Üretilen her izolatöre yapılır. Bunlar, Görsel Muayene, Basınç Deneyi,
Mekanik Deneyler ve Rutin Sızdırmazlık Deneyini içerir.
Yukarıda açıklanan deneylerin çoğu, deney gerçekleştirilmeden önce yapılan
hesaplamalar ile doğrulanabilmektedir. Deney öncesi analizler ile en uygun üretim
tekniği, FRP et kalınlığı ve sarım açısı, kullanılacak malzeme vb. kritik durumlar
belirlenir. Sonrasında, üretilen ürünler üzerinde deneyler yapılarak sonuçlar
değerlendirilir. Bu kapsamda çoğu analizler, gelişmiş bir sonlu elemanlar analiz
programı olan "Ansys v14" ile yapılabilmektedir.
SIVI VE KATI (MACUN) SĠLĠKON KAUÇUK
Yüksek Gerilim SKİ imalatında kullanılabilen iki tür Silikon Kauçuk vardır. Bunlar
macun tipinde olan HCR (High Consistency Rubber) silikon kauçuk ile İki ayrı
kısımdan oluşan sıvı tipinde LSR (Liquid Silicone Rubber) silikon kauçuktur. Zaman
zaman iki ayrı tür silikon kauçuk üzerinde değişik söylemler yapılmakta biri diğerine
karşı kullanılmaktadır. Bu nedenle her iki tip kauçuk tanınmalıdır. YG SKİ imalatında
kullanılan LSR ve HCR arasında teknik özellikler yönünden fark yoktur.
İki malzemenin karşılaştırılması aşağıda verilmiştir [Tablo:1]
Tablo 1: HCR ile LSR Arasında Karşılaştırma¹ [15,16]]
12
Sıra
No
1
Yüksek Kıvamlı Silikon Kauçuk (HCR),
dolgu, düzenleyiciler, vulkanizasyon ajanları
ve pigmentler, ısı ile kürleşerek elastomerik
bileşenleri oluşturur.
2
Yüksek performansa sahiptir.
3
Üstün mekanik ve elektriksel yalıtım
özelliklerine sahiptir.
Kısaltılmış geliştirme zamanı
Üretim öncesi ön hazırlık gerektirir.
Ekstrüzyon, enjeksiyon kalıplama,
sıkıştırarak kalıplama veya kalenderleme ile
işlenebilir.
Peroksit yada platin katalizör ile
formülasyon oluşturulabilir.
HCR bileşik seçenekleri de mevcuttur.
Kauçuk bileşenleri ve ilgili ürünler elde
edilebilir.
Birim fiyatı daha düşüktür
Katı silikon kauçuk (HTV=yüksek sıcaklıkta
vulkanlaşabilen) yüksek molekül ağırlığına
ve göreceli olarak uzun polimer zincirlere
sahiptir.
4
5
6
7
8
9
10
11
1
HCR Silikon Kauçuk ( Macun)
LSR Silikon Kauçuk (Sıvı)
Sıvı silikon kauçuk (LSR) bileşikleri
karıştırılan ve elastomerik bileşenleri
oluşturmak için hızla ısıyla kürleşen iki
parçalı pompalanabilir silikon
malzemelerdir.
Otomatik olarak büyük miktarda
karmaşık tasarımlar için uygundur. LSR
işlem verimliliğini artırabilir.
Mükemmel işleme performansına
sahiptir.
Çabuk kürleme hızı
Ürün elde etme süresi daha kısadır.
Sıvı enjeksiyon kalıplama ile işlenebilir.
Platin katalizör ile formülasyon
oluşturulabilir.
Düşük üretim maliyetine sahiptir.
İki bileşenli ve kullanıma hazırdır.
Birim fiyatı daha yüksektir.
Sıvı silikon kauçuk düşük molekül
ağırlığına ve daha kısa zincirlere sahiptir.
Akış özellikleri iyidir.
Yukarıdaki tablo Dow Corning web sayfasından alınmıştır.
HCR ile LSR, silikon kauçuk tipleri arasındaki son üründe fiziksel işletme değer
farklılıkları görmek mümkün değildir. İki malzeme arasındaki farklılık, kalıp imalatı,
makine seçimi ve imalat uygulamalarında sıvı silikon lehinedir.
SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖR BĠLEġENLERĠN TEKNĠK ÖZELLĠKLERĠ
Yukarıdaki anlatıldığı gibi SKİ lerin Silkon Kauçuk, Kompozit Çubuk/Boru ve Metal
aksam ayrı olarak denenmek zorundadır. Bu nedenle olması gereken silikon kauçuk
özellikleri aşağıda Tablo:2 de verilmiştir.[9]
Kompozit Boru ile ilgili teknik özellikler Tablo:3 de verilmiştir.[12]
13
Tablo:2 Silikon Kauçuk Teknik Özellikleri [12]
Tablo 3: Cam Elyaflı kompozit boru(GFRP) teknik özellikleri[17]
14
GFRP'nin özellikleri- Reinhausen'den borular
1)
Sarma Açısı
PFW (54°)
PBFW (25°/54°)
BFW (25°)
138
476
398
302
211
294
PFW (54°)
PBFW
(25°/54°)
BFW (25°)
120
350
310
12000
28000
25000
18200
14000
16700
60
35
40
120
70
80
Mekanik Özellikler (Malzeme)
Eğilme dayanımı tanjantsal
Eğilme dayanımı eksenel
Mekanik Özellikler (Boru)
Eğilme dayanımı
Eğilme Modülü eksenel
Eğilme Modülü tanjantsal
İç basınç sırasında maksimum eksenel gerilim
İç basınç sırasında maksimum tanjantsal gerilim
Standart
ISO 178
ISO 178
Birim
MPa
MPa
IEC 61462
IEC 61462
IEC 61462
IEC 61462
IEC 61462
Başlangıç halka rijitliği (duvar kalınlığına bağlı olarak)
Elektriksel Özellikler
Dielektrik kayıp faktörü tan δ, 23 °C de, 50 Hz
DIN EN 1228
MPa
MPa
MPa
MPa
MPa
N/m2
VDE 303-4
10^-3
Ca. 2
VDE 303-4
^-3
Ca.4.2
Dielektrik kayıp faktörü tan δ, 23 °C de, 1kHz
10
25150 (5.5cm) 24140 (5.5cm) 31400 (6.5cm)
PFW (54°)
PBFW (25°/54°)
BFW (25°)
^-3
Dielektrik kayıp faktörü tan δ, 23 °C de, 1MHz
Dielektrik Dayanımı
Krepaj Akım dayanımı
VDE 303-4
VDE 303-21
IEC 60112
10
kV/cm
-
Bağıl Geçirgenlik (Bağıl dielektrik sabiti) εR , 23 °C 50 Hz
VDE 303-4
-
Ca. 5.2
Bağıl Geçirgenlik (Bağıl dielektrik sabiti) εR , 60 °C 50 Hz
VDE 303-4
-
Ca. 5.2
Bağıl Geçirgenlik (Bağıl dielektrik sabiti) εR , 100 °C 50 Hz
Su difüzyon testi
VDE 303-4
IEC 61462
Ca. 5.2
<1
Hacim Direnci (500 V, 23 °C)
Ark dayanımı
Yüksek akım dielektrik dayanımı (30 °C)
Yükse gerilim krepaj akım dayanımı
IEC 60093
IEC 6161
VDE 0441-1
IEC 60587
mA rms
Wm
s
-
Yüzey dayanımı
Diğer Özellikler
IEC 60167
W
Yoğunluk
Cam miktarı
Camsı geçiş sıcaklığı Tg
113
90
3.9·1012
177
HD2
1A0
1.5·10
BFW (25°)
PFW (54°)
3
Ca. 11.5
113
CTI 600
12
PBFW (25°/54°)
g/cm
wt-%
°C
Sıcaklık sınıfı
ISO 1183
ISO 1172
IEC 61006
IEC 60085
Lineer ısısal genleşme katsayısı eksenel (-60...100 °C)
ISO 11359-2
10-5 K-1
1,55
0,94
1,09
-5 -1
0,94
1,68
V0
960
0.5-0.6
0.1
1,23
Lineer ısısal genleşme katsayısı tanjantsal (-60...100 °C)
Alev direnci
Alev direnci (akkor tel)
Isısal İletkenlik
Su absorpsiyonu (ağırlık sabitlenene kadar)
ISO 11359-2
IEC 60695-11-10
IEC 60695-2-12
DIN 52612
ISO 62 Method 2
10 K
°C
W/mK
%
2,06
2,02
2,04
79,5
79,2
77,7
128 (Rotafil® 50X1X) or 156 (Rotafil® 50X1X)
B (Rotafil® 50X1X) or H (Rotafil® 50X1X)
1) Talep üzerine daha fazla sarma açıları yapılabilir. PFW: Basınçlı filaman sarma, BFW: bükme filaman sarma, PBFW: Basın/Bükme filaman
sarma
PORSELEN VE SĠLĠKON KOMPOZĠT ĠZOLATÖRLERĠN KARġILAġTIRILMASI[9]
15
Tablo 4 : Porselen İzolatör ile Silikon Kompozit İzolatör karşılaştırılması
Sıra
No
Özellikler
İlgili
Standart/ Porselen
Birim
Yıl
>100
1
Kullanım tecrübe süresi
2
Uzun izolatör talebi >4m
3
Cam elyaf ile güçlendirilmiş plastik
E veya
+Epoksi Reçine matriks kompozit boru ECR cam
m
Elektriksel Özellikler
Kimyasal Dayanımı
Hava koşullarında kararlılık
4
5
6
7
8
9
>30
Fırın ile
Kısıtlı
Kısıt yok
İyi
İyi
İyi
Çok iyi
İyi
Çok iyi
Yapışma enerjisi
iyi
İyi
Çok iyi
İyi
İyi
Çok iyi
Zayıf
iyi
Orta
zayıf
iyi
İyi
İyi
Gerekli
Zayıf
imkansız
Zayıf
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Gereksiz
Çok iyi
Çok iyi
Çok iyi
Su sızdırmazlık
İyi
İyi
Hava boşluk oluşumu ( PD yönünden)
İyi
İyi
Yapışma özelliği
İyi
İyi
170 kV≤
≥170 kV
İyi
Çok iyi
Maliyet Bedeli
11
Krepaj uzunluğu
12
Mekanik özellikler
Açıklamalar
Oyuk İzolatör
Her iki tip için 1100kV
izolatör imalatı
gerçekleşmiştir
444 kj/mole
UV ışınları
Kimyasal maddelere karşı dayanım
Çok düşük ve Çok Yüksek sıcaklıklara
karşı dayanım
Hidrofobik yapı
Suyu yüzeyde tutmaması
Tuzu-kiri yüzeyden atması
Hidrofobik yapının geri kazanımı
Ağır hava koşullarına dayanım
Uzun süreli işletme olanağı
Krepaj uzunluğuna etkisi
Yüzey temizlik gereksinimi
Karışık Yapı oluşturma
Pedigotları ayrı ayrı imal etme
Çoklu ara yüz imkanı
Ara yüz kullanımında
10
Ucuz
Ayarlanabili
r
Daha iyi
Zayıf
Çok iyi
Zayıf
Çok iyi
Çok zayıf
Çok iyi
zayıf
Çok iyi
Zayıf
İyi
İyi
Sertlik
13
Silikon
Kompozit
Yoğunluk
Kırılganlık
Hasar toleransı
Düzensiz taşıma halinde
Doğal afetler (deprem gibi)
Yıkıcı davranış (vandalism)
16
Kullanılacak malzeme
ve teknoloji çok
önemlidir.
İmalatçıya bağlı olarak
değişebilir.
Polimer izolatörde
istenilen krepajı
uygulamak
mümkündür.
POLĠMER ĠZOLATÖRLER HAKKINDA TEKNĠK DEĞERLENDĠRMELER VE
ÖNERĠLER

Polimer malzemenin, YG izolatörü olarak uzun süreli çalışılabilirliği, tasarım
deneyi olan hızlandırılmış yaşlandırmayla kanıtlanmıştır.
 Polimer Alaşım, İz oluşumu, UV ışınımı ve Korona oluşumuna dayanıklıdır.
Polimer malzemenin fiziki yeteneği çizilme, ağaçlanma ve çatlama, erozyon,
hidrofobiklik etkilerine karşı olumlu cevap vermektedir.
 ASTM G53 te belirtilen hızlandırılmış yaşlanma deneyi ile malzemenin çizilme,
çatlamaya karşı direnci ve hidrofobik kayıp miktarının standartlara uygunluğu
kanıtlanmıştır.[6]


Kuru bant arkı deneyinde başarılı sonuç vermiştir.
Silikon kauçuk aşağıdaki deneylerden geçmek zorundadır, [6]
Sertlik Deneyi (IEC 62217 paragraf 9.3.1), Hızlandırılmış yaşlandırma Deneyi
(IEC 62217 paragraf 9.3.2), İz oluşumu ve erozyon Deneyi (IEC 60587), iz
oluşumu sınıfı 4.5 kV da 1A olmalıdır. Alevlenebilirlik, (IEC 60695-11-10)
standardına göre alevlenme sınıfı V0, Hidrofobilik Deneyi (IEC 62073, C metodu)
standardına göre HC1 yada HC2 olduğu, Hidrofobiklik geri kazanımı (IEC 62073,
C metodu) elektrik boşalması yada temizlenmeden 24 saat içinde yapıldığında,
ve HC2 yada HC1 sınıfına girmektedir.

Epoksi reçinenin camsı geçiş sıcaklığı 120 °C-130ºC civarında ve sünme direnci
(creep resistance) IEC 60112 standardına göre CTI 600’e uygundur.

FRP boruya flanşı tutturmak için aynı camsı geçiş sıcaklığına sahip kullanılan
epoksi reçine bazlı yapıştırıcı ile boruda kullanılan epoksi reçine sayesinde
bağlantı noktalarında esnemelerin meydana gelmediği belirlenmiştir. FRP boru
tüm izolasyon sıvılarına (mineral izolasyon yağı, sentetik izolasyon yağı) ve SF6
ya karşı dirençli olduğu kanıtlanmıştır. [13,14]

Flanşlar (armatür) korozyona dirençli alüminyum alaşımdan olmalıdır. Sıvı ve gaz
sızdırmamalıdır.
Yüzey pürüzlülüğü ≤ 16 µm olmalıdır.
SKİ, IEC 61462 tasarım deneylerine ek olarak izolatörün eğilme dayanımı -60 °C
ve 110 °C de ölçüldüğünde oda sıcaklığında ölçülen değerden %5 farklı olmadığı
tespit edilmiştir.
70º C de 8 saat sabit 35kN çekme yükü uygulandıktan sonra geri dönüşümü
olmaktadır.
Su geçirgenlik deneyinde, 25º C de bağıl nemlilik % 60-75 arasında 10 yıl sonra
kullanımda olan izolatörün iç hacimde birikmiş suyun hacmi %0.05 den az olduğu
kanıtlanmıştır.





Kirli izolatörlerde oluşan yüzey akımı polimer yüzeyinin erozyonuna sebep olur.
Erozyonun ve iz (tracking) oluşumunun önüne geçmek için (ATH) dolgu olarak polimere
eklenmektedir.

Açık havada bulunan izolatörler üzerinde ince bir kir tabakası oluşur. Deniz ya da
kıyı kasabalarda bu kir tabakası tuz ile birleşmişken iç kısımlardan toz, fabrika
atıkları ve tarımsal gübreler izolatör yüzeyini kaplar. Bu izolatör ıslandığı zaman
polimerde reaksiyon başlayabilir. Aynı şekilde tropik iklimlerde mikro
organizmalar büyüyerek izolatör yüzeyini kaplar ve akım kaçaklarına sebep
olabilir. Akım şiddeti arttıkça izolatör ısınmaya başlar ve ısındıkça mikro
organizma popülasyonu artmaya devam eder. Kısmi arklar organizmaları
parçalar ancak biyolojik kalıntılar oluşmaya devam eder.[18]
17

Yüzeydeki kontaminasyonu ortadan kaldırmak için basınçlı yıkama yada elle
yıkama yapılabilir ancak çok miktarda izolatörün bir arada olduğu TM lerinde bu
mümkün değildir. Bunun için yüzeydeki kontaminasyonu ortadan kaldırmak için
silikon yağ kullanılabilir. Kullanıldığı şartlara göre 3 ay ile 5 yıl arasında
yenilenmesi gerekmektedir.

Polimer izolatörlerin; Montaj kısımlarındaki zayıf bağlantı noktalarından, yüzey
hatlarından yada çatlaklardan, Polimer malzemenin suyu emmesi ile su ile korozif
kimyasallar yada iyonlaşabilen kontaminantlar polimer içerisine girerek polimerin
mekanik özelliklerini etkileyebilir. Su absorpsiyonu depolimerizasyona ya da
polimer ve dolgular arasında polarlaşmaya sebep olabilir. En önemlisi de
geçirgenliği artırarak dielektrik gücün azalmasına neden olur. [10]

Kompozit izolatörde bağlantı elemanları genellikle alüminyum ya da çelikten
oluşmaktadır. Kompozit İzolatörlerde kullanılan kompozit gövde eğilme, gerilme
ve sıkışma gibi mekanik yüklere karşı uygulama alanına bağlı olarak dayanıklı
olmak zorundadır. Metal uçların boyutları IEC 60120, IEC 60471, IEC 61466
veya eşdeğer ANSI standartlarına uygun olmak zorundadır. 70 kN a kadar
dökme çelik metal uçlar kullanılırken 70 kN üzerinde dövme çelik (forged steel)
kullanılmaktadır. Demiryolu için kullanılan izolatörlerde ise kabuk alüminyum
(coquille aluminium) metaller kullanılmaktadır. Ayrıca çelik metal uçlar sıcak
daldırma yöntemi ile galvanizlenerek kalınlık IEC 60383 standardına göre
ayarlanmalıdır.

Kompozit İzolatörde kullanılacak kompozit çubuk, sürekli pultrüzyon yöntemi ile
üretilebilmektedir. Kompozit içinde kullanılan elyaf içeriği hem eğilmede hem de
spesifik iç gerilmede önemli rol oynamaktadır. Reçine matriksine bağlanmada
cam boyutu önemli bir parametredir. Reçine matriksinin düşük nem
absorpsiyonuna ve elektriksel, mekaniksel değişimlerin fazla olmadığı bir yapıda
olması tercih edilir. Ayrıca gevrek kırılma (brittle fracture) olmaması için bor
bulunmayan cam elyaf kullanmak gerekmektedir. Bükülme eğilme davranışları
IEC 61952 (Hava Hattı Mesnet İzolatörleri- Line Posts) ve IEC 62231 (Station
Posts) standartlarına uygun olmalıdır.

Normal pedigot profilleri için 2.7-2.8 krepaj faktörü ve alternatif pedigotlar için 3.84.0 krepaj faktörü dikkate alınmalıdır. Pedigotların alt kısımları yataydan
minimum 3° eğik olmalıdır.
SONUÇ
İzolatör, elektriğin elektrik enerji nakil hatları ile taşınılmasında ve transformatör
merkezlerinde kullanılan teçhizatın imalatında yalıtım koordinasyonunu sağlar. 150
yıldır kullanılan porselen izolatörler kullanılmaya devam edecektir. Çevre korunması,
taşıma (ağırlık), hidrofobik özellik, yüksek krepaj, tedarik süresi, artı ve eksi geniş
sıcaklık bandı, doğal afetlere dayanım konuları öncelik kazandığında silikon kompozit
izolatör öncelikli kullanılacaktır.
Porselen ve polimer izolatörin fiyatları yukarıdaki özelliklerin maliyetleri dikkate
alınarak karşılaştırılmalıdır. Yatırımcı seçim tercihini değerlendirme sonucu
yapmalıdır.
18
Referanslar
1Materials handbook: a concise desktop reference, François Cardarelli, İkinci
baskı, Springer ]
2- Polymer insulating materials and insulator for high voltage outdoor applications. By
Sri Sundhar, A1 Bernstorf, Waymon Goch, Don Linson, Lisa Huntsman; The Ohio
Brass Company-8711 Wadsworth Rd. Wadsworth, OH 44281
3- http://www.hubbellpowersystems.com/literature/insulators/SiliconeWhitePaper1.pdf
4- http://www.dowcorning.com/content/publishedlit/rubber tech98.pdf
5-Surface Structural Changes of Naturally Aged Silicone and EPDM Composites
Insulators
by
Antonios
E
Vlastos-Chalmers
University
of
Technology,Gornenburg Swedenand Stanislaw M. Gubanski Royal Institute
of Technology S-100 44 Stockholm Sweden
6-Aging in Silicone Rubber used for outdoor insulation by R.
S.GON,G.G.Karady, A. Jagota, M. Shah and A. M. Yates Dept. of Electrical
Engineering, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-5706
7- Rubber Technologist Handbook Volume 2, Chapter 11 Silicone rubber, 385, 386
8- Barış elektrik Endüstrisi A.Ş. SİLKOMİZ 550 projesi, 1. Dönem teknik Raporu
9- Dr. Armin Merten, Dr. Jens Frost. Main Features of Hollow-Core Composites in
Comparison to Porcelain Insulators. Germany : Maschinenfabrik Reinhausen GmbH,
Power Composites Division.
10- High Voltage Insulators, by JP Holthausen, www.idc-online.com
11- MOMENTIVE performance materials “Next Generation Silicone Rubbers for the
High Voltage Industries”
12-Rheinhausen Power Composites GmbH, Specification for Hollow composite
insulators for high voltage outdoor equipment with Um≥52,5 kV
13- Electrical engineer's reference book, M. A. Laughton, D. F. Warne, Onaltıncı
Baskı, Newnes
14- PFISTERER SEFAG SILCOSIL SILICON INSULATORS Technical Facts
15- www.downcorning.com
16- Solid And Liquid Silicone Rubber Material And Processing Guidelines
17- Main Features of Hollow-Core Composites in Comparison to Porcelain Insulators
Dr. Armin Merten Reinhausen Power Composites GmbH
18- Biofims on silicone rubber materials for outdoor high voltage insulation by Stina
Wallstrom [ Thesis work]
19